《汽轮机原理》02要点.ppt

* 3，简单燃气轮机装置的热力循环 简单燃气轮机工作的热力循环是等压循环，又称布雷顿循环 (图4—35)。 * 在理想情况下的热力循环 （1）曲线1—2’表示空气从1点被吸入在压气机中等熵压缩到2’点，其压力、温度从1点 、 上升到2’点 、 ，其等熵压缩比功： （5—54） 其中，ε——为压缩比（等熵过程）。 * （2）曲线2’—3’为工质定压吸热过程，燃料和空气在燃烧室中混合、燃烧，工质(燃气)在等压下吸热，温度由2’点的 上升到3’点的 ，吸入的热量 ： 其中，τ ——为加热比。 * （3）曲线3’—4’ 为工质在涡轮中等熵膨胀作功过程，工质从3’点压力 温度 ，下降到4’点压力 、温度 ，等熵膨胀功 （5—56） * （4）曲线4’—1 是作功后的工质从燃气轮机排大气，在等压下放热，4’点的压力 等于1点的压力 ，温度从4’点的 ，下降到1点的 ，放出的热量 ： * 4，整个理想循环单位质量工质所作的功 （5—58） 由此可见，简单燃气轮机理想循环所作的功是等熵膨胀功与等熵压缩功之差。 （5—59） 整个理想循环内单位质量工质所做功为工质吸热、放热之差： * 5，简单燃气机循环热效率 简单燃气轮机热效率即为作功和吸热量之比 （5—60） 由上式可知：简单燃气轮机的理想循环的热效率 （1）随着压比 增加而提高。这是因为当 增加时， 也增加，在相同的燃气初温下，需加入的热量 将减少，而 随 增加而降低，使排气所带走的热量减少，故效率 提高。 （2）效率 与加热比 无关。这是因为增压比一定时，温度的变化对比功和加热量影响正好相互抵消。即增加使和增加，恰好使效率不变。 * 6，简单燃气轮机的实际循环过程 实际循环中，工质通过各通流部件时，有能量损失（由摩擦、涡流、散热、在音速或超音速流动中冲激波等）存在。其实际循环过程为图4—35中的实线所示。实际简单循 环的比功和效率都小于理想循环的值。 * 7，发动机的推力 对于简单循环热力过程，发动机的推力可根据动量定理求得。设飞机飞行的速度为 ，尾喷管的出口截面积为 ，喷出的气流速度为 ，并假定忽略喷入燃油的质量，进入发动机的空气流量 与燃气流量 相等，则发动机的推力为： 当燃气在尾喷管内完全膨胀， ，发动机在地面静止状态下工作速度 =0，则： （5—61） （5—61）a * 8，发动机热力循环所产生的功率、效率 推进功率: 推进效率： （5—63） （5—62） 由上式可见，当燃气发生器的比功相同，飞行速度Uo一定， 越大，喷射速度 越大,推力和推进功越大，推进效率越高。所以，采用涡扇发动机和涡桨发动机的目的，就是为了在相同燃气发生器的条件下，增大推力，提高推进效率。 其功率用动能表示为: * 9，总效率 航空燃气轮机为热机和推进器的组合体，应用总效率来评价它的经济性。总效率应是加入燃料完全燃烧所产生的热能q有多少变为飞行的推进功。总效率应等于热效率和推进效率的乘积： （5—63） 一般情况下，涡轮喷气发动机的热效率约为0.25~0.40，推进效率为0.50~0.75，总效率约为0.20~0.30或更高一些。 * 三、提高燃气轮机的效率和比功(略)（以下不讲） 从上述分析中可知，要提高简单燃气轮机的效率和比功，就得: 1) 提高涡轮进口的温度； 2) 增加压比； 3) 设计高效率的通流部件 。 4) 对于航空喷气发动机，设法减小喷气速度与飞行速度之差。 另一方面，简单燃气轮机的排气温度很高(一般为400~500,甚至更高)，且用在压气机压缩空气的功率很大约占总功的三分之二，因此 5）可以采用余热利用； 6）空间冷却减少压缩功的方法来提高热效率。 * 复杂循环装置的燃气轮机出现(略) （1）回热循环燃气轮机 与简单燃气轮机相比，增设了一个回热器(即热交换器)。即将排气引入到回热器对进入燃烧前的空气进行预热。 （2）中冷循环燃气轮机 与简单循环燃轮机相比，是在压气的级间增设了中冷器。使高压压气机进口气流的温度降低了，压气机所耗的功减少了，中冷循环的比功增加了。 * （3）再热循环燃气轮机(略) 与简单燃气轮机相比，主要的区别是， ⅰ，对地面燃机轮机来说是在高、低压涡轮之间增设一个再热燃烧室。高压涡轮出口的燃气在再热燃烧室加热后，进入低压涡轮作功，以增加其比功。 ⅱ，对航空燃气轮机来说，在涡轮和尾喷管之间设置加力燃烧室进行加力燃烧，以