《气体动力循环》PPT课件.ppt

2019年7月23日,第九章 气体动力循环,1,第九章 气体动力循环,9-1 燃气轮机装置循环,9-2 喷气式发动机及其循环,9-3 活塞式热气发动机及其循环,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,2,9-1 燃气轮机装置循环,一、定压加热燃气轮机循环,定压加热燃气轮机装置循环（勃雷登循环）的组成： 绝热压缩过程（压气机） 定压加热过程（燃烧室、加热器） 绝热膨胀过程（燃气轮机、气轮机） 定压放热过程（大气、冷却器）,闭式燃气轮机装置,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,3,增压比=p2/p1 最高温度T3 升温比= T3/T1,参数关系：,循环加热量：,循环放热量：,循环热效率：,定压加热燃气轮机循环特性：,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,4,整理上式，有,可见，热效率。,功量燃气轮机轴功：,压气机耗功：,燃气轮机装置的循环净功有极大值。,当,所以,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,5,二、燃气轮机装置的实际循环,压气机耗功：,燃气轮机轴功：,循环热效率：,实际燃气轮机装置中，压气机的压气过程及燃气轮机的膨胀作功过程的不可逆损失较大。,涡轮机效率,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,6,因,所以有,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,7,当 、 、 一定时，随着增压比的提高，循环热效率有一个极大值； ,可见：,热效率影响因素分析,由,。,；,T1决定于大气环境，因此，提高燃烧所得高温燃气温度T3,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,8,(1) 燃气轮机装置的回热循环,理想循环的组成：1-2为压气机中绝热压缩；2-6为回热器中定压预热；6-3为燃烧室中定压加热；3-4为燃气轮机中绝热膨胀；4-5为回热器中定压放热；5-1为大气中定压放热。,理想回热：空气从T2 升温至T4，实际只能到T6。,三、提高热效率的措施,定义：回热度,2019年7月23日,采用回热措施时，空气进入燃烧室的温度由T2提高到T6，从而大大提高了燃烧室中空气定压加热过程的平均加热温度，同时，排入大气的废气温度也由T4降低到T5，从而降低了废气在定压放热过程中的平均放热温度。因此，由等效卡诺循环的热效率公式可知，采用回热措施能提高燃气轮机装置循环的热效率。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,10,燃气轮机回热循环热效率可表示为,比热容为定值时，有,代入参数间的关系式 ，可得,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,11,可见: 增大升温比，可提高燃气轮机回热循环的热效率；,当升温比及回热度一定时，随着增压比的提高，回热循环的热效率有一个极大值。当回热度增大时，与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低。,热效率影响因素分析,由,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,12,采用多级压缩中间冷却以及多级膨胀中间再热的回热循环措施后，提高了平均加热温度及降低了平均放热温度，使得循环热效率得到较大的提高。,(2)采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环,压气机分为低压压气机和高压压气机；燃气轮机也分为高压级和低压级两部分，并在两者中间加设燃烧室。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,13,但是这种装置的结构复杂，体积较大，因而经常单独采用多级压缩中间冷却或多级膨胀中间再热。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,14,9-2 喷气式发动机及其循环,在喷气式发动机中，燃烧产生的高温燃气通过喷管时在其中绝热膨胀而获得高速。当高速气流从喷气式发动机尾部喷出时，它所产生的反作用力就推动发动机向着与气流相反的方向前进。 喷气式发动机重量轻、体积小、功率大，其功率随本身运动速度提高而增大，特别适合用做航空发动机，成为航空上最普遍使用的发动机。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,15,喷气式发动机以一定飞行速度前进时，空气以相同速度进入。高速气流在前端扩压管1中降速升压后进入压气机2，经绝热压缩进一步升压。压缩空气在燃烧室3中和喷入的燃料一起进行定压燃烧。产生的高温燃气先在燃气轮机4中绝热膨胀产生轴功用于带动压气机，然后进入尾部喷管5中，在其中继续膨胀获得高速，最后从尾部喷向大气。,工作过程：,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,16,喷气式发动机的理想热力循环分析,1-a扩压管中的绝热压缩；a-2压气机中的绝热压缩；2-3燃烧室中的定压吸热；3-b燃气轮机中的绝热膨胀；b-4尾喷管中的绝热膨胀；4-1大气中定压放热。 p-v图上，面积 代表压气机所消耗的轴功，面积 代表燃气轮机所输出的轴功，根据喷气发动机的工作原理，两轴功的数值相等，故两面积相等。,显然，喷气式发动机的热力循环和定压加热燃气轮机循环相同，故可引用有关的结论来对其进行分析。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,17,9-3 活塞式热气发动机及其循环,活塞式热气发动机又称斯特林发动机，是一种外部加热的闭式循环的发动机，只是在近几十年来才取得较大的进展。 突出优点： 采用外部加热，故废气的污染少，可以采用多种燃料特别是劣质燃料，还可以利用核能。,工作过程：,(1)定温压缩过程：配气活塞2位于上死点，动力活塞1由其下死点向上移动。两活塞间压缩腔内的工质受压，同时通过缸壁向冷却水放热。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,18,(3)定温膨胀过程：外部燃烧系统通过气缸顶部向膨胀腔内的工质加热，工质定温膨胀，推动配气活塞和动力活塞一起下移，输出容积变化功。,(2)定容预热过程：动力活塞1位于其上死点位置，配气活塞2从其上死点下移。迫使气缸压缩腔内工质流入配气活塞上方的气缸膨胀腔。此时工质容积不变，在流过回热器3时被加热。配气活塞与和动力活塞相靠时，工质全部进入气缸的膨胀腔，定容预热过程结束。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,19,(4)定容回热过程 ：动力活塞1位于其下死点，配气活塞2从其下死点上移。使膨胀腔内工质经连通管流入压缩腔。此时工质容积不变，并在流过回热器3时向回热器放热，降低温度。当配气活塞2移至其上死点时，工质全部进入压缩腔，定容回热过程结束。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,20,定温膨胀过程3-4中工质从外部燃烧系统得到的热量为,定温压缩过程1-2中工质向冷却介质放出的热量为,热效率,活塞式热气发动机理想循环(斯特林循环)：,循环热效率分析：,工质在定容预热过程中得到的热量与定容回热过程中的放热量相等。,2019年7月23日,第九章 气体动力循环,21,在