第二章 燃气轮机基本原理和计算

* * * 16:04 T ( t ) v 温度： 比容：
p3 压强：
燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
* p 压强：
6
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
1、）4截面（透平出口截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
T4 s (t4 s ) 比容： v4 s 温度：
p4 s 压强：
2、）2截面（压气机出口截面， 燃烧室进口截面） 气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
v2 s 压强： p2 s T2 s (t2 s ) 比容： 温度： 气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
v2 温度：T2 (t2 ) 比容：
* * * 16:04 T ( t ) v 温度： 比容：
燃气轮机结构示意图 p 压强：2
T1s (t1s ) 比容：v1s 温度：
p1s 压强：
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
T1 (t1 ) 比容：v1 温度：
p1 压强：
燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
T (t ) 比容： v 温度： 16:04
*
*
*
* p 压强：
4
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
16:04 17
第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算 由 ps vsk 常数可知，当工质按理想绝热过程压缩 （或膨胀）时，在整个过程的任何一个工况点上，工 质的压力p与其比热容比v的k次方的乘积是彼此相等 的。即
k k p1s v1ks pis vis p 2 s v2 s
1、压气机理想绝热压缩空气过程的假设 压气机在压缩空气过程中，必须从外界吸收一定 量的压缩功，才能使空气的压力p和温度t升高，比容v 缩小。 假设工质只与外界发生功的交换，而无热量交换。 这个与外界没有热量交换的热力过程，是在没有摩擦 和扰动等不可逆现象的理想情况下进行的，成为理想 绝热过程。
16:04 16第一节来自燃气轮机循环的过程方程二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算 由热力学分析，在理想绝热过程中，工质的压力 和比容的变化规律为： ps vsk 常数 （2-1） 式中：k为绝热指数，当忽略工质比热随温度而 变化的关系时，它就是所谓的比热比。 通常在作近似计算时，空气的绝热指数k可以取 1.4，燃气的k取1.33。
3、燃气轮机的效率与比功关系 1）、燃气温度越高，燃气轮 机的比功就越大，每千克空气 产生的功就越多，一定功率的 机组体积就会越小。
2）、在温度一定下，提高增 压比，比功先会增加，但是当 超过一个最佳压比值以后，比 功反而会下降，在设计上要特 别注意。 16:04
燃气轮机效率、比功曲线图
13
第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
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2
第一节 燃气轮机循环的过程方程
一）、燃气轮机的循环过程 二）、压气机内的压缩过程 三）、燃烧室中的加热过程 四）、透平（涡轮）中的膨胀过程
五）、工质在大气中自然放热过程
六）、总结
16:04 3
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
1、）1截面（压气机进气截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
1、燃气轮机热力循环称为开式白朗托循环 （蒸汽轮机电厂循环称为闭式朗肯循环） 燃气轮机开式白朗托循环图见下页
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
1-2过程：空气在压气机内完 成空气压缩耗功过程 2-3过程：空气在燃烧室内完 成燃烧升温过程 3-4过程：空气在透平完成膨 胀做功过程 4-1过程：空气排出燃机进入 大气，完成冷源放热过程 完成一次开式循环

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燃气轮机热力循环图
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
2、燃气轮机的效率与燃气温度 和压气机压比的关系 1）、如右图，燃气温度t3越高， 循环效率越高。
2）、对应一个燃气温度t3的循环
效率有一个最佳压比，即在这个 温度下，在最佳压比值对应的燃 机效率最大。燃气温度越高，相 应的最佳压比就越高，这是燃机 设计的最关键点。
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燃气轮机效率曲线
11
第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
3）、目前，最先进的燃气轮机
燃气温度达1300℃～1400℃，
压气机压比达到15～20。因此，
提高燃气轮机效率，改进燃气
轮机的性能，主要要从燃气轮
机的燃气温度和压气机的压比
作手。
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燃气轮机效率曲线
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
T4 (t4 ) 比容：v4 温度：
p4 压强：
燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
* * * 16:04 T ( t ) v 温度： 比容： * p 压强：
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第一节 燃气轮机循环的过程方程

一）、燃气轮机的循环过程
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第一节 燃气轮机循环的过程方程 一）、燃气轮机的循环过程
4、总之：
为了计算燃气轮机中工质与外界交换的热量和功量， 必须分析燃气轮机的四个过程中工质的热力状态参数 压力p、比容v、温度t的变化规律和描述过程的数学方 程。
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
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第一节 燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
提问：

为什么现代燃气轮机，尤其是三代以后的 燃气轮机，在热力参数上面要提倡压气机 高压比，高涡轮前燃气温度？压气机压比 和涡轮前燃气温度的关系？
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1
解答：

通过燃气轮机的循环分析，就可以明白。
本章学习完毕后，将前面的问题作为讨论课的 论点进行讨论。具体时间会在后面安排。请同学们 酝酿！
讨论课的题目： 为什么提倡高压比和高涡轮前燃气温度？
* p 压强：
气流在此处的状态参数平均值：
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附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
3、）3截面（燃烧室出口截面， 透平进口截面）
气流在此处的理想状况的 状态参数符号：
v3s 压强： p3 s T3s (t3s )比容： 温度： 气流在此处的实际状况的 状态参数符号： v3 T3 (t3 ) 比容： 温度：