第7章燃气轮机装置循环

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清华大学工程热力学期末习题讲评

清华大学工程热力学期末习题讲评

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后 , 首先被冷却盘管冷却和冷凝除湿 , 温度降为 首先被冷却盘管冷却和冷凝除湿, t2=10℃;然后被电加热器加热到t3=20℃(参看图910℃ 20℃ 参看图9 14),试确定:(1) 各过程中湿空气的初、终态参数; 14) 试确定: 各过程中湿空气的初、终态参数; (2) 相对于单位质量干空气的湿空气在空调机中除 去的水分mω;(3) 相对于单位质量干空气的湿空气 被冷却而带走的热量Q12和从电加热器吸入的热量 Q23(用h-d图计算)。 图计算)
间冷+再热+ 间冷+再热+回热示意图
间冷器 回热器 燃烧室1 燃烧室 2R 燃烧室2 燃烧室
2a 3
4R 4a
压气机 1
燃气轮机
第七次作业 (5-19) 19)
2—3中间冷却过程 3点的温度计算: 点的温度计算:
T3 = T2 a − 0.8(T2 a − T1 )
中间冷却使空气温度下降 中间冷却使空气温度下降 为低压级压缩机温升的 80%
思考题 : ∂T ( )u = ? ∂v
主要内容
剩余习题讲解
典型重点提示
分析循环的一般方法
1. 2.
3. 4.
将实际循环抽象和简化为理想循环; 将简化好的理想循环表示在p 将简化好的理想循环表示在p-v和T-s图 上; 对理想循环进行分析和计算; 定性分析各主要参数对理想循环的吸热量, 放热量及净功量的影响; 对理想循环的计算结果引入必要的修正; 对实际循环进行热力学第二定律分析。

工程热力学知到章节答案智慧树2023年四川大学

工程热力学知到章节答案智慧树2023年四川大学

工程热力学知到章节测试答案智慧树2023年最新四川大学绪论单元测试1.热力发电属于热能的()。

参考答案:动力利用第一章测试1.与外界只发生质量交换而无热量交换的热力系统称为()。

参考答案:开口系统2.如果环境压力为100kPa,相对压力为70kPa,则绝对压力为()。

参考答案:170 kPa3.热力学中一般规定,系统对外界做功为(),系统从外界吸热为()。

参考答案:正/正4.T-s图上,可逆过程线与s轴围成的面积表示()。

参考答案:热量5.工质经历一个循环后回到初始状态,其熵()。

参考答案:不变6.稳定状态()是平衡状态,而平衡状态()是稳定状态。

参考答案:不一定/一定7.在p-v图上,任意一个正向循环其()。

参考答案:压缩功小于膨胀功8.在T-s图上,任意一个逆向循环其()。

参考答案:吸热小于放热9.容积变化功定义式的适用条件是____过程。

参考答案:null10.经历一个不可逆循环,工质不能恢复到原来的状态()。

参考答案:错第二章测试1.公式的适用条件是()。

参考答案:任意工质,可逆过程2.热力学第一定律阐述了能量转换的()。

参考答案:数量关系3.下列哪些项属于开口系统的技术功范围()。

参考答案:内部功;进出口的势能差;进出口的动能差4.外部储存能是()。

参考答案:有序能5.热力学能是()参考答案:无序能;状态量6.理想气体等温压缩过程,其焓变化量()。

参考答案:为零7.稳定流动能量方程适用于下列哪些稳定运行的机械设备()。

参考答案:压气机;锅炉;燃气轮机;蒸汽轮机8.充满空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝,通电后取空气为系统,则有()。

参考答案:Q>0,∆U>0,W=09.工质流经开口系统时存在流动功,流动功()状态参数。

参考答案:是10.一定量在水,在自然界中从海水中蒸发为云,一定气候条件下形成雨雪降落,凝结成冰,冰雪融化后又流入江河,最后汇入大海,回到初始状态。

经历了整个循环后,水的热力学能和焓的变化为()参考答案:热力学能和焓均不变11.气体吸热后,热力学能一定增加。

燃气轮机原理与结构解析

燃气轮机原理与结构解析

图说燃气涡轮发动机的原理与结构曹连芃摘要:文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理;对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍;对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。

关键字:燃气涡轮发动机,燃气轮机,轴流式压气机,燃烧室,轴流式涡轮1. 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮机发动机(燃气轮机)的原理与中国的走马灯相同,据传走马灯在唐宋时期甚是流行。

走马灯的上方有一个叶轮,就像风车一样,当灯点燃时,灯内空气被加热,热气流上升推动灯上面的叶轮旋转,带动下面的小马一同旋转。

燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转,见图1。

图1-走马灯与燃气涡轮燃气轮机属热机,空气是工作介质,空气中的氧气是助燃剂,燃料燃烧使空气膨胀做功,也就是燃料的化学能转变成机械能。

图2是一台燃气轮机原理模型剖面,通过它来了解燃气轮机的工作原理。

从外观看燃气轮机模型:整个外壳是个大气缸,在前端是空气进入口;在中部有燃料入口,在后端是排气口(燃气出口)。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成,左边部分是压气机,有进气口,左边四排叶片构成压气机的四个叶轮,把进入的空气压缩为高压空气;中间部分是燃烧器段(燃烧室),内有燃烧器,把燃料与空气混合进行燃烧;右边是涡轮(透平),是空气膨胀做功的部件;右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程:空气从空气入口进入燃气轮机,高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气,其流向见浅蓝色箭头线;燃料在燃烧室燃烧,产生高温高压空气;高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功;做功后的气体从排气口排出,其流向见红色箭头线。

图3-燃气轮机工作过程在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转,压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子,如图4所示。

图4-燃气轮机转子燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片上,如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢,简单说涡轮叶片工作直径大于压气机出口处的叶片工作直径,涡轮叶片的面积也大于压气机出口处的叶片面积,这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压气机所需的力矩,当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气动力学设计才能保证两者高效运行。

轮机概论--电子版教材讲解

轮机概论--电子版教材讲解

轮机概论前言本书主要根据航海类专业教学指导委员会制定的海洋船舶驾驶专业《轮机概论》课程教学计划规定的内容编写的。

全书共分七章,分别简要讲述了轮机管理及热工基本知识;船舶柴油机动力装置;船舶推进装置;船舶辅助设备;船舶甲板机械;船舶通用系统;船舶电器设备概述。

目前驾驶员在船上的职责范围在不断扩大,其知识结构也要进行相应调整,使其适应新的船舶管理模式。

在轮机方面,要求驾驶员能熟练操作的机械设备除甲板机械外,还包括主柴油机;救生艇机;压载泵;应急消防泵;减摇和侧推装置;甲板空压机和油船专用系统等。

本书简要介绍了以上各种设备的结构和工作原理,同时还介绍了设备的管理和使用方面的知识。

力求理论结合实际,使本书成为驾驶员必备的工具书。

本书还可作为航海院校其他与船舶有关的陆上专业的选修教材和参考书。

本书第一章由吴桂涛博士编写;第二章由朱峰轮机长编写;第三章由迟华方轮机长编写;第四章由边克勤轮机长编写;第六章由张兴彪轮机长编写;第五章和第七章由吴晓光轮机长编写;本书由吴晓光和吴桂涛主编。

编者2007年5月第1章轮机管理基础1.1 轮机概述1.2 热工基础知识第2章船舶柴油机动力装置2.1 柴油机工作原理2.2 柴油机基本结构和实例2.3 柴油机的工作系统2.4 柴油机的操纵系统2.5 柴油机的运转特性2.6 柴油机的主要工作指标2.7 柴油机运行管理(主要的维修工作;正常操作管理)第3章船舶推进装置3.1 船舶推进装置的传动方式3.2 轴系的组成3.3 螺旋桨及螺旋桨特性3.4 可调螺距螺旋桨第4章船舶辅助设备4.1 船用泵4.2 液压泵和液压马达4.3 船舶海水淡化装置4.4 船舶制冷与空调装置4.5 活塞式空气压缩机4.6 船舶辅锅炉第5章船舶甲板机械5.1 船舶起货机5.2 液压舵机5.3 液压锚机和系缆机船舶减摇鳍5.4 船舶减摇鳍5.5船舶侧推装置第6章船舶通用系统6.1 舱底水系统6.2 压载系统6.3 日用水系统6.4 油船专用系统第7章船舶电气概述7.1 船舶电力系统7.2 轴带发电机7.3 船舶电气安全管理第1章 轮机管理基础1.1 轮机概述随着国际贸易的发展和造船技术的不断提高,以及机电设备和装卸机械的日渐改进,当前世界海上运输船正向大型化、专业化和自动化的方向发展,对船员的素质要求也越来越高。

发电厂电气部分第四版课后习题答案第1章---第7章

发电厂电气部分第四版课后习题答案第1章---第7章

发电厂电气部分第四版课后习题答案第1章---第7章第一章能源和发电1-1 人类所认识的能量形式有哪些?并说明其特点。

答:第一、机械能。

它包括固体一流体的动能,势能,弹性能及表面张力能等。

其中动能和势能是大类最早认识的能量,称为宏观机械能。

第二、热能。

它是有构成物体的微观原子及分子振动与运行的动能,其宏观表现为温度的高低,反映了物体原子及分子运行的强度。

第三、化学能。

它是物质结构能的一种,即原子核外进行化学瓜是放出的能量,利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢,而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃元素。

第四、辐射能。

它是物质以电磁波形式发射的能量。

如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。

第五、核能。

这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作用面释放的能。

释放巨大核能的核反应有两种,邓核裂变应和核聚变反应。

第六、电能。

它是与电子流动和积累有关的一种能量,通常是电池中的化学能而来的。

或是通过发电机将机械能转换得到的;反之,电能也可以通过电灯转换为光能,通过电动机转换为机械能,从而显示出电做功的本领。

1-2 能源分类方法有哪些?电能的特点及其在国民经济中的地位和作用?答:一、按获得方法分为一次能源和二次能源;二、按被利用程度分为常规能源和新能源;三、按能否再生分为可再生能源和非再生能源;四、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源。

电能的特点:便于大规模生产和远距离输送;方便转换易于控制;损耗小;效率高;无气体和噪声污染。

随着科学技术的发展,电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面,也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。

电气化在某种程度上成为现代化的同义词。

电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。

1-3 火力发电厂的分类,其电能生产过程及其特点?答:按燃料分:燃煤发电厂;燃油发电厂;燃气发电厂;余热发电厂。

按蒸气压力和温度分:中低压发电厂;高压发电厂;超高压发电厂;亚临界压力发电厂;超临界压力发电厂。

燃气轮机原理 (1)

燃气轮机原理 (1)
max k /( k 1) opt k / 2( k 1)
T2 T4
2
opt ( k 1) / k
此时输出功为最大。
理想燃气轮机循环其最大效率是随压比的增加而 上升。
TMI
复杂循环—回热循环
T3
T T5 T4 T2 T6 T1

c p (T3 T4 ) c p (T2 T1 ) c p (T3 T5 )
美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究(AGTSR)计划


高温和耐腐蚀材料科学
燃烧现象的深入了解 天然气或其他燃料燃烧时的污染物形成和减少 新型热力循环的基础理论 1992年-2003年向大学设立了74个项目,投资约$35,485,299.
TMI
思考题

1-1 为什么说燃气轮机在未来的发电设备中具有竞争力的动力形式?
And pressure ratio Then shown
p2 / p1 p3 / p4
1 ( )( k 1) / k
1
The efficiency thus depends only on the pressure ratio and nature of the gas.
现代燃气轮机的结构特点
轻型结构<10KG/PS, 重型结构 >15KG/PS
燃气轮机简图: 轻型结构: 航空机和航空改型舰用燃气轮机,工业轻型(重载轻型) 重型结构:工业燃气轮机 单位功率重量: 金属耐热极限---1100 ℃;涡轮进气温度:1460 ℃ 采用空气冷却叶片;--- 冷却技术 耐高温材料(单晶铸造,定向凝固等技术) 寿命:工业轻型 2-10 万小时;


TMI

第七章废热回收系统

第七章废热回收系统

第七章废热回收装置第一节慨述在海洋平台上,一般配有两台或三台废热回收装置。

废热回收装置是平台上供热系统的中心设备,它利用燃气轮机的高温烟气余热加热盘管内的导热油,主要为生产加热器、计量加热器、各种柴油罐、开/闭排放罐等设备提供热源。

根据油田产量情况,废热回收装置运行工况有所不同。

在油田热负荷高峰期间,3台废热回收装置同时运行,其余时间1台或2台废热回收装置运行就足以提供平台所需的全部热负荷。

各种废热回收装置原理基本相同,不同之处是有些废热回收装置多一套补燃系统。

废热回收装置是将来自热介质循环泵的热油从废热回收装置上部以低温送入高温废气包围的盘管中继续流动,热油在废热回收装置的对流段被高温烟气加热后.从下部(高温段)送出,供各热用户使用。

为简单起见,本文以APP 上的装置为例简要介绍其配置、工作及维修管理情况。

废热回收装置的工作与结构见图7-1所示。

APP上废热回收装置由美国S&S公司总承包,美国American Econotherm公司制造。

主要性能参数如下:容量6000 kW加热介质热介质油热介质油进口温度(设计工况) 130℃热介质油出口温度(设计工况) 220℃热介质油进口压力414kPa热介质油出口压力228kPa排烟出口温度限制报警220℃关断250℃燃料类型柴油和天然气464第二节废热回收装置主要部件废热回收装置主要由基座、热介质油盘管、炉体、补燃器、旁通烟道、风门、扫气/密封空气风机和控制盘等组成。

另外.在炉体补燃器段.还装有四个窥镜.用于起动和操作时补燃器的安全检查。

在炉体对流段.还装有12个检查门,用于检查盘管的泄漏。

一、炉体和热介质油盘管(一)废热回叫收装置的炉体废热回叫收装置的炉体有;衬里、绝缘层和外壳组成。

衬里为1.6mm厚的304不锈钢。

绝缘层为75mm厚的陶瓷纤维,外壳由厚度为4.6mm的A36碳钢(相当国产A4钢板)和加强筋组成。

它使整个废热回收装置可以承受较强的压力,其外表面温度不会超过60℃。

燃气轮机工作原理

燃气轮机工作原理

燃气轮机工作原理
燃气轮机是一种将燃料的化学能转化为机械能的设备。

其工作原理基于布雷顿循环原理,包括压缩、燃烧和膨胀三个过程。

在压缩过程中,气流通过压气机被压缩,使其温度和压力升高。

这一过程增加了气流的能量,并将气流推向燃烧室。

在燃烧过程中,压缩后的气流进入燃烧室,与燃料混合并点燃。

燃烧产生的高温高压气体使气流膨胀,并进一步增加气流的能量。

在膨胀过程中,燃烧产生的高温高压气体推动涡轮旋转,涡轮通过轴将机械能传递给外部设备,如发电机或驱动直接驱动设备。

最后,膨胀后的气流排出,进入排气系统,排放到大气中。

整个过程是连续进行的,通过燃料的不断供应和气流的循环,燃气轮机能够持续地转化燃料的能量为机械能,实现能源转换。

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·增压比 一定时,增温比 越大,循 环的热效率t越高
·增温比 一定时,循环热效率t随增 压比增大而变化有一极大值;增温比 越大该极大值越大,相应的增压比也
越大
实际燃气轮机装置循环的热效率 (c,s =c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)
t,B 1
1
k 1
k
增压比 对实际循环热效率的影响与对布
21
⑵ 燃气轮机定压加热-回热循环
①理想回热循环
回热循环可理想化为:
12s——可逆绝热(定熵)压缩
回热器 废气 6
燃料
5
燃烧室
3 燃气
2 压缩机
4
2s5——定压回热 (回热器) 53——定压加热 (燃烧室)
1 空气
T
燃气轮机
3
34s——可逆绝热(定熵)膨胀 4s6——定压回热 (回热器)
5 2s
4s 6
⑵ 对实际气体动力循环所作的理想化处理 ①实际的气体动力循环中,在循环的不同阶段工质成份不同,有
时是空气,有时是燃气
燃气的热物性与空气相近 理论分析中视工质为类同空气的某种定比热容理想气体
②实际装置的工作循环是开放式的,每个工作循环后均将废气排
弃,更换新的工质
理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程
第7章燃气轮机装置循环
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第7章 燃气轮机装置循环
2021/2/9
2
§7.1 循环分析的目的和一般方法
分析动力循环的目的在于评价该循环在热能对机械能的连续转 换及能量有效利用方面的工作性能,并探讨影响该循环特性的主 要因素。
⑴ 分析动力循环的一般方法
①对实际过程加以抽象和概括,将实际循环简化为理想的可逆循 环,分析其热功转换效果及影响因素
②在理想可逆循环基础上再考虑实际循环有哪些不可逆损失,及 其产生的原因、大小和改进的办法
对于实际循环,从能量的有效利用考虑,除需要进行热效率分 析外,一般还应当进行熵产或可用能损失方面的分析,以便合理 评估循环的完善性
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3
本课程主要讨论相关热力装置的理论循环,重点在于分析热力 循环的能量转换效应,必要时也会涉及一些实际循环的问题

当工质一定、初态1一定时 式中 cp、k、T1已知
若 一定,循环净功wnet仅取决于 wnet随增压比 提高先增大,到达极大值后反
转减少
对应于wnet,max的为最佳增压比opt
燃气轮机装置循环 的净功输出wnet
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12
最佳增压比opt可利用
dwnet 0求得
d
按此条件求得的该增压比为
雷顿循环的影响不一样
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19
从 、 两者对t的影响看来
提高增温比是提高燃气轮机装置循环热效率的主要方向
提高循环增温比 在于提高燃气轮机进口处的温度T3
涉及金属材料耐热强度极限问题
为寻找出路,正在研究使用陶瓷材料作为替代 减小压缩机和燃气轮机内部过程的不可逆性,提高其定熵效率 也有助于提高循环的热效率
实际定压加热燃气轮机装置循环
12——不可逆绝热压缩,非定熵过程 23——定压加热过程 34——不可逆绝热膨胀,非定熵过程
41——定压放热过程
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14
初态1、增压比相同情况下,实际循环的 T
压气机功耗及燃气轮机的功输出与理想循环 的差别由定熵效率表达
压气机定熵效率
燃气轮机定熵效率 (相对内效率)
h3
h1
1
c,s
(h2s
h1)
T
2 2s 1
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3 4
4s s
16
t
wnet q1
Ts,
(h3
h4s
)
(h2s h1)
c,s
h3
h1
1
c,s
(h2s
h1)
h
cpT
t
wnet q1
T
s,
(T3
T4s
)
(T2s T1)
c,s
T3
T1
1
c,s
(T2s
T1)
T
2 2s 1
3 4
4s
s
t
Ts,T3(1TT43s
k
2(k1) opt
增温比 愈大,opt也愈大
对应的wnet ,max值也愈大
燃汽轮机装置中压气机吸入的为大气,因而布雷顿循环的初始
温度T1不可能随意降低,为了提高循环的增温比,只有提高循环
的最高温度T3
在材料允许的条件下,可尽量采用高的增温比,以便获得尽
可能大的循环热效率和装置功率输出
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10
定义
wne t cpT1[T T1 3(1
1 k1)(
k
k1
k 1)]
增温比——循环的最高温度与最低温度之比
T3 T1
k1
wne t cpT1( k 1)( k1
1)
k
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11
k1
wne t cpT1( k 1)( k1
1)
k 图中给出了k=1.4的wnet=f( ,)函数关
s
2
4
s
P
1
s 布雷顿循环
P4 P1 P3 P2
t, B
1
T1
(
T4 T1
T
2
(
T T
3 2
1) 1)
t,B
1
T1 T2
布雷顿循环的热效率仅取决于压缩过 程的始、末态温度
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8
t, B
1
T1 T2
T 3
不要与卡诺循环热效率表达式混淆 式中的T1和T2只不过是循环中1点和2点的 温度,并非吸热过程和放热过程的热源温度!
q1q53h3h5
循环放热量
q2q61h6h1
显然
吸热平均温度提高了 放热平均温度降低了
t,12s534s61>简单布雷顿循环的热效率t,B
极限回热循环的热效率
t ,1s523s4611TT36TT51
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24
②实际燃气轮机装置回热循环
实际换热器“端差”——
冷流体出口温度比热流体的进口
2 2
5
15
w ne tw Tw cTs,(h3h4s)(h2sh 1)
实际定压加热循环吸热量
cs,
c,s
h2s h2
h1 h1
q1q23h3h2
1
h2
h1
cs,
(h2s
h1)
1
q1h3h1cs, (h2s h1)
实际定压加热循环热效率
t
wnet q1
T
s, (h3
h4s
)
(h2s h1)
c,s
T 3
P
s
2
4
s
P
1
s
P
2P3
s
s
1 P4
布雷顿循环
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6
⑶ 布雷顿循环的热效率
循环的吸热量
q 1 q 2 3h 3 h 2 c p (T 3 T 2 )
循环的放热量
q 2q 41 h 4 h 1 cp(T 4 T 1)
布雷敦循环的热效率
tB , 1q q1 2
1cp(T4T1) cp(T3T2)
温度低
T7 T4
热流体出口温度比冷流体的进口
温度高
T8 T2
极限回热循环为1253461
回热器 废气 8
2 压缩机 1
空气
最大可能回热量q46=q25=cp(T4−T6) 实际回热循环为1273481
实际回热量q48=q27=cp(T4−T8)
燃料 7
T 2
1
燃烧室 3 燃气
4
燃气轮机
3
5 7
4
68
cs,
wcs, wc
h2s h1 h2 h1
Ts,
wT wTs,
h3 h4 h3 h4s
3
2 2s
1
4 4s
s 布雷顿循环12s34s1
实际定压加热燃气 轮机装置循环12341
实际定压加热燃气轮机装置循环的净功输出
w ne tw Tw cTs,(h3h4s)(h2sh 1) cs,
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T1
c,s T1
t
k 1
k
T ,s
1 c,s
1 1
k 1
k 1
c,s
实际循环热效率t随及的变化关
系如图示
T2s
T3
(P2)kk1
k1
πk
T1 T4s P1
T3 T1
实际燃气轮机装置循环的热效率 (c,s =c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)
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初态、燃气轮机及压气机定熵效率 一定的条件下:
1 空气
T
燃气轮机
废气排放至大气时(6)冷却到压缩机
3
出口处的工质温度T2s 回热器中最大可能的回热量
5 2s
4s 6
q4s6=q2s5
1 s
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23
12s34s1——布雷顿循环
T
3
实行回热时各过程的基本性质不改变
端点状态也不改变
5 2s
4s 6
无论回热与否循环的净功输出不变
1
s
采用回热时 循环吸热量
13
⑸ 实际(不可逆)定压加热循环分析
实际定压加热循环是不可逆的
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