燃气轮机-热力循环(PPT34页)

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,,‹#›,,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,第一章 燃气轮机及其热力循环,1-1,概述,燃气轮机简介；特点及应用；,√,1-2,燃气轮机热力性能指标,√,,热力参数（压比、温比）；,性能参数（比功和功率、热效率、耗油率和热耗率等）,1-3,燃气轮机的简单循环,1-4,燃气轮

2、机热力循环计算,(,自学为主,),1-5,提高燃气轮机热力性能的途径,1-3,燃气轮机的简单循环,在工质流动的主,要,流程中，只有压气机、燃烧室和涡轮三大件组成,——,简单循环,一、稳定流动能量方程式在燃气轮机中的应用,任何热机必须依靠,工质,经过一系列,热力过程,完成一个,循环,，才能,连续不断地,对外做功,。,在燃气轮机中，工质要完成压缩、加热、膨胀以及放热等热力过程，必需,连续不断地流进和流出设备,。,进行热力学分析时，视,稳定工作时,工质的流动为,稳定流动,，各能量间相互转化关系服从,稳定流动能量方程式。,,,,,,,复习内容,1,、什么是稳定流动？其条件是什么？,,所谓稳定流动，就是

3、热力系统在任何截面上，工质的一切参数都不随时间而变。,稳定流动的条件,：,（,1,）进出口工质的热力状态不随时间而变；,（,2,）进出口工质的流量相等且不随时间而变；,（,3,）系统与外界交换的一切能量不随时间而变。,2,、什么是滞止现象？滞止参数？,,滞止现象：当流动工质受到阻碍而使,工质流速降为零时,所发生的现象。,滞止参数：,通过,可逆绝热压缩,过程使工质流速降为零时所得到的参数,。,,滞止焓或总焓,i,*,,,滞止温度或 总温,T,*,,滞止压力或总压,p,*,,静参数,滞止参数,稳定流动能量方程式,,忽略燃气轮机进出口的位能差,,,,引入滞止焓,,,对于燃气轮机中的各热力过程都是适用

4、的。,工质吸收的热量,焓差,动能差,位能差,理论轴功,稳定流动,所有工质,简单循环,,理想简单循环,实际简单循环,讨论影响循环动力性和经济性的因素,,利用热力学中的,p,-,v,图,和,T,-,s,图研究循环,二、理想简单循环,假设条件：,,,工质为理想气体；,热力过程均是可逆的，无能量损耗；,工质的比热容和流量不变。,组成：,2,个可逆绝热过程,,2,个可逆定压过程,,1-2s,等熵压缩,2s-3s,等压加热,,3s-4s,等熵膨胀,,4s- 1,等压放热,,,,1,、分析热力过程,,①1-2s,压气机中的可逆绝热压缩过程,压气机消耗的功用来压缩气体,，称为,压缩功,L,cs,,,,,,,,

5、q,1-2,s,= 0,理想气体,定比热,,②2s-3s,燃烧室中的等压加热过程,,与外界没有功的交换,L,2s-3,s,= 0,,；,,,,,,,,q,1,从外界吸收的热量为,q,1,,③3s-4s,涡轮中进行可逆绝热膨胀过程,q,3s-4,s,= 0,工质在涡轮中膨胀做功，称为,膨胀,功,L,T,s,,,,,,,,,④4s-1,大气中的等压放热过程,,与外界没有功的交换,L,4s-1,= 0,,；向,外界放出的热量为,q,2,,,,,,,,,,q,1,,q,2,讨论循环的比功和热效率。,,2,、理想简单循环的比功,Ls,循环比功,,Ls,,= L,Ts,-L,Cs,=,q,1,-,q,2,

6、=,,q,s,,,,讨论影响循环比功的因素,,= c,p,T,1,*,[,,*,(1-,,*-m,)-(,,*m,-1)],=,f,(,,*,,,,*,),,影响理想简单循环,循环比功,Ls,的重要因素：,压比,*,和,温比,*,影响,,规律：,,,L1,*,,L4,*,,1,*,,2,*,,3,*,,4,*,*,教材（,1-24,）式,中间有误，改正！,,3,、理想简单循环的热效率,,s,循环热效率,,s,,= L,s,/,q,1,=,q,s,/,q,1,=1-,q,2,/,,q,1,,,= 1-,,*-m,=,f,(,,*,),,,q,1,q,2,,4,

7、、理想简单循环的有用功系数,,,= 1-,,*m,/,,*,= f(,,*,，,,*,),三、实际简单循环,,特点：,热力过程中有各种能量损耗，是不可逆的；,工质的热力性质和数量因燃烧而变。,假定条件（,为便于与理想循环比较,）：,,①具有相同,的压比,,C,*,和初始温度,T,1,*,,；,,②涡轮前燃气初温相同，,T,3,*,=,T,3s,*,,；,③环境参数均为,p,0,、,T,0,， 即,p,1,*,=,p,0,,、,T,1,*,=,T,0,,。,,,,,,压缩,膨胀,燃烧,加热,放热,1,、实际与理想简单循环的区别,分析热力过程：,（,1,）进气过程,1-1,ˋ,(,进气

8、道、空滤器）,,流动阻力压力降低但总温不变,,,（,2,）压缩过程,1,ˋ,-2,,绝热但存在能损，熵增加,,空气,绝热指数,相同压比下，理想压缩过程与实际压缩过程所耗功的比值，,即为,,（,3,）燃烧过程,2-3,,存在摩擦和热阻力，总压有所降低,,,,,,,燃烧不完全，燃烧效率,,B,<1.0 (0.90~1.0),,实际吸热量降低,q,1,=,q,1s,,B,,（,4,）膨胀过程,3-4,,绝热但存在能损，熵增加,,,,,,,膨胀终了的压力大于环境压力,，即,,燃气,绝热指数,绝热膨胀效率：,相同的膨胀比下，实际膨胀过程与理想膨胀过程所作功的比值。,涡轮的实际膨胀比,,T,*

9、,（,5,）排气过程,4-1,,,,,（,6,）工质流量变化,（,燃烧,）,,,,,,,,,1,、实际与理想简单循环的区别,综合分析结果：,,由于各种不可逆因素的存在，机组性能变差。,（,1,）压气机耗功,L,C,增大 、涡轮膨胀功,L,T,减少 ，从而使机组比功,L,i,降低，即：,,L,C,=L,Cs,/,,C,*,,↑,,L,T,=L,Ts,,T,*,,↓,,,L,i,= L,T,-L,C,< L,s,,↓,,,动力性能变差,,（,2,）工质吸热量,q,1,减少、放热量,q,2,增大，从而使机组热效率,,i,降低，即：,,q,1,=,q,1s,,B,,↓,,,q,2,=,c,p,

10、(,T,4,*,-,T,1,*,),↑,,,,i,= 1-,L,i,/,q,1,=,1-,q,2,/,q,1,,↓,,,经济性能恶化,,2,、实际简单循环的比功,L,i,实际简单循环存在各种能损，偏离了理想循环。,可用两种方法表示这两种能损：,,(,一,),相当于加热的多变过程,,用多变指数,n,的大小衡量过程的不可逆程度；,只要确定,n,值，则,L,T,和,L,C,容易求得。,,(,二,),引入比较直观的参数,,压气机绝热压缩效率,,C,*,；,涡轮绝热膨胀效率,,T,*,。,,实际采用较多,较少采用,,燃气轮机比功,L,i,：,,L,i,,= L,T,-L,C,,,,,,,,,,（工

11、质热力性质）,3,、实际简单循环的热效率,,i,,,,,,,,,,,,,,,教材有误改正,（,T,1,*,消去了）,简化处理,不考虑压力损失、物性变化：,四、影响实际简单循环性能的主要因素,,温比,,*,、压比,,*,、部件效率,,C,*,,,T,*,,,B,、压力损失,下面定性分析各种因素对循环性能的影响。,1,、温比,,*,、压比,,*,由简化后的公式可知：,,当压比,,*,=1,时，比功,L,i,=0,、内效率,,i,=0,；,,当压比,,*,提高时,，比功,L,i,和,内效率,,i,都增大；,但当压比,提高到所谓,极限压比,时，压气机耗功等于涡轮膨胀功，,比功,

12、L,i,=0,、内效率,,i,=0,。,此时,最佳压比及求解,两种极端情况之间，必存在使比功达到极大值的最佳压比,,*,Limax,,和使热效率达到极大值的最佳压比,,*,,imax,,。,实线,按计算公式计算绘制，表示比功、内效率随循环主要,,热力参数变化的变化规律；,虚线,按最佳压比绘制，表示最佳压比随温比的变化规律。,温比,,*,和,压比,,*,的,影响规律,,☆,发动机压比的选择原则,Ⅰ,发动机的重量尺寸是主要矛盾，,例如军用机组。,,应把压比选在,,*,Limax,,附近，使比功最大,，降低空气耗量以及有关机组的重量尺寸。,Ⅱ,发动机的经济性是主要矛盾，,例如民用发电机

13、组。,,应把压比选在,,*,,imax,附近，使机组热效率最大,，把耗油率降低到最低限度。,Ⅲ,一般，有时可能把压比取在,*,Limax,与,*,,imax,之间，,,使经济性和重量尺寸都得到一定照顾。,☆,在提高燃气温度的同时，必须提高压比。,2,、部件效率,,C,*,、,T,*,、,B,的影响,,当,,C,*,、,T,*,提高时,，比功,L,i,和,内效率,,i,都增加；,当,,B,提高时,，内效率,,i,增加。,3,、压力损失的影响,,压力损失由进气道流动阻力、燃烧室流阻和热阻以及排气道的流动阻力引起的。,压力损失减小了涡轮膨胀比，使涡轮比功减少，影响了比功和热

14、效率。,,T,*,=,,,,C,*,↓,,,一般,,= 0.96~0.90,。,演讲完毕，谢谢观看！,内容总结,第一章 燃气轮机及其热力循环。所谓稳定流动，就是热力系统在任何截面上，工质的一切参数都不随时间而变。滞止现象：当流动工质受到阻碍而使工质流速降为零时所发生的现象。循环比功Ls的重要因素：压比*和温比*。= f(*，*)。①具有相同的压比C*和初始温度T1*。（2）压缩过程1ˋ-2。（3）燃烧过程2-3。（4）膨胀过程3-4。（6）工质流量变化（燃烧）。实际简单循环存在各种能损，偏离了理想循环。可用两种方法表示这两种能损：。当压比*=1时，比功Li=0、内效率i=0。虚线按最佳压比绘制，表示最佳压比随温比的变化规律。温比*和压比*的影响规律。应把压比选在*Limax 附近，使比功最大，降低空气耗量以及有关机组的重量尺寸。☆在提高燃气温度的同时，必须提高压比。当B提高时，内效率i增加。演讲完毕，谢谢观看,