关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
热力学十套题(1)
一、 填空题（每空1分，共20分）1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。
2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。
3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。
4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。
5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。
6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态： 、 、 、 和 。
7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越 说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。
（填高、低和多、少）8．克劳修斯积分/Q T δ⎰为可逆循环。
9．熵流是由 引起的。
10．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。
二、选择题(每题2分,计20分)1．压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去一段，其流速、流量变化为（ ）。
（A ） 流速减小，流量不变 （B ）流速不变，流量增加（C ） 流速不变，流量不变 （D ） 流速减小，流量增大2．P V = R T 描述了（ ）的变化规律。
（A ）任何气体准静态过程中 （B ）理想气体任意过程中（C ）理想气体热力平衡状态 （D ）任何气体热力平衡状态3．某制冷机在热源T1= 300 K ，及冷源T2= 250K 之间工作，其制冷量为1000 KJ ，消耗功为250 KJ ，此制冷机是（ ）。
（A ）可逆的（B ）不可逆的（C ）不可能的（D ）可逆或不可逆的4．系统的总储存能为（ ）。
（A ）U （B ）U + p V（C ）U + 122m c +m g z （D ）U + p V + 122m c +m g z5．卡诺定理表明：所有工作于同温热源与同温泠源之间的一切热机的热效率为（ ）。
（A ）都相等，可以采用任何循环（B ）不相等，以可逆热机的热效率为最高（C ）都相等，仅仅取决与热源和泠源的温度 （D ）不相等，与所采用的工质有关系6．通过叶轮轴对绝热刚性容器中的气体搅拌，其参数变化为（ ）。
燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施
燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施专业：热能与动力姓名：学号：燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施摘要：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
本文主要介绍了燃气轮机的工作原理，基本结构，热力循环的分类及热力循环措施。
关键词：燃气轮机分类性能改善引言：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，是典型的高新技术密集型产品。
作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是21世纪的先导技术。
发展集新技术、新材料、新工艺于一身的燃气轮机产业，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。
正文：燃气轮机（Gas Turbine）是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。
在空气和燃气的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃气透平（Turbine）这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环，如图1。
大多数燃气轮机均采用简单循环方案。
因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、起动快、少用或不用冷却水等一系列优点。
一、工作原理压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。
从透平中排出的废气排至大气自然放热。
这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。
通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。
有限时间热力学研究的一些进展_陈林根
文章编号:1009-3486(2001)06-0041-06有限时间热力学研究的一些进展①陈林根,孙丰瑞(海军工程大学动力工程学院,湖北武汉430033)摘 要:介绍近年来在不可逆热机理论、回热式燃气轮机循环分析、类热机装置分析和广义热力学优化理论研究中的一些进展,并简要阐述其发展方向.关键词:有限时间热力学;不可逆热机;燃气轮机循环;广义热力学优化;综述中图分类号:T K 12 文献标识码:A自70年代中期以来,以寻求热力过程的性能极限、达到热力学优化为目标的研究工作在物理学和工程学领域均取得了进展,在物理学领域被称为“有限时间热力学”或“内可逆热力学”,而在工程学领域被称为“熵产生最小化”或“热力学优化”理论[1～3].两者的根本点是一致的,即以热力学与传热学、流体力学和其他传输过程基本理论相结合促使热力学发展为基本特征,在有限时间和有限尺寸约束条件下,以减少系统不可逆性为目标,优化存在传热、流体流动和传质不可逆性的实际热力系统性能[4～6].本文统一称之为“有限时间热力学”.已有许多作者对这一新学科分支进行了研究,通过一些简化模型,指出了大量的热力学优化机会,结合实际复杂模型得到了一大批具有工程实际应用价值的结果,发现了一批新现象和新规律.截至2001年3月,已有1800余篇文献发表,包括专著、文集和博士论文等.1998年7月召开的北约(NA -TO )高级热力学演讲会上,半数以上的论文涉及这一领域[6].有限时间热力学用热力学与流体力学、传热学和其他传输过程基本理论相结合的方法,研究各种过程和装置性能优化的问题.研究方法以交叉、移植和类比为主,侧重于发现新现象、探索新规律、建立新方法.在深化物理学理论研究的同时,注重其工程应用的研究.有限时间热力学不仅在热力学和传热学之间架起桥梁,而且在物理学和工程学之间架起了桥梁.本文将介绍作者最近在该学科分支领域的4项研究成果. 图1 热机功率效率曲线1 不可逆卡诺热机循环理论在早期的有限时间热力学分析中,大量文献主要研究仅存在传热不可逆性(热阻损失)的内可逆卡诺热机循环性能.此时热机的功率、效率关系为抛物线型(见图1中曲线1).即最大功率为可选的一个工作点,而最大效率点由于功率为零,为不可选的工作点.实际热机中除了热阻损失外,还存在热漏、摩擦、涡流、惯性效应以及非平衡等影响,为不可逆循环.一些学者用一常系数表征热机中除热阻外的所有不可逆性建立了不可逆机模型,由此模型得到的热机功率效率特性仍为抛物线型(见图1中曲线2).研究表明,热漏是不同于摩擦、涡流、非平衡等不可逆性的特殊损失,它不仅影响热机的最优构形,而且使热机的功率效率特性与内可逆特性相比发生质的变化[7,8].存在热阻和热漏的热机效率功率特 第13卷 第6期 2001年12月 海军工程大学学报 JO U RNA L OF NAV AL UN IV ERSI T Y OF EN GI NEERING Vol .13 No .6 Dec .2001 ①收稿日期:2001-04-19;修订日期:2001-04-26基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(N o .G 2000026301)作者简介:陈林根(1964-),男,教授,博士生导师.图2 不可逆热机模型性为回原点的扭叶型(见图1中曲线3).此时热机的最大效率对应于非零功率,是一个可选的工作点.不注意到这一区别而建立的用一常系数项表征除热阻外所有不可逆性的不可逆热机模型需要进一步完善.本文作者用常系数项q 表征旁通热漏,用常系数 表征除热阻和热漏外的其他不可逆性,结合热阻损失建立了广义不可逆卡诺热机模型,如图2所示.由此模型可以定性、定量分析各种不可逆因素对热机性能的影响[9,10].若工质与热源间的传热服从一类较为普适的规律Q ∝Δ(T n ),则可导出其最佳输出功率和最佳效率分别为[11]:P =K 1F T (1- x )[T n H -T n L /x n ][1+( K 1/K 2)1/2x (1-n )/2]2(1)η=(1- x )[T n H -T n L /x n ][T n H -T n L /x n ]+[1+( K 1/K 2)1/2x (1-n )/2]2q /(K 1F T )(2)式中:x =T LC /T HC 为工质温比;F T =F 1+F 2为总传热面积.若工质与热源间的传热服从另一类较为普适的规律Q ∝(ΔT )n ,则可导出其最佳输出功率和最佳效率分别为[12]:P =K 1F T (1- x )(T H -T L /x )n [( K 1/K 2)1/(n +1)x (1-n )/(1+n )+1]n +1(3)η=K 1F T (1- x )/(T H -T L /x )n K 1F T (T H -T L /x )n +q [ K 1/K 2)1/(n +1)x (1-n )/(1+n )+1]n +1(4)(1)～(4)式表明,不管热源与工质间的传热服从何种规律,由此模型所得功率、效率曲线呈回原点的扭叶型(见图1中曲线4),不同于内可逆时的特性关系,与实际工程循环有限时间分析结果和实际热机装置特性相一致,而由此确定的4个重要参数,即最大功率(P m ax )及相应的效率(ηp )和最大效率(ηm ax )及相应的功率(P η),为实际装置设计与运行确定了优域.借助于导热规律的普适化和联合热机循环串接级数的任意化[13],由此不可逆热机模型可得具有普适意义的最优特性基本关系,对一些文献中的不完备模型起到补充、完善作用.迄今为止大量相关文献的结论是本文的特例.同样可建立不可逆制冷机[14,15]和热泵[16]模型,并推广到联合制冷[17]和热泵[18]循环模型.作者所建立的不可逆制冷机模型优化分析结果已为新加坡大学空调制冷中心大量实验结果所证实[19].2 实际闭式回热式燃气轮机循环分析新结果考虑图3所示闭式回热燃气轮机循环,与传统工程循环分析模型的区别在于本模型除了计入压气机、涡轮机不可逆损失、回热器热阻损失和管路系统压力损失外,还计入了高、低温侧换热器的不可逆传热损失和高、低温热源有限热容率(变温热源)的影响.根据热源性质、工质性质和换热器理论,可得循环的吸、放热量,由此可导出循环的无因次功率 P =P /(C wf T Lin )和效率η的解析式为[20]·42·海 军 工 程 大 学 学 报 第13卷 P ={η[C wf -(1-ηt +ηt x -1D-m )(C wf E R +C L m i n E L 1-C L min E L 1E R )]-(x -1+ηC )(C wf -C L min E L 1)[E R +(1-2E R )(1-ηt +ηt x -1D -m )]}C H min E H 1τ-{(x -1+ηC )[C H min E H 1(1-E R )+E R C w f +(1-ηt +ηt x-1D -m (1-2E R )(C wf -C H min E H 1)]-ηC [C wf -(1-ηt +ηt x-1D -m )E R (C w f -C H min E H 1)]}C L min E L 1ηC [C wf 2-C wf E R (C wf -C Hmi n E H 1)(1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηc ) (C w f -C L min E L 1)[E R C wf +(C w f -C H min E H 1)(1-2E R )(1-ηt +ηt x-1D -m )](5)η=1-C L min E L 1{(1-ηt +ηt x -1D -m )(1-E R )(C H min E H 1ηC τ-ηC [C w f -E R (C w f -C H min E H 1)(1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηC )[E R C wf +(1-ηt +ηt x -1D -m )(1-2E R )(C w f -C H min E H 1)]}C H min E H 1{{ηC C w f [1-E R (1-ηt +ηt x -1D -m )]-(x -1+ηc )(C wf -C L min E L 1)[E R +(1-2E R )(1-ηt +ηt x -1D -m )]}τ-(x -1+ηc )(1-2E R )C L min E L 1}(6)图3 闭式燃气轮机循环式中:τ=T H in /T L in 为循环热温比,T H in 和T H out 为热流体(如高温气冷堆中的一次空气)进、出口温度,T L in ,T L out 为冷却流体进、出口温度;C wf 为理想气体工质热容率(质量流率与定压比热之乘积),C H 为高温热源加热流体的热容率,C L 为低温热源热容率;E H1和E L1为两侧流体均为变温时逆流式高、低温侧换热器的有效度,E R 为两侧流体均为变温时逆流式回热器有效度;ηC 和ηt 为压气机和涡轮机的内效率;D 为压力恢复系数;C H min 和C H m ax 为C H 和C wf 中的较小和较大者,C L min 和C L max 为C L 和C wf 中的较小和较大者;x =T 2s /T 1=(p 2/p 1)m =πm 为压气机的等熵温比,π为循环压比,m =(k -1)/k ,k 为绝热指数.图4给出了由数值计算得到的无因次功率、效率与回热度E R 和压比π间的关系.图4表明回热度对循环的功率有影响,这与经典的工程分析结论有很大不同.经典的不考虑传热不可逆影响的燃气轮机循环分析表明,不计压力损失时,回热对功率无影响;计入压力损失时,由于增加了回热器的压力损失而使功率下降.而图4表明,考虑传热不可逆影响后,在压比小于临界压比时,回热度增加不仅提高效率(与传统分析相同),而且可以增加功率输出;当压比大于临界压比时,增加回热度反而降低功率和效率.图4还表明,实际燃气轮机循环的功率效率特性曲线为回原点的扭叶型,这反映了实际热机的根本特征,与所建立的广义不可逆卡诺热机循环特性相同.根据有限时间热力学优化的思路,还可以对循环进行进一步的优化:一是高低温侧换热器和回热器间的协调,即总传热面积一定的条件下优化传热面积分配或在总热导率一定的条件下优化热导率分配;二是热源与工质间热容率的最优匹配.两者最终的结果是3个换热器有效度在一定约束条件下的最优匹配.大量的数值计算证明了这种最优匹配的存在性[21～25].图3所示模型除增添考虑传热影响外,其余完全与现行的动力工程循环相同.由此得到的定性、定量结果可用以指导实际工程装置的性能分析和优化,特别是可以用于高温气冷堆核动力装置二回路和空间布雷顿循环的性能分析与优化中.·43·第6期 陈林根等:有限时间热力学研究的一些进展 图4 无因次功率、效率与回热度和压比的关系3 类热机装置的一类基本特征热机的有限时间热力学研究思路和方法可以推广到其他非传统热机装置.存在有限势差(温度势差、化学势差、压力势差、电压力势差等)的不可逆装置(作者统一将其称为类热机装置[4,5]),均可应用内可逆热机的分析方法[1,2].对图5所示的内可逆流体功率转换器(见图5.a )[26,27]、内可逆等温化学机图5 类热机装置(见图5.b )[28～30]、电路系统(见图5.c )[26,28]的研究表明,在线性传输模型下,装置最大功率输出时的效率ηP 与最大效率ηmax 之比均为ηP /ηm ax =0.5.对于牛顿定律内可逆卡诺热机(见图5.d )和可逆经典热机(Otto ,Joule -Brayton ,Diesel ,Atkinson ),在实际的热源温比范围内,ηP /ηmax 接近0.5(稍大于0.5)[26,28,31,32].因此,对于线性系统类热机循环,ηP /ηm ax ≈0.5是其基本特征.4 广义热力学优化Radcenco [33]的广义热力学理论研究表明,自然界存在守恒和耗散作用的物理系统均可用基于能量·44·海 军 工 程 大 学 学 报 第13卷 变换的广义多变过程来描述.因此,机械、电、磁、化学、气动、生命、经济等过程和装置均可与传统热过程采取统一处理思想和方法进行分析和优化.将传统的热机有限时间热力学理论拓广到各种广义热力学系统,建立设计和运行优化理论,其统一的研究思想可称为“广义热力学优化”理论[4,5].广义热力学优化理论的实质是强调热力学、传热学、流体力学和机械、电、磁、化学反应动力学、生物学、经济学等专门领域知识的类比、交叉研究,寻求各种装置和过程最优性能和优化途径.其可能的研究对象包括:(1)化学反应和化学发动机,含电化学系统、催化聚合反应、燃烧反应、蒸馏系统、分离过程、燃料合成系统、等温内可逆化学机、广义内可逆化学机.(2)流体流动做功过程.(3)计算机逻辑运算过程.(4)生命过程,含肌肉收缩、肺部呼吸、心脏血液循环过程等.(5)基于统计理论的组合优化方法“模拟退火”最优构形.(6)经济过程,含贸易公司的运作等.(7)电机、电动机、电路系统(含大规模集成电路)设计.5 发展趋势有限时间热力学正逐步由“热力学优化”这一名称所代替.笔者分析认为,这一学科的进一步发展趋势和潜力将主要体现在以下3个方面:(1)“广义热力学”理论[4、5]的建立、完善和发展.即一方面广泛采用内可逆模型以突出分析各种过程的主要不可逆性,实现“内可逆性泛化”,另一方面建立符合实际过程的复杂模型,分析包括传输过程损失在内的各种不可逆性对实际性能的综合影响,并优化其性能.亦即分析对象的广义化,所获结果的普适性.(2)“自然组织构形理论”[6、34]的建立和发展.构形(Constructal )是与分形(Fractal )相对应,强调结构形状的时间箭头效应而建立的新概念,用以解释各种组织几何形状的热力学机制表述理论,并用以改进各种组织、过程性能,包括传热过程、传质过程、流体流动、电子元器件冷却系统、河岸形状、街道网络,植物的茎、叶、根形状的起源和经济结构网络等.(3)加强“热力学与环境”[6,35,36]的结合研究,把火用、熵等概念和环境安全问题结合起来,为可持续发展提供理论基石.总之,作为方兴未艾的新学科分支,有限时间热力学的研究一方面为热科学和工程热物理学提供重要的理论基础,另一方面为实际工程装置的性能改进和提高提供了重要的优化手段.参考文献:[1] Bejan A .Entropy generation minimization :the new thermodynamics of finite size devices and finite time process [J ].J .A ppl .Phys .,1996,79(3):1191～1218.[2] Berry R S ,K azakov V A ,Sieniutycz S ,et al .T hermody namic Optimizatio n of Finite Time Processes [M ].Chichester :Wiley ,1999.[3] Wu Chih ,Chen Lingen ,Chen Jincan .Recent A dvances in Finite Time T hermody namics [M ].N ew York :N ova Sci -ence Publishers ,1999.[4] 陈林根,孙丰瑞,吴 治.有限时间热力学理论和应用的发展现状[J ].物理学进展,1998,18(4):395～422.[5] Chen Ling en ,Wu Chih ,Sun Feng rui .Finite time thermodynamic o ptimization o r entropy generation minimiza tio n ofenergy sy stems [J ].J .Non -Equilib .T hermody n .,1999,24(4):327～359.[6] Bejan A ,M amut E (eds .).T hermody namic 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斯特林发动机 研究 发展
关于斯特林发动机的研究与发展学号：13015218姓名：彭俊图摘要:简述了斯特林发动机的发展历史及研究现状，介绍了斯特林循环并归纳了斯特林循环的分析方法，阐述了斯特林发动机的特点和应用，并展望了斯特林发动机的发展前景。
关键词:斯特林发动机;斯特林循环;碟式太阳能热发电系统随着社会的不断发展，化石燃料的消耗量日益增大，传统燃料的内燃机将面临着严重的能源危机，而积极解决这个问题的有效途径之一是开发一种可以使用与传统内燃机不同的燃料的动力装置，斯特林发动机则是目前可行的最佳途径之一。
斯特林发动机(Stirling engine) 又叫热气机，是一种封闭式外燃机，具有燃料来源广，热效率高，排气污染少，噪音低，运转特性好，结构简单，维修方便等优点，并且在太阳能碟式发电系统中有着重要的应用，越来越受到人们的关注。
国外一些专家预言，21 世纪将是斯特林发动机的世纪。
1 斯特林发动机的发展1816 年，罗伯特·斯特林(Robe Stirling) 发明了闭式循环的热气机一一斯特林发动机。
在当年的第4081 号专利中，罗伯特·斯特林在历史上第一次描述了回热器的结构和应用，并对第一台闭式循环热气机的构造进行了描述斯特林发动机是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发动机。
自罗伯特·斯特林于1816 年发明斯特林循环以来，限于当时条件，大部分发动机的功率和效率都很低，逐渐被比其发明晚半个多世纪的内燃机所替代。
1916 年最后一台老式斯特林发动机出厂，斯特林发动机的发展告一段落[1 3J 近几十年来，随着能源问题和污染问题日益突出，以及斯特林发动机的一些关键技术问题的解决和它所特有的优点，因而受到了国内外的广泛关注。
20 世纪30 年代到60代，现代斯特林发动机的鼻祖一一荷兰的菲利普公司开创了现代斯特林发动机发展的新阶段。
之后经过通用发动机公司、福特汽车公司、瑞典联合热气机公司的不断发展，在包括美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本等主要工业国家政府的资助下，在碟式太阳能热发电、制冷和热泵等领域取得重要进展。
燃气轮机循环有限时间热力学研究新进展
第 ４ 卷 第 ３期 ｌ ２ １ ９月 ０ ２年
Ｖｏ ． １ １ ４ Ｎｏ ３ ．
Ｓｅ ｔ２ ２ ｐ ． ０１
燃 气轮机 循 环有 限 时 间热 力 学研 究新 进展
王 文华 ， 陈林根 ， 戈延 林 ， 丰瑞 孙
（ 海军工程大学动力工程学院 ， 汉 ４ ０ ３ ） 武 ３０ ３
摘
学理 论和方 法来研 究 燃气 轮 机循 环性 能 。本 文将 在概述有 限 时 问热 力 学 理 论 产 生 和 发 展 的 基 础
ｉ ｅ ｅ ｓｂ ｌ ｉｓ ｉ ｅ ｌ ｐ ｗｅ ｌｎ ｓ ａ ｅ ｔｋ ｎ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｙ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｆ ｉ ｉ ｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｃ ，ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｒｉ ｉ ｔ ｎ ｒ ａ ｏ ｒ ｐ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｎｏ ａ ｃ ｕ ｔ ｂ ｓｎ ｈ ｎ ｔ ｔ ｒ ｉｅ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍｉｓ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｅ ｏ ｉｄ ｈ ｉ ｔｇ ａｅ ｏ ｔ ｍ ｃ ｃｅ ｐ ｒｏ ａ ｃ ． Ｓ ｍｅ ｎ ｗ ｅ ｕｔ ｄ ｆ ｒ ｎ ｆ ｍ ｔ ｏ ｅ ｆ ｌｓ ｉａ ｍｂ ｄ ｅ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｐ ｉ ｍｕ ｙ ｌ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆｍ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｉｅｅ ｔ ｒ ｆ ｏ ｈ ｓ ｏ ｃａ ｓ ｌ ｃ ｔ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｒ ｌｏ ｇｖ ｎ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ ａｅ ａ ｓ ｉｅ ． ｍ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｔ ｔ ｆ ｉ ｉ ｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｃ ； ｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｃ ｃｅ； ｃｏ ｅ ｃ ｃ ｅ ｏ ｅ ｃ ｃｅ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｃ ｃｅ； ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍｉｓ ａ ｕｂｎ ｙ ｌ ｌｓ ｄ ｙ ｌ ； ｐ ｎ ｙ ｌ ； ｏ ｅ ｅ ａｉ ｙ ｌ ｏ
燃气轮机热耗尽问题的研究和解决
燃气轮机热耗尽问题的研究和解决燃气轮机是一种高效能的发电机，它使用燃气来产生旋转力，从而驱动发电。
这种发电机因其节能高效性而备受青睐，但是在使用过程中，燃气轮机热耗尽的问题浮现出来。
热耗尽会造成轮机的性能下降、运行不稳定等问题，如果不及时解决，还会对轮机的寿命产生威胁。
燃气轮机的热耗尽是什么？在运行一定时间后，燃气轮机可以达到一个稳态状态。
这个状态下，燃气的温度已经升高到最高点，燃气的压力已经达到稳定，燃气轮机可以持续地运行。
但是，当燃烧室内的燃料燃烧已久，氧气和燃料的浓度下降时，会导致燃烧速度减慢，燃气温度下降，轮机的输出功率和效率也会下降，这就是热耗尽的表现。
燃气轮机热耗尽的解决方法目前，燃气轮机热耗尽问题的解决方法主要有两种：一种是增加燃气温度和压力；另一种是调整燃烧室的设计参数。
增加燃气温度和压力可以提高燃料燃烧的速度，从而减少热耗尽的影响。
但是，这种方法需要增加轮机的冷却和绝缘系统的强度，成本较高。
调整燃烧室的设计参数可以使燃料燃烧更充分更快速，从而减少热耗尽的影响。
燃烧室的设计参数包括燃气进口的位置、喷油器的数量和位置、进气口和排气口的形状等。
这种方法的成本相对较低，但是需要进行反复试验，对于轮机设计师的能力要求较高。
在解决燃气轮机热耗尽的问题时，需要对软硬件进行协调。
硬件上，需要对轮机的各个部件进行全面精细的设计和制造，以满足运行时的高负载、高温度环境的要求。
另一方面，软件方面有更高的要求，需要更高水平的控制逻辑、监控系统和防护设备。
只有两者的协调才能解决燃气轮机热耗尽问题。
综上所述，燃气轮机热耗尽问题是一项需要重视且不断研究的问题。
在轮机的设计、制造、维护和改进中，我们需要采用有效的方法来解决热耗尽问题。
只有这样，燃气轮机才能保持其高效能、高性能、高可靠性的特点，为人们提供更好的生活质量。
燃气轮机-热力循环
压降
* * * p B p3 p2 (0.02 ~ 0.08) p2
* p3 压力保持系数 B * 0.92 ~ 0.98 p2
燃烧不完全，燃烧效率B<1.0 (0.90~1.0)
实际吸热量降低 q1=q1sB
* 2 * 1
③3s-4s 涡轮中进行可逆绝热膨胀过程
* * q3s4s (i4 i s 3s ) LTs 0
* * LTs i3 i s 4 s kJ/kg
q3s-4s= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功LTs
c p (T3*s T4*s )
c pT1* * (1 π
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？
T * p p T
*
k k 1
稳定流动能量方程式
q i2 i1 c c
1 2 2 2
工质吸收 的热量
2 1
g z - z
2 1
位能差
Ls
理论轴功
焓差
动能差
忽略燃气轮机进出口的位能差
q i2 c i1 c Ls
1 2 2 2 1 2 2 1
滞止现象：当流动工质受到阻碍而使工质流速 静参数 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* 滞止压力或总压 p*
6F燃机昼启夜停设备使用寿命的影响及保护优化措施分析
6F燃机昼启夜停设备使用寿命的影响及保护优化措施分析摘要：本文对6F燃气轮机的昼启夜停操作模式下，设备使用寿命的影响因素进行了深入分析。
首先，通过热力学原理，探讨了6F燃气轮机的工作原理。
随后，对影响设备使用寿命的因素进行了详细分析，包括环境温度、空气质量以及电厂运行条件等。
最后，提出了一系列燃气轮机启停保护优化措施，包括启动注意事项、自动保护停机和停机后的保养，以延长设备寿命和提高运行效率。
通过本文的研究，将有助于更好地理解和应用6F燃气轮机昼启夜停操作，确保设备的安全稳定运行。
关键词：6F燃机;昼启夜停；设备使用寿命；优化措施引言6F燃气轮机作为一种重要的发电设备，其昼启夜停操作模式被广泛应用于电力行业。
昼启夜停操作模式能够根据用电需求合理安排机组的运行时间，以提高发电效率。
然而，频繁的启停过程对设备寿命造成影响，因此，深入研究6F燃气轮机昼启夜停操作模式下的设备使用寿命影响因素，并采取相应的保护优化措施，对保障设备的稳定运行具有重要意义。
1. 6F 燃气轮机热力学原理分析燃气轮机是一种高效能源转换设备，其工作原理基于热力学循环和动力学原理。
它将燃料的化学能转化为高温高压气体，并利用这些气体的动能来推动涡轮旋转，最终将热能转化为电能。
燃气轮机的工作循环主要包括压缩、燃烧和膨胀三个过程，即布雷顿循环。
下面对6F燃气轮机的热力学原理进行详细分析：1.1 压缩过程在燃气轮机中，空气从大气中进入18级轴流式压气机中。
压气机的作用是将空气压缩到高压状态，增加其密度和温度。
在压缩过程中，燃气轮机的工作压力增加，同时空气的温度也随之升高。
压缩过程实际上是将外部能源转化为空气内部的动能和压力能，为后续的燃烧过程提供条件。
1.2 燃烧过程压缩后的高温高压空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压气体在燃烧室内膨胀，释放出大量的热能。
燃烧产物的温度和压力高于压缩机进气口的温度和压力，这使得燃烧产物具有足够的动能来推动涡轮旋转。
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关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
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关于闭式燃气轮机循环的有限时间热力学研究
燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质来带动叶轮高速转动，能将
燃烧燃料产生的能量转化为有用功的一种内燃式动力机械，也是一种
旋转的叶轮式热力发动机。
由于其功率密度大、重量轻、自动化程度
相对较高等特点，已经被广泛运用到改革领域的发动装置中。
而当前
实现燃气轮机高性能、提高循环参数以及有效利用热力循环的目标一
直以来都是行业研究的方向。
1.有限时间热力学的概述
有效时间热力学本身就是经典热力学的一种延生与推广，是现代热力
学理论出现的一个全新的分支，主要研究的内容就是非平衡系统，在
有限时间内能流与熵流的规律。
与20世纪30年代建立的不可逆热力
学相比，有限时间热力学有自己较为鲜明的理论特征，已经被广泛运
用在各种不同的学科领域，并建立了一系列的理论。
伴随着有限时间
热力学理论研究的不断深入和完善，已经由原来的内可逆循环逐渐扩
展到不可逆循环方向，可以实现理论型循环几乎适用于实际中所有的
过程与循环。
与宏观的热机、制冷剂等设备的热力系统类似，有限时间热力学还能
够在微观层次内存在着能实现热机功能并进行微观的能量转换系统的
功能。
当前，也已经有研究者利用有效时间热力学的理论，研究出了
量子电热机、马达、布朗微热机等等的微观系统性能。
对于热力循环
过程的工质上，也由传统的工质逐渐拓展到了非传统的工质上。
2.对于闭式燃气轮机循环有限时间热力学的研究
闭式循环燃气轮机是一种不需要依赖空气就可以正常运行的燃气轮机，主要由产生高温燃气的回路与工质二回路两部分组成。
其工作原理是
当工质进入压气机设备准备增压，然后再通过回热器利用设备做功后
的余热来加热，再利用起一回路的热量，让工质进入热发生器进行进一步的加热，最后利用燃气轮机进行膨胀做功，从而带动同轴压气机和发电机。
通常，做工后的工质，从燃气机排出，再通过回热器释放部分余热，在进行冷却，然后再次进入压气机从而实现循环利用。
通常的闭式燃气轮机循环主要有简单循环、回热循环、中冷循环与复杂循环。
在早些年就有关于闭式燃气轮机的简单循环研究，也留下了不少关于简单循环的研究成果。
后来也陆续发表了一些研究成果，主要以优化恒温热源内可逆与不可逆简单燃气轮机循环研究的磁流体发电机设备的功率以及效率为基础，研究还表明了理论，在不同的最佳压气机温比下，分别使用发电机输出功率最大与效率最大这一理论是存在的。
简单循环主要由一个简单的压缩过程、加热过程与膨胀过程以及一个冷却过程组成。
而对复杂循环而言，主要是指在压缩的过程中，采用了中间冷却技术，在膨胀过程中再利用中间加热循环的过程。
中间冷却的作用是为了减小压缩功，但压缩终了的空气温度一旦降低，就使加热过程中必须增加热量。
而中间再热过程可以增加设备的膨胀功，但也需要增大加热量。
不过，可以通过平在中间冷却环节与回热环节结合起来的方式，但这两种措施在实际的运用中会大大增加机器的重量与尺寸，因此很少拿来利用到实际的循环工作中。
在实际的闭式燃气轮机循环运行中，首先，透平配出的工质，已经不用进行大气中等效冷却等操作，而可以通过冷却器进行冷却后重新被压气机吸入，再次参与循环过程。
在实际的闭式循环过程中，工质是可以用空气或者其他种类的气体代替的，压缩后的气体工质要在气体锅炉中被加热。
闭式循环的缺陷在于气体锅炉等设备的换热器尺寸相对较大，因此造成成本就会很高，因此对于闭式循环的应用也不是很多。
另外，对于闭式的燃气轮机循环而言，有部分的能量损失是不可避免的，而能量损失产生于传热过程中的热阻损失，因此，对于能量损失的优化主要是要在装置换热器中的总热导率或者总面积一定的的前提下，充分考虑功率、效率、功率密度以及生态学函数或者热经济
学性能等的方面，以优化各设备换热器的热导率与换热面积的分配，从而减少能量的损失。
3.结语
事实上，有限时间热力学作为一种新型的技术研究，在理论与应用方面还存在着很大的潜力。
就燃气轮机循环的分析和利用来看，要进一步全面的考虑设备的性能，进一步优化中冷回热循环与再热循环的传热面积分配或者热导率分配，追求最大化的功率、效率与性能，以此更好的运用到实际工程中。