燃?xì)廨啓C(jī)3完整版本

三、實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)

特點(diǎn)：熱力過程中有各種能量損耗，是不可逆的；工質(zhì)的熱力性質(zhì)和數(shù)量因燃燒而變。假定條件（為便于與理想循環(huán)比較）：

①具有相同的壓比

和初始溫度T1*

；

②渦輪前燃?xì)獬鯗叵嗤琓3*=T3s*

；③環(huán)境參數(shù)均為pa、Ta，即p1*=pa

、T1*=Ta

。

比較時(shí)，暫不考慮工質(zhì)流量的差異。燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)進(jìn)氣、壓縮；加熱；膨脹；排氣、放熱1、實(shí)際與理想簡(jiǎn)單循環(huán)的區(qū)別（1）進(jìn)氣過程(進(jìn)氣道、空濾器）

流動(dòng)阻力壓力降低但總溫不變（2）壓縮過程1-2存在能損，不可逆絕熱，熵增加空氣絕熱指數(shù)相同壓比下，理想壓縮過程與實(shí)際壓縮過程所耗功的比值（3）燃燒過程2-3

存在摩擦和熱阻力，總壓降低

燃燒不完全，燃燒效率

B=0.90~1.0<1.0q1=fHu

B

，實(shí)際吸熱量降低（4）膨脹過程3-4存在能損，不可逆絕熱，熵增加

膨脹終了的壓力大于大氣壓力燃?xì)饨^熱指數(shù)透平的實(shí)際膨脹比

T（4）膨脹過程3-4

相同的膨脹比下，實(shí)際膨脹過程與理想膨脹過程所作功的比值。（5）排氣放熱過程4-1要克服排氣道等部位的阻力，實(shí)際膨脹終壓力高于大氣壓力實(shí)際排氣放熱過程不是等壓線。燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)綜合定性分析結(jié)果

由于各種不可逆因素的存在，機(jī)組性能變差。（1）壓氣機(jī)壓縮功wC增大、透平膨脹功wT減少，使機(jī)組比功wn降低，即：

wC

=wCs/

C↑

wT

=wTs

T↓

wn=wT

-wC

↓

，動(dòng)力性能變差

（2）工質(zhì)吸熱量q1減少、放熱量q2增大，使機(jī)組熱效率

t降低，即：

q1=q1s

B

↓

q2=cp(T4*-T1*)↑

t=1-

q2/q1

↓

，熱經(jīng)濟(jì)性能惡化2、實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)的比功wn實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)存在各種能損，偏離了理想循環(huán)。

采用兩種方法表示不可逆程度：

(一)相當(dāng)于加熱的多變過程

用多變指數(shù)n的大小衡量過程的不可逆程度；只要確定n值，則wT和wC容易求得。

(二)引入比較直觀的參數(shù)

壓氣機(jī)絕熱壓縮效率

C；透平絕熱膨脹效率

T。

實(shí)際采用較多較少采用假設(shè)工質(zhì)仍為理想氣體，且不考慮工質(zhì)流量的變化。實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)的比功wn壓力損失工質(zhì)熱力性質(zhì)we=wn

m3、實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)的熱效率

t

e=

n

m

4、實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)的有用功系數(shù)

不考慮壓力損失、工質(zhì)物性變化和流量差異時(shí)，三、影響實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)性能的因素溫比

、壓比

；部件效率

C

T

和

B；壓力損失；工質(zhì)的熱力性質(zhì)差異；工質(zhì)流量變化；機(jī)械損失

m1.溫比

、壓比

為了簡(jiǎn)化而又使結(jié)論不失其一般意義暫不考慮：工質(zhì)物性變化及流量差異當(dāng)各部件效率和壓力損失一定時(shí)進(jìn)行討論簡(jiǎn)化公式由簡(jiǎn)化后的公式可知：當(dāng)壓比

=1時(shí)，比功wn=0、熱效率

t=0；當(dāng)提高時(shí)，wn和

t都增大；但當(dāng)壓比提高到所謂極限壓比時(shí)，壓氣機(jī)耗功等于透平膨脹功，比功wn=0、熱效率

t=0。最佳壓比兩種極端情況之間，必存在使比功達(dá)到極大值的最佳壓比

wmax

和使熱效率達(dá)到極大值的最佳壓比

max

。對(duì)簡(jiǎn)化公式的

m求一階偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零求得。實(shí)線按計(jì)算公式計(jì)算繪制，表示比功、熱效率隨循環(huán)主要

熱力參數(shù)變化的變化規(guī)律；

虛線按最佳壓比繪制，表示最佳壓比隨溫比的變化規(guī)律。實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)比功實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)效率

C=0.87

T=0.88

B=0.98

m=0.97

cl

=0.04

=0.94

we=wn

m

e=

t

m溫比

、壓比

的影響發(fā)動(dòng)機(jī)壓比的選擇Ⅰ重量尺寸是主要矛盾，例如軍用機(jī)組。

應(yīng)選在

wmax

附近，使比功最大，降低氣耗量及機(jī)組重量尺寸。Ⅱ熱經(jīng)濟(jì)性是主要矛盾，例如民用發(fā)電機(jī)組。

應(yīng)選在

max附近，使熱效率最大，把耗油率降低到最低限度。Ⅲ一般，可把壓比取在wmax與

max之間，兼顧熱經(jīng)濟(jì)性和重量尺寸。溫比

、壓比

的影響

溫比對(duì)實(shí)際循環(huán)性能的影響很大，特別是對(duì)效率的影響。

不斷地提高燃?xì)獬鯗豑3*以提高效率。降低T1*也可提高溫比，從而提高效率。但T1*一般就是大氣溫度，人們不能控制。在T3*相同的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)在冬季和寒冷地區(qū)使用時(shí)效率較高，而在夏季和熱帶地區(qū)使用時(shí)效率較低。

實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)比功：但在相同

和

時(shí)實(shí)際比功值下降較多，且較低時(shí)下降幅度大。

=2時(shí)實(shí)際比功已變?yōu)樨?fù)的，故圖上已無(wú)這條線。最佳壓比

wmax仍存在，只是具體的數(shù)值有所不同。理想簡(jiǎn)單循環(huán)比功圖形相似

理想簡(jiǎn)單循環(huán)效率實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)效率：首先，實(shí)際循環(huán)熱效率不僅與壓比

有關(guān)，且與溫比

有關(guān)。

越大熱效率越高。其次，一定的溫比

下，存在效率最佳壓比

max。再次，在

與

相同時(shí)，實(shí)際循環(huán)熱效率下降得較多，

越低時(shí)下降得越多。二者有很大差別實(shí)際簡(jiǎn)單循環(huán)的有用功系數(shù)：與理想循環(huán)相比，變化相似。主要不同：在相同的壓比和溫比下其數(shù)值降低較多。2、部件效率

C、

T的影響

從圖看出：（1）主要是使循環(huán)比功數(shù)值減??；（2）對(duì)循環(huán)比功隨壓比

的變化趨勢(shì)無(wú)影響。理想循環(huán)（1）

C和

T對(duì)實(shí)際循環(huán)比功的影響溫比

=4

C和

T對(duì)簡(jiǎn)單循環(huán)效率的影響

C和

T小于1時(shí)不同溫比對(duì)循環(huán)效率的影響（2）

C和

T對(duì)實(shí)際循環(huán)熱效率的影響溫比=4

C=

T=0.85首先，

C和

T不僅使效率下降，而且改變了效率隨壓比

的變化趨勢(shì)，出現(xiàn)了最佳壓比

max。其次，使實(shí)際循環(huán)熱效率與溫比有關(guān)。由此可見，導(dǎo)致實(shí)際循環(huán)效率變化的根本原因是

C和

T的影響。（3）壓氣機(jī)和透平效率的一般范圍軸流式壓氣機(jī)

C=0.85-0.90，離心式壓氣機(jī)

C=0.75-0.85；軸流式透平

T=0.85-0.92，向心式透平

T=0.75-0.88。（2）

C和

T對(duì)實(shí)際循環(huán)熱效率的影響鑒于wT>wC，在

C和

T變化相對(duì)量相同時(shí)，

T對(duì)循環(huán)比功的影響較大?？梢?，提高透平效率

T對(duì)改善循環(huán)性能的影響，要比提高壓氣機(jī)效率

C的影響大。3、燃燒效率

B的影響一般0.96～0.99，多數(shù)達(dá)0.98左右，已達(dá)到很高水平。

B主要影響循環(huán)效率：工質(zhì)在燃燒室中達(dá)到要求的溫升時(shí)，實(shí)際所需燃料量大于理論所需的量，故

B下降時(shí)

t降低。

B對(duì)循環(huán)比功的影響很小，基本無(wú)影響。

通過影響燃料流量qf，影響工質(zhì)流量的差別，進(jìn)而影響比功。但燃料流量一般僅占1%～2%。

B變化的相對(duì)量，就是它對(duì)效率

t、

e影響的相對(duì)變化量。式中298—燃料低位發(fā)熱值測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)溫度，K；T2*、cP

—燃燒室進(jìn)口空氣溫度K和比熱容kJ/(kg

K)；Tf

、cPf—燃料的溫度K和比熱容kJ/(kg

K)；液體燃料cPf≈2kJ/(kg

K)T3*、cPg

—燃燒室出口燃?xì)鉁囟菿和比熱容kJ/(kg

K)。4、壓力損失的影響

壓力損失由進(jìn)氣道流動(dòng)阻力、燃燒室流阻和熱阻、排氣道的流動(dòng)阻力引起的。

壓力損失減小了透平膨脹比，使透平比功減少，導(dǎo)致循環(huán)比功和熱效率下降較多。

T=

↓

，一般

=0.96~0.90。

壓力損失對(duì)比功的影響

壓力損失對(duì)效率的影響

C=0.87

T=0.88

B=0.98

=5

=5壓力損失使循環(huán)的比功和熱效率下降較多。其他因素的影響5、工質(zhì)流量的差別透平進(jìn)口的燃?xì)饬髁颗c壓氣機(jī)進(jìn)口的空氣流量不一樣。通常qT

/q<1

，導(dǎo)致實(shí)際循環(huán)比功和效率下降。燃?xì)饪諝馊剂下夂屠鋮s用空氣燃料空氣比漏氣和冷卻用的相對(duì)空氣量視T3*高低和冷卻狀況而變化透平葉片冷卻對(duì)

e的影響一般來說，葉片冷卻效果好的T3*高，效率

e高。但是要考慮冷卻空氣量增大對(duì)

e下降的影響。改進(jìn)透平葉片冷卻技術(shù)，在提高冷卻效果的同時(shí)，冷卻空氣量增加較少或很少。圖2-15透平冷卻空氣消耗對(duì)性能的影響———無(wú)冷卻空氣（理想的）

—

—

—有冷卻空氣六、機(jī)械損失在燃?xì)廨啓C(jī)中，還有軸承摩擦和傳動(dòng)輔機(jī)等機(jī)械損失，可用機(jī)械效率

m來表示。we=wn

m

m一般可取為0.99。機(jī)械損失使we和

e降低，因而在設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)應(yīng)盡可能地減少這部分損失。7、工質(zhì)熱力性質(zhì)的差別空氣與燃?xì)獾慕M成成分是不一樣的，它們的熱力性質(zhì)不同。為使循環(huán)計(jì)算更準(zhǔn)確，除需考慮焓值隨溫度的變化外，還應(yīng)考慮工質(zhì)不同的影響。目前，國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用吳仲華燃?xì)鉄崃π再|(zhì)表來計(jì)算氣體的熱力性質(zhì)。工質(zhì)熱力性質(zhì)的差別粗略估算時(shí)：過程分段，各段按平均溫度計(jì)算cp和k。附錄B更為粗略的計(jì)算：采用定值比熱容和定值絕熱指數(shù)計(jì)算?？諝猓篶p=1.005kJ/(kg

K)，k=1.4；燃?xì)猓篶pg=1.147kJ/(kg

K)，kg=1.333；空氣及燃?xì)獾臍怏w常數(shù)：Rg=0.287kJ/(kg

K)。工質(zhì)熱力性質(zhì)的差別詳細(xì)精確的計(jì)算：宜查用詳細(xì)的圖表，目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用吳仲華“燃?xì)鉄崃π再|(zhì)表”。在燃料品種差別較大時(shí)，也需要做出適當(dāng)?shù)男拚?，例如重油和天然氣，具體見附錄B相關(guān)內(nèi)容。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)：將熱力性質(zhì)擬合成多項(xiàng)式表示更為合適。

對(duì)于空氣的熱力性質(zhì)比熱容cp、焓h和相對(duì)壓比

0

可以用溫度T為變量的多項(xiàng)式：——空氣的比熱容cp、焓h和相對(duì)壓比

0的系數(shù)?！?xì)獾谋葻崛輈pg、焓hg和相對(duì)壓比

g0的修正項(xiàng)系數(shù)。對(duì)于由標(biāo)準(zhǔn)燃油產(chǎn)生的燃?xì)饪諝獗葹閒的燃?xì)獾臒崃π再|(zhì)，可加上燃?xì)獾男拚?xiàng)，其表達(dá)式：給定了各系數(shù)、溫度T和燃料空氣比f(wàn)后，就可算出空氣和燃?xì)獾臒崃π再|(zhì)。表2-1計(jì)算空氣和燃?xì)獾臒崃π再|(zhì)的系數(shù)表系數(shù)空氣系數(shù)燃?xì)庑拚?xiàng)cphln

0cpghgln

g0E01047.8389-4040.62.81661E

0261.067080.010.276527Eln003.650244E

ln000.921799E1-0.38813451047.8389-1.352102

10-3E

19.2322154278.24020.03217804E28.8819258

10-4-0.194067271.547050

10-6E

2-0.01866944.6061438-3.2535245

1