燃气轮机原理第二章 循环理论2-5&2-6.ppt

燃气轮机原理第二章燃气轮机循环理论,2-5理想燃气轮机回热循环,理想燃气轮机回热循环可以提高理想简单燃气轮机循环的热效率。,,热交换器,理想燃气轮机回热循环,利用涡轮出口的排气余热加热压气机出口的空气。由于对进入燃烧室的空气进行了预热，所需燃料量减少，而比功不变，从而使循环的热效率得到提高。,,1,2,2a,3,4,4a,理想燃气轮机回热循环,通过回热器后压气机出口的空气温度度由T2上升到T2a。涡轮出口的排气温度由T4下降到T4a。,1,2,2a,3,4,4a,,,回热器内热交换的理想状况是T2aT4，T4aT2等压吸热和等压放热过程的热交换量相等，即,回热器内热交换的实际状况是T2aT2实际热交换量低于理想热交换量。,回热度---实际热交换量与理想热交换量之比,理想回热循环，T2aT4，所以回热度1。,理想回热循环的加热量为,理想回热循环的热效率,其中，wi为理想简单循环的比功,理想回热循环的热效率,一定的条件下，越小，t,R,i越高。原因是,越小，压气机出口温度也越低，在回热器中排气余热就利用得越充分。然而，很低的对循环来讲是没有意义的。,增加，t,R,i下降。当增加到使T2T4时，排气余热无法利用，理想回热循环退化为理想简单循环。此时的压比定义为临界增压比cr。,根据达到临界增压比cr的条件,T2T4，则有,,此时，理想回热循环的热效率为,理想回热循环蜕化为理想简单燃气轮机循环。,继续增加，使得cr，此时，T2T4，压气机出口气流中的部分热量将通过回热器传给涡轮出口的排气，使得理想回热循环的热效率低于理想简单循环，这是毫无疑义的。,,,增压比达到临界增压比cr,2-6实际燃气轮机循环,在理想燃气轮机循环分析中，认为压缩过程和膨胀过程是等熵的，没有考虑流动损失；并且认为在整个循环过程中比热不变。在实际燃气轮机中，气体的比热随气体的成分和温度不断发生变化；而且各个工作过程都存在着流动损失。,流动损失是指气流在流动过程中，由于存在附面层，紊流流动或激波，使得流动的气流在静压不变的情况下，降低了流速，或者说降低了气流的总压。在绝热流动中，气流总温不变，存在流动损失的绝热流动过程是熵增过程。在实际燃气轮机循环分析中，只考虑压缩过程和膨胀过程的流动损失。所以，以下分析只能作为定性分析。,1.实际简单燃气轮机循环,用绝热压缩效率c表示压缩过程的流动损失用绝热膨胀效率e表示膨胀过程的流动损失,实际简单循环1-2-3-4理想简单循环1-2’-3-4’,绝热压缩效率,绝热膨胀效率,实际简单循环的比功,利用dw/d0，可求出实际简单循环的最佳增压比,当ce1，wmax,opt与理想简单循环的最佳增压比相同。,实际简单循环的热效率,T2由c求得,则,实际简单循环的热效率,实际简单循环的比功和热效率与,,c,e有关。,增加，比功增加，热效率增加；c,e增加，比功增加，热效率增加；一定时，存在wmax,opt和max,opt；增加，wmax,opt增加，max,opt增加。,w,t,,,,,某实际简单燃气轮机循环10，5，c0.85，e0.90,,t,c,e,实际简单燃气轮机循环的耗油率与热力参数（,,c,e）的变化关系,对地面用燃气轮机,Hu一定时，sfc随热力参数变化关系与t是一致的。例如，增加，t增加，sfc下降。航空燃气轮机呢,对航空用燃气轮机,a0，M0，c0分别是音速，马赫数和发动机进口气流速度（发动机飞行速度）。,推进效率p推进功（每秒流过发动机1千克空气所作的推进功）与发动机可用功之比。,总效率0,cj发动机出口气流速度（排气速度）,推进效率p,作为一个推进器，航空发动机将可用功变为飞机前进的推进功，可见推进效率是衡量航空发动机的可用功转变为推进功的程度。c00时，p0，表明位移为零时，推力未作功。cj/c0越大，p越小，通常p55-75。,航空发动机作为热机和推进器的组合体，应该用总效率0来衡量它的经济性。0表示加入航空燃气轮机燃料完成燃烧产生的热量有多少转变为飞机飞行的推进功。对航空燃气轮机，其耗油率不仅与热效率有关，还与推进效率有关。热力参数,,c,e变化时，需综合考虑对热效率和推进效率的影响。,M0，为定值,M0，为定值,t,p,sfc,t,p,sfc,,,t,t,p,p,eco,eco无法选用，因为此时推力太低,2.实际简单燃气轮机回热循环,回热器的存在增加了压气机与燃烧室之间以及排气系统的总压损失，因此实际燃气轮机回热循环的比功将下降；回热器不可能造得无限大，因此冷介质的温度不可能加热到同热介质相同，实际热交换量要低于理想热交换量。,设回热器出口（燃烧室进口）的温度为T2，则回热度为,则T2为,再考虑压气机和涡轮的效率，则T2为,实际回热循环的加热量q1,R为,暂不考虑流动过程中的其它损失，实际回热循环的比功与实际简单循环的比功相同，为,则实际回热循环的热效率t,R为,则实际回热循环的热效率t,R为,1实际回热循环的热效率t,R与，，e，c，有关；2越高，实际回热循环的比功和热效率越高，因此在材料耐热性允许的条件下，应尽可能地提高；3回热器的回热度越大，循环热效率越高，应适当提高回热度；4e，c越大，回热循环的比功和热效率越高。,,,0，即实际简单燃气轮机循环,实际回热循环的比功和热效率与压比的关系,,wmax,opt,,max,opt,,,t,w,t,t,w,t,,设计增压比取在wmax,opt附近,,,,