燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識

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第一章緒論

一、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的組成

燃?xì)廨啓C(jī)是近幾十年迅速發(fā)展起來的熱能動力機(jī)械?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用的是按開式循環(huán)工作的燃?xì)廨啓C(jī)。它不斷地由外界吸入空氣，經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室中通過與燃料混合燃燒加熱，產(chǎn)生具有較高壓力的高溫燃?xì)猓龠M(jìn)入透平膨脹作功，并把廢氣排入大氣。輸出的機(jī)械功可作為驅(qū)動動力之用。因此，由壓氣機(jī)、燃燒室、透平再加上控制系統(tǒng)及基本的輔助設(shè)備，就組成了燃?xì)廨啓C(jī)裝置。如果用以驅(qū)動發(fā)電機(jī)供應(yīng)電力，就成了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置。

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二、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展史

燃?xì)廨啓C(jī)是繼汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)問世以后，吸取了二者之長而設(shè)計(jì)出來的。它是內(nèi)燃的，避免了汽輪機(jī)需要龐大鍋爐的缺點(diǎn)；又是回轉(zhuǎn)式的，免去了內(nèi)燃機(jī)中將往復(fù)式運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磨損件多，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)等缺點(diǎn)。但由于燃?xì)廨啓C(jī)對空氣動力學(xué)和高溫材料的要求超過其他動力機(jī)械，因此，發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)并使之實(shí)用化，人們?yōu)橹畩^斗了很長時(shí)間。從1891年英國人約翰·巴貝爾申請登記第一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)專利算起，經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì)的奮斗，到1939年，一臺用于電站發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)(400kW)才由瑞士BBC公司制成，正式投運(yùn)。同時(shí)Heinkel工廠的第一臺渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)試飛成功，這標(biāo)志著燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展成熟而進(jìn)入了實(shí)用階段，在此以后，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展是很迅速的。由于燃?xì)廨啓C(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)和其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的不斷提高，它的應(yīng)用很快地?cái)U(kuò)展到了國民經(jīng)濟(jì)的很多部門。

首先在石油工業(yè)中，由于油田的開發(fā)和建設(shè)，用電量急劇增加。油田有充足的可供燃用的氣體和液體燃料燃?xì)廨啓C(jī)裝置被廣泛應(yīng)用，除用于發(fā)電外，還在多種生產(chǎn)作業(yè)申用燃?xì)廨啓C(jī)帶動壓縮機(jī)(例如天然氣管道輸送，天然氣回注，氣田采油等)和泵(例如原油管道輸送和注水等)。

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其他工業(yè)部門，如煉油廠、石油化工廠、化工廠、造紙廠等等；它們不僅需要機(jī)械動力，而且需要大量熱(例如蒸汽)。這時(shí)用燃?xì)廨啓C(jī)來功熱聯(lián)供，在滿足這兩方面需要的同時(shí)，還能有效地節(jié)能，故應(yīng)用發(fā)展較快。實(shí)踐證明，燃?xì)廨啓C(jī)作為艦船推進(jìn)動力，其優(yōu)點(diǎn)顯著，特別是排水量為數(shù)千噸的軍艦，近一、二十年來所建造的大多是用燃?xì)廨啓C(jī)作為推進(jìn)動力的，飛機(jī)上應(yīng)用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)等航空燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，不僅重量輕，功率大，且迎風(fēng)面積小，效率高，適宜于高速飛行，故早在50年代就基本上取代了活塞式航空發(fā)動機(jī)。

近二十年來，燃?xì)廨啓C(jī)在電站中得到了迅速的發(fā)展，這是要引起我們足夠重視的。由于燃?xì)廨啓C(jī)起動迅速，且能在無外界電源的情況下起動，機(jī)動性好，用它帶尖峰負(fù)荷和作為緊急備用機(jī)組，可保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，因而被廣泛地應(yīng)用。在進(jìn)入八十年代以后，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，技術(shù)性能大幅度提高。

GE公司于2011年發(fā)布最新9FB機(jī)型，單機(jī)功率291MW，聯(lián)合循環(huán)功率444MW；簡單循環(huán)燃機(jī)效率38.4％，聯(lián)合循環(huán)效率達(dá)59.1%，并正在向60％邁進(jìn)。

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先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)已普遍應(yīng)用模塊化結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸、安裝、維修和更換都比較方便，而且廣泛地應(yīng)用了孔探儀、振動、溫度監(jiān)控、焰火保護(hù)等措施，其可靠性和可用率大為提高，指標(biāo)已超過了蒸汽輪機(jī)電站的相應(yīng)指標(biāo)。此外，在環(huán)保方面，出于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率很高，排氣干凈，未燃燒的碳?xì)浠衔?，CO、S0X，等排放物一般的都能夠達(dá)到嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合應(yīng)用干式低NOX燃燒室、排氣煙道中安裝選擇性催化還原裝置(SCR)等技術(shù)措施，可施使NOX的排放低至9ppm，滿足最嚴(yán)格的環(huán)保要求。因此，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，特別是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組已作基本負(fù)荷機(jī)組或備用機(jī)組得到了迅速的應(yīng)用。燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展主要還是圈繞著增加單機(jī)功率，提高效率和經(jīng)濟(jì)性，燃用多種燃料和廉價(jià)燃料，減少對環(huán)境的有害影響來進(jìn)行的。諸如加強(qiáng)高溫材料的開發(fā)，提高冷卻技術(shù)，發(fā)展閉回路蒸汽冷卻燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)展新型航空改型燃?xì)廨啓C(jī)，開發(fā)先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，進(jìn)一步發(fā)展清潔煤技術(shù)等等。燃煤的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)是“煤的清潔燃繞”技術(shù)中最為令人矚目的項(xiàng)目，是九十年代到下世紀(jì)之初最有發(fā)展前途的方式。到目前為止最具競爭力的方案有三個(gè)，即(1)增壓流化床方案(PFBC);(2)增壓流化床加炭化爐加頂置燃燒室方案(簡稱CPFBC燃?xì)狻ふ羝?lián)合循環(huán));(3)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)。

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自1984年美國Coolwater電廠建成和投運(yùn)以來，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備的優(yōu)越性及其發(fā)展前景己為世人所共識。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，正在興建和規(guī)劃中的IGCC電站項(xiàng)目共有27項(xiàng)，電站總功率8613MW，預(yù)期在近期內(nèi)它們的供電效率有望達(dá)到43％～46％，其比投資費(fèi)用亦將大幅度地降低。據(jù)美國某些部門的樂觀估計(jì)，認(rèn)為到2015年時(shí)，美國燒媒電廠裝機(jī)容量中大約有35.8％～50％的機(jī)組將為IGCC和PFBC類型的燃煤的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組所取代。

燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)已提高到總能系統(tǒng)的高度，它是當(dāng)前世界節(jié)能技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。能量的分級利用與綜合利用的全能量系統(tǒng)工程的概念被普遍重視，以熱電聯(lián)產(chǎn)及冷熱電聯(lián)供為核心的總能系統(tǒng)同樣有廣闊的前景，今后在能量轉(zhuǎn)換過程的系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)將占更重要的位置，并將大量采用燃?xì)廨啓C(jī)總能系統(tǒng)。現(xiàn)在世界上已有20多個(gè)國家，一百多個(gè)企業(yè)生產(chǎn)近千種型號的燃?xì)廨啓C(jī)，國外在60～80年代的生產(chǎn)競爭中，燃?xì)廨啓C(jī)的制造企業(yè)通過兼并和協(xié)作，以GE、SIMS(KWU)、ABB、西屋(WH)、普惠(PW)、R-R公司六家大公司為中心形成若千跨國生產(chǎn)集團(tuán)，上述六個(gè)最大集團(tuán)的產(chǎn)量占世界大中型燃?xì)廨啓C(jī)的絕大部分。

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三、GE公司燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品系列及其編號

GE公司可提供重型和航機(jī)改型燃?xì)廨啓C(jī)以作發(fā)電和工業(yè)應(yīng)用。重型燃?xì)廨啓C(jī)有簡單循環(huán)環(huán)和回?zé)嵫h(huán)，由五個(gè)系列組成:MS3002.MS5000，MS600l,MS7001和MS9001。有單軸和雙軸結(jié)構(gòu)，用于帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電或機(jī)械驅(qū)動，以符號LM標(biāo)志的航機(jī)改型燃?xì)廨啓C(jī)也用于機(jī)械驅(qū)動和發(fā)電機(jī)驅(qū)動。

帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品系列其額定功率大致在10000～226000KW。表1-1列舉了一些典型機(jī)組的出力和熱耗等性能參數(shù)。機(jī)械驅(qū)動用的機(jī)組額定功率在14600～10800Ohp.見表1-2所列。表1-1和表1-2所列機(jī)組中各代號的含義如下：

M5322R（B）--------(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)用途:M-機(jī)械驅(qū)動;GD-發(fā)電設(shè)備;PG-箱裝式發(fā)電設(shè)備(2)系列號:3,5,6,7,9等相應(yīng)表示MS3002,MS5000,MS6001等中申的系列號(3)輸出功率:大致為幾百、幾千、或幾萬馬力(4)軸數(shù):是單軸還是雙軸(即1或2)(5)循環(huán)方式:R－回?zé)嵫h(huán)，如此項(xiàng)空缺，則為簡單循環(huán)(6)型號

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因此，M5322R(B)即為機(jī)械驅(qū)動用MS5000系列B型，回?zé)嵫h(huán)雙抽機(jī)組·其出力大致為32000馬力，PG9171(E)即為箱裝式發(fā)電機(jī)組MS9001系列E型，簡單循環(huán)單軸機(jī)組·出力大致為17萬馬力(125MW)。LM的符號用以標(biāo)志航機(jī)改型機(jī)組，其系列號有LM2500、LM5000和LM6000等，機(jī)組的型號再在系列號后面加字母標(biāo)出。如LM6000(PA)。GE公司燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)產(chǎn)品系列的設(shè)備配置申，各種代號的含義規(guī)定如下。

配備MS系列重型燃?xì)廨啓C(jī)的，以S209E為例:S-STAG聯(lián)合循環(huán)·STAG是SteamandGas(蒸汽與燃?xì)?的縮寫2：燃?xì)廨啓C(jī)的臺數(shù)0：沒有意義。9：燃?xì)廨啓C(jī)系列號E：燃?xì)廨啓C(jī)型號因此，S209E就表示配備2臺9000系列E型燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站；S109E就表示配備1臺9000系列E型燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站。

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燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)基礎(chǔ)知識

一、工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)

一般來說，各類熱機(jī)都是采用氣態(tài)物質(zhì)作為熱功轉(zhuǎn)換過程的媒介物，我們把這種媒介物叫做工質(zhì)。熱能動力裝置的工作就是借助于工質(zhì)的吸熱、膨脹、放熱等過程完成變熱為功的轉(zhuǎn)換。在這些過程中，工質(zhì)的物理特性隨時(shí)在起變化，我們把工質(zhì)在熱力變化過程中的某一瞬間所呈現(xiàn)宏觀物理狀況稱為工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。為了說明熱工設(shè)備中的工作過程，必須研究工質(zhì)所處的狀態(tài)和它所經(jīng)歷的狀態(tài)變化過程，在研究熱力過程時(shí)常采用壓力、溫度、比容、內(nèi)能、熔、熵等參數(shù)來加以描述。其中溫度、壓力、比容可以直接或間接用儀器測量出來，且物理意義易于理解，稱為工質(zhì)的三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)。以下我們先介紹三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)，內(nèi)能、焓、熵等參數(shù)將在以后有關(guān)章節(jié)中分別予以介紹。

1、溫度

溫度是標(biāo)志物體冷熱程度的物理量。它反映了分子平均移動動能的大小，可以用溫度計(jì)測量。當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸，它們之間將發(fā)生熱量傳遞，經(jīng)過一段時(shí)間之后，兩者溫度相等，它們之間就不再有熱量傳遞，達(dá)到一個(gè)共同的熱平衡狀態(tài)。因此當(dāng)溫度計(jì)與被測物體達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度計(jì)指示的溫度就等于被測物體的溫度。

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衡量溫度的標(biāo)尺叫溫標(biāo)，在我國法定計(jì)量單位中，溫度測量采用熱力學(xué)溫標(biāo)，符號為T，單位名稱是開爾文(K)。按照國際單位制的規(guī)定，把水的三相點(diǎn)溫度，即水的固相、液相、汽相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定該點(diǎn)溫度為273·16K。工程上還常用攝氏溫標(biāo)，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰點(diǎn)是0℃，汽點(diǎn)是100℃，℃是攝氏溫度單位的符號，攝氏溫度用t表示。它與熱力學(xué)溫度開爾文之間的數(shù)量關(guān)系為:t=T-273.15

攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的間隔完全相同，只是起點(diǎn)不同，在一般工程計(jì)算中取t℃=(T－273)℃己足夠精確。熱力學(xué)溫度通常又稱為絕對溫度。在英制系統(tǒng)用華氏溫標(biāo)，也用t表示，其單位符號為F。因此攝氏溫度與華氏溫度的數(shù)量關(guān)系為：

T(F)=9/5×T(℃)＋32T(℃)＝(T(F)-32)×5/9

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2、壓力垂直作用在單位面積上的力稱為壓力，以符號P表示，這就是物理學(xué)上所稱的壓強(qiáng)。按分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)，壓力是氣體的大量分子向容器壁面撞擊所產(chǎn)生的平均結(jié)果。若氣體作用在器壁面積A上的垂直作用力為F，那么該壁上的壓力為:P=F/A壓力通常用各種壓力計(jì)來測定。這些壓力計(jì)的測量原理部是建立在力的平衡的基礎(chǔ)上。由于壓力計(jì)本身處于大氣壓力B作用下，因此壓力計(jì)上測得的壓力是工質(zhì)的真實(shí)壓力和大氣壓力B的差值，是一個(gè)相對壓力，稱為表壓力或工作壓力，用符號Pg表示，而工質(zhì)的實(shí)際壓力稱絕對壓力，用P表示。P,Pg和B之間的關(guān)系是：P=B+Pg有時(shí)工質(zhì)的壓力低于大氣壓力B時(shí)，此時(shí)壓力計(jì)上測得的壓力稱為"真空度"，用H表示，則H=B-P

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燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)基礎(chǔ)知識

絕對壓力P，表壓力Pg，真空度H和大氣壓B的關(guān)系可用下圖說明：只有絕對壓力才能表征工質(zhì)的狀態(tài)，在熱力學(xué)中均以工質(zhì)的絕對壓力作為狀態(tài)參數(shù)，在工程計(jì)算中亦以絕對壓力作為計(jì)算的依據(jù)。

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(1)按我國的法定計(jì)量單位，壓力的單位采用牛/米2(N/m2)，即1米2面積上作用1牛頓的力，稱為帕斯卡，符號為帕(Pa)，工程上因這個(gè)單位太小，常采用兆帕(MPa)1MPa=106Pa

暫時(shí)與國際單位制壓力并用的有巴(bar)1bar=105Pa=0.1MPa(2)工程大氣壓，它的單位是公斤力/厘米2(kg/cm2)，即1厘米2面積上施加1公斤的作用力。用符號at表示。(3)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，又稱物理大氣壓，把緯度45。，大氣溫度為0℃的海平面上的大氣常年平均氣壓定為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，用符號atm表示，它的大小是，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=1.033公斤力/厘米2=1.033工程大氣壓(at)=1.0133bar

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(4)壓力的大小也可以用液柱(常用的有汞柱或水柱)的高度來表示，根據(jù)壓力測量設(shè)備液柱的高度，可以計(jì)算出用其它單位表示的壓力：P=yA=pgH式中y為液體的重度，N/m2;H為液柱的高度，m。這樣求出的壓力為帕，如：1mm水柱=9.8Xl03N/m3X10-3m=9.8帕1mm汞柱=1.33x105N/m3X10-3m=133N/m2=133帕(5)在引進(jìn)機(jī)組中，常常遇到用英制單儀制表示的壓力單位磅/英寸，(psi)，由于1磅=0.4536公斤1英寸=2.54厘米

所以1工程大氣壓(at)=1公斤力/厘米2=14.22磅力/英寸2=0.98bar1bar=14.50磅力/英寸2(psi)

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3、比容

單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的容積稱為比容，以符號v表示。按我國法定計(jì)量單位質(zhì)量用千克,長度用米，容積用米3，因此比容的單位是米3/千克(m3/kg)若容積為V米3的氣體，具有m千克的質(zhì)量，則其比容為:v=V/m(m3/kg)

單位容積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，以符號p表示，單位為千克/米3(kg/m3)。若容積為V米3的氣體，具有m千克的質(zhì)量，則密度為p=m/V(kg/m3)顯然，比容與密度互為倒數(shù)，即:

pv=1從微觀上講，對于同一氣體，比容和密度均是反映單位容積中氣體分子數(shù)的多少及分子間平均距離的大小，即說明氣體某一狀態(tài)下分子聚集、疏密的物理量，只要知道比容和密度其中一個(gè)，就可以求出另一個(gè)。

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二、理想氣體的狀態(tài)方程所謂理想氣體乃是一種經(jīng)科學(xué)抽象的假想氣體，這種氣體的分子是一些彈性的、不占有體積的質(zhì)點(diǎn);分子之間沒有相互作用力(引力和斥力)。凡不符合這兩個(gè)假設(shè)條件的氣體則稱之為實(shí)際氣體。

熱力學(xué)中引入理想氣體這一概念，其目的是為了便于分析計(jì)算，因?yàn)樵谶@兩個(gè)假設(shè)條件下，氣體分子運(yùn)動規(guī)律可大大地簡化，各狀態(tài)參數(shù)之間可以得出簡單的函數(shù)關(guān)系式。雖然理想氣體在自然界并不存在，但是對工程上常遇到的一些氣體，當(dāng)壓力不太高，溫度不太低時(shí)，分子間距離較大，因此分子本身占據(jù)的體積與氣體所占體積相比是非常小的，分子間的作用力也很微弱，因此可以忽略，此時(shí)這些氣體就可以近似地把它們當(dāng)作理想氣體來處理，使問題大為簡化，同時(shí)又能達(dá)到工程上所要求的精確度。例如燃?xì)廨啓C(jī)中所遇到的空氣和燃?xì)?，其溫度一般?℃以上，壓為一般不超過2MPa，如果計(jì)算精度要求不太高，就可以把它們當(dāng)作理想氣體來處理。而當(dāng)壓力較高，或溫度較低時(shí)，氣體的比容小，分子之間距離較近，因比分子本身體積以及分子之間相互作用力不能忽略。如蒸汽動力裝置中的水蒸汽以及壓縮致冷裝置中的致冷劑蒸汽等就不能作理想氣體來處理。

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理想氣體的三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)一一一壓力、溫度、比容之間存在窗一定的函數(shù)關(guān)系：Pv=RTPV=mRTP:氣體的絕對壓力,Pa

v:氣體的比容,m3/kgV:質(zhì)量為m千克氣體所占有的容積，m3m:氣體的質(zhì)量,kgR:氣體常數(shù),J/kg·KT:氣體的熱力學(xué)溫度,K氣體常數(shù)R與氣體的性質(zhì)有關(guān)，而與氣體的狀態(tài)無關(guān)，不同性度的氣體，其R值不同，R的單位是焦耳/千克·開(J/kg·K)，對于空氣R=287J/kg·K。燃?xì)獾腞值取決于燃?xì)獾某煞郑谌細(xì)廨啓C(jī)中所遇到的燃?xì)?，其R值與空氣差不多，大體上為287.3J/kg·K。

這里順便提一下氣體常數(shù)R的求法，根據(jù)阿伏加德羅定律可以得出，各種氣體的千摩爾氣體常數(shù)Rm都一樣。為;Rm=8314.3J/kmol·K，稱為"通用氣體常數(shù)"。所謂千摩爾(kmol)是指物質(zhì)相當(dāng)于其分子量的千克數(shù)。例如氧氣的分子量U=32,則1千摩耳氧氣就是32千克。因此，只要知道了某種氣體的分子量，就可以求出它的氣體常數(shù)R,R=R/U.氧氣的氣體常數(shù)R即為8314.3/32=259.82J/kg·K

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第二章

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三、功和熱量如果一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，那么它只有在外界的作用下才能發(fā)生變化，外界作用的結(jié)果，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，這種變化過程稱為熱力過程。在該過程中將伴隨著能量的傳遞，熱力系統(tǒng)與外界傳遞能量的形式有兩種——功和熱量。下面我們分別研究功和熱量的概念。

1、功在力學(xué)中，功被定義為力與沿力的作用方向所產(chǎn)生位移的乘積。在熱力學(xué)中，按照熱力系統(tǒng)和外界間相互作用的關(guān)系，作如下定義:當(dāng)熱力系統(tǒng)和外界間存在壓力差時(shí)，系統(tǒng)通過邊界和外界之間相互傳遞的能量，在熱力學(xué)申通常規(guī)定:熱力系統(tǒng)對外界所作功為正值，外界對熱力系統(tǒng)作的功為負(fù)值。

功是系統(tǒng)傳遞中的能量，功不是一個(gè)熱力狀態(tài)參數(shù)。只有當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，才有功的傳遞，所以我們說功與過程性質(zhì)有關(guān)，為過程量。功用w和dw表示,dw表示微元過程中氣體對外界所作的微量的功。

在我國的法定計(jì)量單位中，功的單位為焦耳(J)，1焦耳的功相當(dāng)于1牛頓力作用下產(chǎn)生1米位移時(shí)完成的功量，即1J=lN×1m；單位時(shí)間內(nèi)完成的功稱為功率，單位為瓦特(W)或千瓦(kW):1W=1J/S

1kW=1kJ/s

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2、熱量

熱量是一個(gè)重要的概念，在熱力學(xué)中有它嚴(yán)格的定義:當(dāng)熱力系統(tǒng)與外界之間存在溫差時(shí)，系統(tǒng)通過邊界與外界之間相互傳遞的非功形式的能量。

功和熱量是熱力系統(tǒng)與外界之間能量傳遞的兩種基本形式，功是由壓差的作用而產(chǎn)生的能量，熱量則是由溫差的作用而傳遞的能量。它們都表示能量在傳遞過程中的一種量度。與功一樣，熱量不是狀態(tài)參數(shù)，而是過程量。在熱力學(xué)中我們用符號Q代表熱量，對于微元過程中傳遞的微小熱量，則用dQ表示，通常規(guī)定:當(dāng)熱力系統(tǒng)吸熱時(shí)，熱量取正號，放熱時(shí)取負(fù)號。熱量的單位習(xí)慣上用大卡(kcal)，它是1千克純水溫度升高1℃所需要的熱量，由于熱和功都是能量的傳遞形式，它們可以互相轉(zhuǎn)換，因此沒有必要周不同的單位表示它們，在我國的法定計(jì)量單位中，熱量的單位與功的單位同微焦耳(J)或千焦耳(KJ)。它們與大卡有以下的換算關(guān)系:1kcal=4.1868kJ

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在工程上，熱量的計(jì)算是引用比熱這個(gè)概念來進(jìn)行的，單位質(zhì)量的物體溫度升高1℃所需要的熱量叫比熱，用符號C表示;它的單位焦耳/千克·度(J/kg*K)或千焦耳/千克·度(kJ/kg*K)。試驗(yàn)表明:工質(zhì)的比熱通常不是一個(gè)恒定的常數(shù)，它與工質(zhì)的性質(zhì)、熱最交換的具體過程及工質(zhì)溫度的變化范圍有關(guān)。如下圖過程所示：

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對上圖中甲和乙兩個(gè)容器分別加熱，圖中甲是一個(gè)帶有活塞的容器，裝有1千克溫度t1的空氣，占有容積V1，活塞上放有重塊，活塞與汽缸之間的摩擦力忽略不計(jì)。這樣，工質(zhì)受熱膨脹舉起活塞和重物時(shí)，活塞、重物的重量與氣體壓力保持平衡，由于活塞和重物的重量量恒定不變，所以工質(zhì)壓力也不變，始終保持為一個(gè)常數(shù)，這樣一個(gè)過程稱為定壓過程。過程終了，工質(zhì)容積變?yōu)閂2，溫度升高到t2。

圖中乙是一個(gè)封閉容器，其容積不變，也裝1千克空氣，受熱時(shí)，溫度由t1升高到t2，顯然這時(shí)工質(zhì)的壓力也升高了，這樣一個(gè)加熱過程是容積恒定不變的過程，稱為定容過程。

兩種情況下，工質(zhì)的種類相同，質(zhì)量相同，溫度變化范圍也相同，但它們吸收的熱量不同，加熱給甲容器中工質(zhì)的熱量中，除了使工質(zhì)溫升外，還要舉起重物，因此可以肯定的說，外界傳給甲容器中工質(zhì)的熱量大于加給乙容器中工質(zhì)的熱量。定壓過程中的比熱即定壓比熱，用CP表示，定容過程中工質(zhì)的比熱即定容比熱，用CV表示。通過上述說明可以知道CP＞CV，而定壓比熱與定容比熱的比值：k=CP/CV；k稱為比熱比。

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工質(zhì)的比熱不僅與過程有關(guān)，而且還與工質(zhì)變化的范圍有關(guān)。在工程上為了簡化計(jì)算，通常取0℃作為一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，找出工質(zhì)從0℃加熱到不同溫度時(shí)的平均比熱，并做成表格備查。這樣，對于m千克的工質(zhì)，其溫度由t1變化到t2，其吸收或放出的熱量就是：

Q=m(C)t1t2*(t2-t1)=m(C)0t2*t2-m(C)0t1*t1

上式中(C)t1t2、(C)0t2、(C)0t1分別為溫度t1到t2、0℃到t1及0℃到t2范圍內(nèi)工質(zhì)的平均比熱。如果t2＞t1，則外界對工質(zhì)加熱，所得Q為正值，如果t1＞t2，則工質(zhì)對外界放熱，所得Q為負(fù)值，因此，熱量得正負(fù)表明了熱量得傳遞方向。

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4、膨脹功和壓容圖處于熱力平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要不受外界影響，它的狀態(tài)不會隨時(shí)間而變，平衡也不會自發(fā)地破壞。在受到外界作用時(shí)，工質(zhì)狀態(tài)就要變化工質(zhì)從一個(gè)狀態(tài)經(jīng)歷一系列中間狀態(tài)，變化到另一狀態(tài)，它所經(jīng)歷的全部過程就叫熱力過程，簡稱過程。經(jīng)歷某一過程的系統(tǒng)，如果能在外界不發(fā)生任何變化的情況下回復(fù)到初態(tài)，則此過程稱為可逆過程；如果再外界不發(fā)生變化的情況下不能回復(fù)到系統(tǒng)的初態(tài)，則此過程稱為不可逆過程。實(shí)際熱力設(shè)備中所進(jìn)行的熱力過程總存在各種不可逆因素，因而都是不可逆的；而可逆過程則是一切實(shí)際過程的理想極限，是一切熱力設(shè)備力求接近的目標(biāo)。因此，我們看重研究可逆過程；對于實(shí)際過程，則可根據(jù)實(shí)際因素的影響進(jìn)行修正。

通常熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能是通過工質(zhì)的膨脹的，現(xiàn)在我們來討論工質(zhì)的可逆膨脹過程所作的功。

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膨脹功與壓容圖

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假定在氣缸中有1公斤氣體，這時(shí)氣體所占的氣缸容積即為比容。如果我們在氣缸外緩緩加熱，則氣體逐漸膨脹，壓力降低而比容增加，過程由初態(tài)1到終態(tài)2，如果進(jìn)行的是可逆過程，則過程1-a-2可以在壓容圖上以實(shí)線表示出來。壓容圖是以壓力p為縱坐標(biāo)，比容v為橫坐標(biāo)而形成的，壓容圖上的任一個(gè)點(diǎn)就表示一個(gè)確定的狀態(tài)。如果活塞面積為A，任一瞬間氣體在壓力p的作用下推動活塞移動距離dx所作的膨脹功為：δw=Fdx=pAdx因Adx=dv，即為氣體容積的變化量，所以δw

=pdv

在過程1-a-2中，由于時(shí)可逆過程，過程中的每一點(diǎn)是一平衡狀態(tài)點(diǎn)。如果知道工質(zhì)在狀態(tài)變化過程中壓力p和比容v的變化規(guī)律，即過程方程式p=f(v)為已知，則即可以用積分方法求得功：W12=∫v1v2δw=∫12pdv

對于mkg工質(zhì)所作的功，則寫成W12=m∫v1v2pdV=∫12pdv

由定積分的幾何意義可知，即p=f(v)這已函數(shù)關(guān)系不同，如壓容圖中的過程1-b-2，即使過程的起點(diǎn)和終點(diǎn)一樣，過程的膨脹功也不同。此時(shí)過程1-b-2所做的膨脹功面積為1b2nml。因此，膨脹功是一個(gè)過程量，即功的大小不近與過程的起點(diǎn)、終點(diǎn)有關(guān)，而且與所進(jìn)行的過程性質(zhì)有關(guān)。由于壓容圖上p=f(v)曲線下面的面積，定量表示了1kg工質(zhì)在經(jīng)歷該熱力過程時(shí)所作的膨脹功，壓容圖又叫做“示功圖”。

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5、熵和溫熵圖

功和熱量都是與過程性質(zhì)有關(guān)的量，兩者具有許多共同的特征。由前面已經(jīng)知道，在可逆過程中，工質(zhì)與外界傳遞的功量可以用兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)p和v來描述，即δw

=pdv或W12=∫12pdv

其中壓力p是作功的推動力，只要工質(zhì)與外界微小的壓力差就能作功，因而比容v的變化則表示有無作功，當(dāng)dv＞0時(shí)，工質(zhì)對外界作功，當(dāng)dv＜0時(shí)，工質(zhì)對外界作負(fù)功，即外界對工質(zhì)作功。而當(dāng)dv=0時(shí)，則在熱力過程中不論其他的狀態(tài)參數(shù)如何變化，工質(zhì)未作膨脹功，也未獲得壓縮功。因此dv是否為零以及dv的正、負(fù)就表示了是否作功和作功的方向。

用類比方法，既然熱量是工質(zhì)與外界有溫差存在時(shí)所穿的的熱量，于是相應(yīng)地也應(yīng)有某一狀態(tài)參數(shù)的變化來標(biāo)識有無傳熱，我們就把反映熱量傳遞關(guān)系的狀態(tài)參數(shù)起名叫做“熵”，以符號S表示，1千克工質(zhì)的熵用小寫字母s表示，任意質(zhì)量工質(zhì)的熵用大寫字母S表示。

在可逆過程中，類比功的關(guān)系式，熱量q也可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)如下：δq

=Tds或q12=∫12Tds

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由此可得狀態(tài)參數(shù)熵的定義式，在可逆過程中：ds=δq

/T或△s=∫12δq

/TKJ/kg·K

即在微元的可逆過程中，工質(zhì)熵值得微元增量ds為外界傳給工質(zhì)的微笑熱量δq除以傳熱是工質(zhì)的絕熱溫度T所得的熵。相應(yīng)地對于mkg工質(zhì)，其熵的變化：dS=δQ/T，因δQ=mδq，故代入上式可得：dS=mds或△S=m△s,這說明當(dāng)工質(zhì)的質(zhì)量增加時(shí)，熵的數(shù)值也增加。

由熱力學(xué)可以證明，熵是狀態(tài)參數(shù)，只要工質(zhì)的狀態(tài)一定，工質(zhì)的熵就是一定的，而與工質(zhì)經(jīng)歷何種過程到達(dá)這一狀態(tài)無關(guān)。兩個(gè)狀態(tài)之間熵的差值也是一定的，不管連接這兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的過程是什么過程，也不管這些過程是否可逆。

既然熵是狀態(tài)參數(shù)，他就可以和另一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)一起描述工質(zhì)的狀態(tài)。類比壓容圖(pv圖)我們可以絕對溫度T為縱坐標(biāo)，熵S為橫坐標(biāo)，組成溫熵圖(Ts圖)。與壓容圖一樣，溫熵圖上，每一點(diǎn)可代表一個(gè)平衡狀態(tài)，每一條曲線可代表一個(gè)可逆過程，溫熵圖上過程曲線的方程可以一般地寫作：T=f(s)根據(jù)熵的定義，ds=δq

/T，因此對于一個(gè)可逆過程，過程中對工質(zhì)加入的熱量為：q=∫12δq

=

∫12Tds

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q=∫12Tds就是過程曲線下的面積，如下圖所示，曲線1-a-2下面的面積1a2s1s21即表示1-a-2過程工質(zhì)與外界所傳遞的熱量，因此溫熵圖又稱為示熱圖，在熱力學(xué)中，溫熵圖和壓容圖具有同樣重要的實(shí)用價(jià)值。

因?yàn)榻^對溫度T總正值，對ds=

δq

/T,若ds＞0,則δq＞0，說明過程中工質(zhì)的熵增加，表示外界向工質(zhì)加熱；若ds＜0,則δq＜0，說明過程中工質(zhì)的熵減少，表示工質(zhì)向外界放熱；若ds=0，表示工資與外界無熱量傳遞，此時(shí)工質(zhì)狀態(tài)變化過程在Ts圖上圍一條垂直線，稱為絕熱工程。因此可以根據(jù)工質(zhì)熵的有無增減，來判斷工質(zhì)在可逆過程中是吸熱、放熱還是絕熱。

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6、熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律是普遍的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用。在自然界中，一切物質(zhì)都具有能量，能量是不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅，但能量可以充一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)。在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能地總量保持不變。

工程熱力學(xué)主要研究熱能和機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化和守恒。機(jī)械能變熱能或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，它們之間的比值是一定的，用A表示與一個(gè)單位的功相當(dāng)?shù)臒崃?，叫做熱功?dāng)量，則Q=AL。

1、內(nèi)能

內(nèi)能是儲存于物體內(nèi)部的能量，內(nèi)能的量值取決于物體內(nèi)部微觀運(yùn)動的狀態(tài)。對于氣體，其內(nèi)能包括內(nèi)動能和內(nèi)位能。前者由分子的移動動能、轉(zhuǎn)動動能和分子內(nèi)部的振動動能所組成。分子間的內(nèi)位能是由于分子間具有相互作用力而產(chǎn)生的分子間的位能，它隨氣體的壓力和比容而變化。而對于理想氣體，由于認(rèn)為分子之間不存在互相作用力，所以不存在內(nèi)位能，內(nèi)動能只是溫度的單值函數(shù)，因此，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。內(nèi)能符號U，1千克工質(zhì)的內(nèi)能用u表示，其單位是焦耳/公斤(J/kg)

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2、動能

工質(zhì)在管路、設(shè)備中流動，就必然具有一定的速度，因此就具有一定的動能，我們以E=1/2mc2來表示，其中E即為動能，m為工質(zhì)的質(zhì)量，c為工質(zhì)流動時(shí)的速度，對于氣體，這里的動能E是大量氣體分子的集合體做宏觀的定向流動時(shí)所具有的能量，因此，它是機(jī)械能的一種。3、焓

我們用下式來定義“焓”，即i=u+pv；式中u為工質(zhì)的內(nèi)能，p和v為與內(nèi)能相同狀態(tài)下的壓力和比容。i叫做“焓”，上式是對1千克工質(zhì)而言。對于任意質(zhì)量工質(zhì)的焓，用大寫字母I表示：I=U+pV。焓的單位與內(nèi)能相同，為焦耳/千克(J/kg)。

由于u、p、v都是狀態(tài)參數(shù)，因此i也是狀態(tài)參數(shù)，即工質(zhì)的焓i只與工質(zhì)狀態(tài)有關(guān)，而與它經(jīng)歷什么過程到達(dá)這一狀態(tài)無關(guān)。

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第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)

一、燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)的主要技術(shù)指標(biāo)

衡量一臺燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)好壞的技術(shù)指標(biāo)是很多的，例如機(jī)組的效率、尺寸、壽命、制造和運(yùn)行費(fèi)用，啟動和攜帶負(fù)荷的速度等，這里我們主要從熱力循環(huán)的角度，著重討論機(jī)組的效率、比功、有用功系數(shù)、壓比和溫比等參數(shù)。1、熱效率

熱效率的含義是:當(dāng)工質(zhì)完成一循環(huán)時(shí)，把外界加給工質(zhì)的熱量q(或Q)轉(zhuǎn)化成為機(jī)械功的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)機(jī)械功是在什么地方測得的，我們有以下三種效率的定義。(1)循環(huán)效率：q1—相對于1千克空氣來說加給機(jī)組的熱量，千焦耳/千克wT—相對于1千克空氣來說的透平的膨脹軸功，千焦耳/千克wc—相對于1千克空氣來說的壓氣機(jī)的壓縮軸功，千焦耳/千克wi—相對于1千克空氣來說的循環(huán)凈功，千焦耳/千克HW—燃料得發(fā)熱量，千焦耳/千克F——燃料流量與空氣流量之比，及燃料空氣比

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第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)(2)裝置效率：ηm—燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)械效率Ws—相對于1千克空氣來說在透平功率輸出軸上測得的功率，千焦耳/千克(3)機(jī)組的有效效率：ηg—發(fā)電機(jī)效率Ne—發(fā)電機(jī)的功率，千瓦B—每小時(shí)加給機(jī)組的燃料量，千克/小時(shí)ηe—是燃?xì)廨啓C(jī)用來發(fā)電時(shí)衡量機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的一相指標(biāo)。

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第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)

工程上還常用油耗這個(gè)指標(biāo)來衡量機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，它得含義是每產(chǎn)生1千瓦時(shí)（度）的功所消耗的標(biāo)準(zhǔn)燃油的克數(shù)，即：

ge—油耗，克標(biāo)準(zhǔn)油Gf—每秒加給機(jī)組的燃料量，千克/秒標(biāo)準(zhǔn)燃料油是指發(fā)熱量（低位）為43124千焦耳/千克的燃油（10300千卡/千克），有時(shí)還用熱耗率qe

來衡量機(jī)組的熱功轉(zhuǎn)換效率，即：顯然，效率與熱耗率互為倒數(shù)。油耗、熱效率和熱耗率是從不同角度來衡量機(jī)組功能轉(zhuǎn)換效率的，因此，它們是互相關(guān)聯(lián)的，知道其中一個(gè)，就可以求出另外兩個(gè)來。燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識

第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)二、燃?xì)廨啓C(jī)理想筒單循環(huán)

燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)式一種所謂的“白雷登循環(huán)”，簡單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)，其通流部分由進(jìn)排氣管道和燃?xì)廨啓C(jī)的三大件即壓氣機(jī)，燃燒室、透平組成。從大氣中吸取空氣，透平排出的燃?xì)庥只氐酱髿庵腥ト缦聢D所示：

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第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)

由上圖可以看出壓氣機(jī)從大氣吸入空氣，并把它壓縮到一定壓力，然后進(jìn)入燃燒室與噴入的燃料混合、燃燒，形成高溫燃?xì)狻＞哂凶鞴δ芰Φ母邷厝細(xì)膺M(jìn)入透平膨脹作功，推動透平轉(zhuǎn)子帶著壓氣機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，從而把燃料中的化學(xué)能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功、燃?xì)庠谕钙街信蛎涀鞴?，而其壓力和溫度都逐漸下降，最后排向大氣。

只要機(jī)組啟動成功后，連續(xù)不斷地向燃燒室噴入燃料，并維持正常燃燒，那末上述過程就會連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，燃料中的化學(xué)能也將部分地、連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)比為機(jī)械功，這就是開式簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理。下面我們順著工質(zhì)的流向，對理想簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的熱力過程以及循環(huán)特性參數(shù)作簡要的介紹。

壓氣機(jī)中，空氣被壓縮，比容減小，壓力增加，因此必須輸入一定數(shù)量的壓縮功。當(dāng)忽略壓氣機(jī)與外界發(fā)生的熱量交換時(shí)，這一壓縮過程就是絕熱的。如果過理進(jìn)行得十分理想，沒有摩擦和擾動等不可逆現(xiàn)象存在，那么這一過程就是理想絕熱過程。

燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識

第三章

燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)

在燃燒室中，從壓氣機(jī)排出的高壓空氣與燃料噴嘴噴出的燃料混合燃燒，將燃料的化學(xué)能釋放出來，轉(zhuǎn)化為熱能，使燃燒產(chǎn)物即燃?xì)膺_(dá)到很高的溫度，因此，這就相當(dāng)于從外界吸收一定數(shù)量的熱，使工質(zhì)溫度升高，比容增大的加熱過程。在這一燃燒加熱過程中，工質(zhì)只與外界有熱量交換，并不對機(jī)器作功。空氣或燃?xì)庠谌紵抑械牧鲃舆^程伴隨著損失，壓力有所下降。但是設(shè)計(jì)良好的燃燒室中壓力損失很小，因此，在進(jìn)行理論分析時(shí)，可以認(rèn)為燃燒室中工質(zhì)壓力保持不變，即是說，燃燒室中的燃燒升溫過程可以看作為一個(gè)定壓加熱過程。

從燃燒室出來的具有較高壓力的高溫燃?xì)膺M(jìn)入透平后，在透平中膨脹，帶動壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對外界輸出一定數(shù)量的機(jī)械功。與此同時(shí)，工質(zhì)的溫度、壓力下降，比容增加。在這一過程中透平機(jī)殼會對外界環(huán)境散熱，但是由于燃?xì)饬髁亢艽?，燃?xì)饬鬟^透平所需時(shí)間很短，因此對外界的散熱相對很小。從而可以忽略對外界的散熱而把透平中工質(zhì)的膨脹作功過程當(dāng)作絕熱過程。在這一過程中，工質(zhì)與外界只有機(jī)械功的傳遞而沒有熱量的交換。在沒有摩擦等不可逆現(xiàn)象的情況下，透平中的膨脹可以看作是理想絕熱過程。

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燃?xì)廨啓C(jī)排氣經(jīng)排氣管道和煙囪排入大氣，在大氣中自然放熱，溫度降低到環(huán)境溫度，也就是壓氣機(jī)進(jìn)口空氣的溫度，當(dāng)忽略排氣系統(tǒng)壓力損失時(shí)，在這一自然放熱過程中，壓力不變，因而是一個(gè)定壓放熱過程。

以上四個(gè)過程，即壓氣機(jī)中的理想絕熱過程，燃燒室中的定壓加熱過程，透平中的理想絕熱過程和排氣系統(tǒng)中的定壓放熱過程，就組成了燃?xì)廨啓C(jī)理想開式簡單循環(huán)，我們把壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的狀態(tài)參數(shù)等一律以下標(biāo)“1”表示，壓氣機(jī)出口即燃燒室進(jìn)口狀態(tài)以下標(biāo)“2”表示，燃燒室出口即透平進(jìn)口狀態(tài)以下標(biāo)“3”表示，而透平的排氣狀態(tài)用下標(biāo)“4”表示。將該循環(huán)表示在壓容圖和溫熵圖上，見下圖：

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燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)

三、簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的分析

燃?xì)廨啓C(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、起動快、少用或不用冷卻水等一系列優(yōu)點(diǎn)，但它最大的缺點(diǎn)是效率偏低，目前陸用燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)效率大致在32%～38%左右。為了提高效率，需要深入研究和分析燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)中各種因素對熱效率和比功的影響，以便從中找到提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性和比功的途徑。

機(jī)組熱效率在燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)的主要技術(shù)指標(biāo)中已提及。

比功的含義：是指進(jìn)入壓氣機(jī)的1kg空氣，在燃?xì)廨啓C(jī)完成一個(gè)循環(huán)后所能對外輸出的機(jī)械功(或電功)或凈功。

由機(jī)組熱效率的表示式可知，影響機(jī)組熱效率的因素較多。首先是溫比τ=T3/Ta(Ta為進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣溫度、T3為燃?xì)馔钙降某鯗兀⒖諝庠趬簹鈾C(jī)中的壓縮比π；其次是壓氣機(jī)的壓縮效率、燃燒室燃燒效率、燃?xì)馔钙脚蛎浶?，以及工質(zhì)流動過程的壓力保持系數(shù)或壓力損失(壓氣機(jī)進(jìn)氣、燃燒室、排氣系統(tǒng))。

下面重點(diǎn)討論升溫和增壓這兩個(gè)因素對機(jī)組熱效率和比功的影響。

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首先看一下升溫的影響。先假定壓比π為某一定值。如果以它的極端情況不升溫為例，可以肯定地地說，那時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)根本不會旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闊崃W(xué)第一定律告訴我們，熱機(jī)對外界輸出軸功，是以工質(zhì)從外界吸收一定熱量為前提的。在燃?xì)廨啓C(jī)中，位移可以加進(jìn)熱量的地方，就是在燃燒室中噴入燃料燃燒，以提高工質(zhì)的溫度。如果不升溫，外界并沒有對機(jī)組施加任何熱量，當(dāng)然機(jī)組就不會有機(jī)械功輸出。這個(gè)問題還可以從另外一個(gè)角度加以解釋：在沒有任何不可逆現(xiàn)象的理想情況下，如果空氣在壓氣機(jī)中增壓后，不經(jīng)燃燒升溫而立即送到透平中去膨脹，可以設(shè)想此時(shí)透平發(fā)出的軸功正好等于壓氣機(jī)消耗的軸功，兩者互相抵消，更何況實(shí)際的過程是不可逆的，因此壓氣機(jī)功耗大于透平的膨脹軸功，機(jī)組本身就轉(zhuǎn)不起來。

如果再壓縮過程完成以后，在燃燒室中噴入一定數(shù)量的燃料，使工質(zhì)溫度由T2升高到T3，則透平的膨脹軸功就將超過壓氣機(jī)的壓縮軸功，這樣機(jī)組就會旋轉(zhuǎn)起來，并對外界輸出一定數(shù)量的凈功。由此可見，在燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中，燃燒過程所能達(dá)到的T3越高，則p-v圖上循環(huán)曲線所包圍的面積越大，即循環(huán)的比功越大。在存在摩擦等不可逆損失時(shí)，這個(gè)結(jié)論同樣正確，因此此時(shí)向外界輸出的功是理想循環(huán)功扣除各項(xiàng)損失后的余額。另外隨著T3的增加，機(jī)組的效率也增加。

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我們再來考慮大氣溫度Ta的影響。當(dāng)機(jī)組所在地點(diǎn)不變時(shí)，大氣壓力的波動是很小的，可近似為pa不變，而大氣溫度一年四季變化很大。當(dāng)大氣溫度下降時(shí)，空氣比容會減小，壓縮過程的起點(diǎn)1將沿等壓線向左移動，當(dāng)它經(jīng)歷等熵壓縮過程二達(dá)到同一個(gè)出口壓力p2時(shí)，空氣的溫度和比容都比較小，這久意味著壓縮過程壓氣機(jī)所消耗的壓縮軸功將隨大氣溫度的下降二不斷減小。當(dāng)T3一定時(shí)，機(jī)組的比功就會增大。這個(gè)規(guī)律對于存在不可逆現(xiàn)象的實(shí)際循環(huán)淶水，也是適合的。由此可見，大氣溫度Ta的降低對機(jī)組比功和熱效率的影響，正好與提高透平燃?xì)獬鯗豑3的效果相仿；當(dāng)然它們的影響程度不同。這可以用溫比τ=T3/Ta來表示二者共同的作用。不論提高T3，還是降低Ta，τ都增大，從而比功和熱效率都有所增加。

在實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)中，溫比τ對燃?xì)廨啓C(jī)的性能有決定性的影響。T3每提高100℃，機(jī)組比功增加約20%～40%，熱效率增加0.02～0.05.因此力求提高T3，以得到良好的機(jī)組性能。當(dāng)然T3的提高受到透平葉片材料和冷卻技術(shù)的限制。目前T3大都被限制950℃～1400℃之間，至于大氣溫度Ta隨時(shí)在變動，由于Ta的降低比提高T3對機(jī)組性能的影響要大幾倍，故天氣冷暖對燃?xì)廨啓C(jī)性能有很大影響，Ta每降低10℃，機(jī)組比功可增加4%～10%，效率提高0.01～0.02。

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下面討論下當(dāng)T3和Ta選定時(shí)(即溫比τ一定)，壓比π對機(jī)組比功和熱效率的影響。從燃?xì)廨啓C(jī)簡單理想循環(huán)的溫熵圖(T-S)中可以清楚地看出壓比的影響。如果空氣根本不經(jīng)壓氣機(jī)增壓，即π=1，，則不管T3取得多高，這實(shí)際上就是一個(gè)向大氣噴燃料燃燒的過程，機(jī)組當(dāng)然不會有任何機(jī)械功的輸出。

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這種極限情況就死圖中1-4s-4′s-3〞等壓燃燒過程線，該線就是壓力p=pa的等壓線，之后燃?xì)庠诖髿庵蟹艧?，從原等壓線回到初始狀態(tài)1，這樣一個(gè)循環(huán)表示曲線下的面積為零，因此機(jī)組循環(huán)浄功為0，效率也為0。而當(dāng)π＞0時(shí)，從圖中看出，這時(shí)機(jī)組可以輸出相當(dāng)于面積1-2′s3′4′s1那樣大小的循環(huán)浄功，當(dāng)壓比繼續(xù)增大，則代表循環(huán)浄功面積就繼續(xù)增大，為1-2s34s1。

但并不是壓比越高循環(huán)比功就越大，因?yàn)楫?dāng)選定了T3=常數(shù)后，由于壓氣機(jī)出口溫度隨壓比的增加而升高，燃燒室中允