燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)課件

第7章

燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)2023/4/181§7.1循環(huán)分析的目的和一般方法分析動力循環(huán)的目的在于評價該循環(huán)在熱能對機(jī)械能的連續(xù)轉(zhuǎn)換及能量有效利用方面的工作性能，并探討影響該循環(huán)特性的主要因素。⑴分析動力循環(huán)的一般方法①對實(shí)際過程加以抽象和概括，將實(shí)際循環(huán)簡化為理想的可逆循環(huán)，分析其熱功轉(zhuǎn)換效果及影響因素②在理想可逆循環(huán)基礎(chǔ)上再考慮實(shí)際循環(huán)有哪些不可逆損失，及其產(chǎn)生的原因、大小和改進(jìn)的辦法對于實(shí)際循環(huán)，從能量的有效利用考慮，除需要進(jìn)行熱效率分析外，一般還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行熵產(chǎn)或可用能損失方面的分析，以便合理評估循環(huán)的完善性2023/4/182本課程主要討論相關(guān)熱力裝置的理論循環(huán)，重點(diǎn)在于分析熱力循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，必要時也會涉及一些實(shí)際循環(huán)的問題實(shí)際的氣體動力循環(huán)中，在循環(huán)的不同階段工質(zhì)成份不同，有時是空氣，有時是燃?xì)馊細(xì)獾臒嵛镄耘c空氣相近理論分析中視工質(zhì)為類同空氣的某種定比熱容理想氣體⑵對實(shí)際氣體動力循環(huán)所作的理想化處理①②實(shí)際裝置的工作循環(huán)是開放式的，每個工作循環(huán)后均將廢氣排棄，更換新的工質(zhì)理論分析時抽象成閉式循環(huán)燃燒過程視為對工質(zhì)的加熱過程排氣過程視為工質(zhì)的放熱過程2023/4/183⑵燃汽輪機(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)——布雷敦循環(huán)(Braytoncycle)實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)工作過程理想化為定壓加熱循環(huán)工質(zhì)視為某種定比熱容理想氣體工質(zhì)壓縮過程12為定熵的絕熱過程燃燒過程23視為定壓加熱過程工質(zhì)在燃?xì)廨啓C(jī)中定熵絕熱膨脹34廢氣排放到大氣視同定壓放熱過程41Ts1234PsPsP4213PsPs布雷頓循環(huán)2023/4/185⑶布雷頓循環(huán)的熱效率循環(huán)的吸熱量循環(huán)的放熱量布雷敦循環(huán)的熱效率Ts1234PsPs2023/4/186Ts1234PsPs由絕熱過程12和34

由定壓過程23和41布雷頓循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的始、末態(tài)溫度布雷頓循環(huán)2023/4/187不要與卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式混淆

式中的T1和T2只不過是循環(huán)中1點(diǎn)和2點(diǎn)的溫度，并非吸熱過程和放熱過程的熱源溫度！增壓比Ts1234PsPs布雷頓循環(huán)布雷敦循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的增壓比π隨π的增大而提高2023/4/188定義增溫比——循環(huán)的最高溫度與最低溫度之比2023/4/1810當(dāng)工質(zhì)一定、初態(tài)1一定時

若一定，循環(huán)凈功wnet僅取決于wnet隨增壓比提高先增大，到達(dá)極大值后反轉(zhuǎn)減少對應(yīng)于wnet,max的為最佳增壓比opt燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出wnet式中cp、k、T1已知圖中給出了k=1.4的wnet=f(

,)函數(shù)關(guān)系2023/4/1811⑸實(shí)際(不可逆)定壓加熱循環(huán)分析實(shí)際定壓加熱循環(huán)是不可逆的就熱效率而言，只要吸熱量和放熱量一定則循環(huán)熱效率一定

與加熱過程和放熱過程是否可逆無關(guān)壓氣機(jī)和燃汽輪機(jī)工作過程的不可逆性則對實(shí)際循環(huán)的熱效率有影響實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)12——不可逆絕熱壓縮，非定熵過程34——不可逆絕熱膨脹，非定熵過程23——定壓加熱過程41——定壓放熱過程Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)12341布雷頓循環(huán)12s34s12023/4/1813Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)12341壓氣機(jī)定熵效率燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率(相對內(nèi)效率)實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出布雷頓循環(huán)12s34s1初態(tài)1、增壓比相同情況下，實(shí)際循環(huán)的壓氣機(jī)功耗及燃?xì)廨啓C(jī)的功輸出與理想循環(huán)的差別由定熵效率表達(dá)2023/4/1814Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱循環(huán)吸熱量實(shí)際定壓加熱循環(huán)熱效率2023/4/1815實(shí)際循環(huán)熱效率t隨及的變化關(guān)系如圖示實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率(c,s=c,s=0.85;T1=290K;k=1.4)2023/4/1817實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率(c,s=c,s=0.85;T1=290K;k=1.4)初態(tài)、燃?xì)廨啓C(jī)及壓氣機(jī)定熵效率一定的條件下：·增壓比一定時，增溫比越大，循環(huán)的熱效率t越高·增溫比一定時，循環(huán)熱效率t隨增壓比增大而變化有一極大值；增溫比越大該極大值越大，相應(yīng)的增壓比也越大增壓比

對實(shí)際循環(huán)熱效率的影響與對布雷頓循環(huán)的影響不一樣2023/4/1818提高循環(huán)增溫比在于提高燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口處的溫度T3涉及金屬材料耐熱強(qiáng)度極限問題為尋找出路，正在研究使用陶瓷材料作為替代從循環(huán)方式出發(fā)，提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的途徑尚有：·實(shí)行回?zé)帷ぴ诨責(zé)岬幕A(chǔ)上實(shí)行分級壓縮、級間冷卻和分級膨脹、中間再熱提高增溫比是提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的主要方向減小壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部過程的不可逆性，提高其定熵效率也有助于提高循環(huán)的熱效率從、

兩者對t的影響看來2023/4/1819⑵燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱-回?zé)嵫h(huán)1燃燒室234燃料空氣廢氣燃?xì)馊細(xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)56回?zé)嵫h(huán)可理想化為：回?zé)崞鱐s12s——可逆絕熱(定熵)壓縮2s5——定壓回?zé)?回?zé)崞?53——定壓加熱(燃燒室)34s——可逆絕熱(定熵)膨脹4s6——定壓回?zé)?回?zé)崞?12s534s661——定壓放熱(大氣中)①理想回?zé)嵫h(huán)回?zé)帷桓淖冄h(huán)過程基本性質(zhì)，利用放熱過程的放熱量滿足吸熱過程需要理想回?zé)帷_(dá)到最大可能的回?zé)岢潭?023/4/18211燃燒室234燃料空氣廢氣燃?xì)馊細(xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)56回?zé)崞鱐s12s534s6理想回?zé)崆闆r下：廢氣排放至大氣時(6)冷卻到壓縮機(jī)出口處的工質(zhì)溫度T2s新鮮工質(zhì)回?zé)岷?5)達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度T4s回?zé)崞髦凶畲罂赡艿幕責(zé)崃繕O限回?zé)?、完全回?zé)崂硐牖責(zé)嵋喾Qq4s6=q2s52023/4/1822Ts12s534s6實(shí)行回?zé)釙r各過程的基本性質(zhì)不改變12s34s1——布雷頓循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)也不改變無論回?zé)崤c否循環(huán)的凈功輸出不變采用回?zé)釙r循環(huán)吸熱量循環(huán)放熱量顯然吸熱平均溫度提高了放熱平均溫度降低了極限回?zé)嵫h(huán)的熱效率t,12s534s61>簡單布雷頓循環(huán)的熱效率t,B2023/4/1823燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)一般≯0.8回?zé)岫取獙?shí)際回?zé)釋ψ畲罂赡芑責(zé)嶂葓D示的實(shí)際回?zé)嵫h(huán)Ts12345678吸熱量放熱量循環(huán)的熱效率循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)已知時,據(jù)可確定回?zé)崞鞒隹跍囟萒7、T82023/4/1825值得注意的是，只是在增壓比π較小時回?zé)岽胧ρh(huán)的熱效率才會有較明顯的影響Ts12345678隨增壓比提高，T2將不斷提高當(dāng)增壓比高至令T2=T4時不可能有回?zé)徇^程存在2回?zé)岽胧┲荒茉陉懹玫墓潭ㄔO(shè)備中采用船艦和航空動力裝置要求有盡量小的設(shè)備自重，因而不會采用回?zé)岽胧┰赥3不變的情況下T4不斷下降，回?zé)崃坑鷣碛賂3342023/4/1826例7-1(習(xí)題10-18的第一部分)

某電廠以燃?xì)廨啓C(jī)裝置產(chǎn)生動力，向發(fā)電機(jī)輸出的功率為20MW，循環(huán)簡圖如圖10-23，循環(huán)最低溫度為290K、最高為1500K,循環(huán)最低壓力為95kPa、最高壓力為950kPa。循環(huán)中設(shè)一回?zé)崞?，回?zé)岫葹?5%。壓氣機(jī)絕熱效率c,s=0.85，燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率T=0.87。試求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率、壓氣機(jī)消耗的功率和循環(huán)熱效率。解：認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)是空氣，且為定比熱容理想氣體5678Ts122s34s412s34s1為理想循環(huán)——布雷頓循環(huán)考慮壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率時的實(shí)際循環(huán)為12341極限回?zé)釙rT4=T5；T2=T6，考慮回?zé)岫葧r循環(huán)為2023/4/1829循環(huán)中各端點(diǎn)的溫度：5678Ts122s34s4燃?xì)廨啓C(jī)的定熵效