第二章 燃?xì)廨啓C(jī)基本原理和計算

第二章燃?xì)廨啓C(jī)基本原理和計算2023/3/291第一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日為什么現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是三代以后的燃?xì)廨啓C(jī)，在熱力參數(shù)上面要提倡壓氣機(jī)高壓比，高渦輪前燃?xì)鉁囟?？壓氣機(jī)壓比和渦輪前燃?xì)鉁囟鹊年P(guān)系？提問：2023/3/292第二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日通過燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)分析，就可以明白。解答：本章學(xué)習(xí)完畢后，將前面的問題作為討論課的論點進(jìn)行討論。具體時間會在后面安排。請同學(xué)們醞釀！討論課的題目：為什么提倡高壓比和高渦輪前燃?xì)鉁囟龋?023/3/293第三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程三）、燃燒室中的加熱過程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程五）、工質(zhì)在大氣中自然放熱過程六）、總結(jié)2023/3/294第四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日附加知識點：

燃?xì)廨啓C(jī)四個截面的氣體狀態(tài)參數(shù)符號燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、）1截面（壓氣機(jī)進(jìn)氣截面）氣流在此處的理想狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的實際狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的狀態(tài)參數(shù)平均值：溫度：比容：壓強(qiáng)：2023/3/295第五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日附加知識點：

燃?xì)廨啓C(jī)四個截面的氣體狀態(tài)參數(shù)符號燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2、）2截面（壓氣機(jī)出口截面，燃燒室進(jìn)口截面）氣流在此處的理想狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的實際狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的狀態(tài)參數(shù)平均值：溫度：比容：壓強(qiáng)：2023/3/296第六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日附加知識點：

燃?xì)廨啓C(jī)四個截面的氣體狀態(tài)參數(shù)符號燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3、）3截面（燃燒室出口截面，透平進(jìn)口截面）氣流在此處的理想狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的實際狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的狀態(tài)參數(shù)平均值：溫度：比容：壓強(qiáng)：2023/3/297第七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日附加知識點：

燃?xì)廨啓C(jī)四個截面的氣體狀態(tài)參數(shù)符號燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、）4截面（透平出口截面）氣流在此處的理想狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的實際狀況的狀態(tài)參數(shù)符號：溫度：比容：壓強(qiáng)：氣流在此處的狀態(tài)參數(shù)平均值：溫度：比容：壓強(qiáng)：2023/3/298第八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2023/3/299第九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程1、燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)稱為開式白朗托循環(huán)（蒸汽輪機(jī)電廠循環(huán)稱為閉式朗肯循環(huán)）燃?xì)廨啓C(jī)開式白朗托循環(huán)圖見下頁2023/3/2910第十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日1-2過程：空氣在壓氣機(jī)內(nèi)完成空氣壓縮耗功過程2-3過程：空氣在燃燒室內(nèi)完成燃燒升溫過程3-4過程：空氣在透平完成膨脹做功過程4-1過程：空氣排出燃機(jī)進(jìn)入大氣，完成冷源放熱過程完成一次開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)圖

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2023/3/2911第十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日燃?xì)廨啓C(jī)效率曲線2）、對應(yīng)一個燃?xì)鉁囟萾3的循環(huán)效率有一個最佳壓比，即在這個溫度下，在最佳壓比值對應(yīng)的燃機(jī)效率最大。燃?xì)鉁囟仍礁?，相?yīng)的最佳壓比就越高，這是燃機(jī)設(shè)計的最關(guān)鍵點。

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2、燃?xì)廨啓C(jī)的效率與燃?xì)鉁囟群蛪簹鈾C(jī)壓比的關(guān)系1）、如右圖，燃?xì)鉁囟萾3越高，循環(huán)效率越高。2023/3/2912第十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日燃?xì)廨啓C(jī)效率曲線3）、目前，最先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)鉁囟冗_(dá)1300℃～1400℃，壓氣機(jī)壓比達(dá)到15～20。因此，提高燃?xì)廨啓C(jī)效率，改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的性能，主要要從燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)鉁囟群蛪簹鈾C(jī)的壓比作手。

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2023/3/2913第十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日燃?xì)廨啓C(jī)效率、比功曲線圖3、燃?xì)廨啓C(jī)的效率與比功關(guān)系1）、燃?xì)鉁囟仍礁?，燃?xì)廨啓C(jī)的比功就越大，每千克空氣產(chǎn)生的功就越多，一定功率的機(jī)組體積就會越小。2）、在溫度一定下，提高增壓比，比功先會增加，但是當(dāng)超過一個最佳壓比值以后，比功反而會下降，在設(shè)計上要特別注意。

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2023/3/2914第十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日4、總之：為了計算燃?xì)廨啓C(jī)中工質(zhì)與外界交換的熱量和功量，必須分析燃?xì)廨啓C(jī)的四個過程中工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)壓力p、比容v、溫度t的變化規(guī)律和描述過程的數(shù)學(xué)方程。

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

一）、燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)過程2023/3/2915第十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程2023/3/2916第十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程1、壓氣機(jī)理想絕熱壓縮空氣過程的假設(shè)壓氣機(jī)在壓縮空氣過程中，必須從外界吸收一定量的壓縮功，才能使空氣的壓力p和溫度t升高，比容v縮小。假設(shè)工質(zhì)只與外界發(fā)生功的交換，而無熱量交換。這個與外界沒有熱量交換的熱力過程，是在沒有摩擦和擾動等不可逆現(xiàn)象的理想情況下進(jìn)行的，成為理想絕熱過程。2023/3/2917第十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程2、壓氣機(jī)理想絕熱壓縮空氣過程計算由熱力學(xué)分析，在理想絕熱過程中，工質(zhì)的壓力和比容的變化規(guī)律為：（2-1）

式中：k為絕熱指數(shù)，當(dāng)忽略工質(zhì)比熱隨溫度而變化的關(guān)系時，它就是所謂的比熱比。通常在作近似計算時，空氣的絕熱指數(shù)k可以取1.4，燃?xì)獾膋取1.33。2023/3/2918第十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程2、壓氣機(jī)理想絕熱壓縮空氣過程計算由可知，當(dāng)工質(zhì)按理想絕熱過程壓縮（或膨脹）時，在整個過程的任何一個工況點上，工質(zhì)的壓力p與其比熱容比v的k次方的乘積是彼此相等的。即

（2-2）2023/3/2919第十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程2、壓氣機(jī)理想絕熱壓縮空氣過程計算

當(dāng)已知過程的起始狀態(tài)、和終態(tài)壓力后，就可以根據(jù)和理想氣體狀態(tài)方程式，計算出工質(zhì)在理想絕熱過程終態(tài)的其它參數(shù)和。2023/3/2920第二十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日2、壓氣機(jī)理想絕熱壓縮空氣過程計算

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程聯(lián)解，得出，在理想絕熱過程中與，與之間的變化規(guī)律為：整個推理過程為：兩式聯(lián)立p和T關(guān)系T和v關(guān)系（2-3）2023/3/2921第二十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日例1、今有一臺壓氣機(jī)，把空氣由起始狀態(tài)，

℃壓縮到。假設(shè)這是一個理想壓縮過程，試問壓縮終了時，空氣的比容和溫度各為多少？第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程3、理想絕熱過程計算舉例已知空氣的絕熱指數(shù)：2023/3/2922第二十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程3、理想絕熱過程計算舉例解：根據(jù)（2-3）可知即得：

已知空氣的絕熱指數(shù)：因而（℃）根據(jù)2023/3/2923第二十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程計算理想的絕熱壓縮過程是不存在的。由于存在摩擦和換熱的因素，實際過程是一個多變的壓縮過程，其計算應(yīng)根據(jù)多變過程的規(guī)律計算，其中n為多變指數(shù)。兩式聯(lián)立整個推理過程為：2023/3/2924第二十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程計算p和T關(guān)系T和v關(guān)系聯(lián)解，得出，在理想絕熱過程中與，與之間的變化規(guī)律為：即：將絕熱指數(shù)k改為多變指數(shù)n。n＞k，n的大小與實際壓縮過程中存在的不可逆因素有關(guān)，一般為。在確定了n值后，就用式（2-4），即可算出實際過程中終態(tài)空氣的狀態(tài)參數(shù)。（2-4）2023/3/2925第二十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程

二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程計算舉例實際壓縮過程的計算跟理想絕熱壓縮過程的計算是一樣的，不同的只是一個用多變指數(shù)n，一個用絕熱指數(shù)k。具體的舉例略。2023/3/2926第二十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程的工程計算根據(jù)熱力學(xué)的多變過程來計算，不能夠直觀反映在實際壓縮過程中不可逆程度大小。因此，工程上，人們很少利用這個方法。而是引入一個能夠比較直觀地反映實際壓縮過程中不可逆程度大小的絕熱壓縮效率，來計算工質(zhì)的終態(tài)溫度。2023/3/2927第二十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日1）、絕熱壓縮效率第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程的工程計算絕熱壓縮效率，是指工質(zhì)在理想的絕熱壓縮過程中所需吸收的壓縮功，與實際壓縮過程中達(dá)到同一個終態(tài)壓力時所需加給工質(zhì)的實際壓縮功的比值。即：式中，2023/3/2928第二十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日當(dāng)忽略工質(zhì)定壓比熱隨溫度改變而忽略微變化的特性時，1）、絕熱壓縮效率第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程的工程計算在現(xiàn)代壓氣機(jī)中，由此可見，只要已知壓氣機(jī)的，就很容易求得壓氣機(jī)出口處工質(zhì)的實際溫度，進(jìn)而求出比容。（2-5）2023/3/2929第二十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日已知由式（2-5）可知：例2、假設(shè)已知例1中壓氣機(jī)的，試求在的情況下，壓氣機(jī)出口處空氣的實際狀態(tài)參數(shù)。2）、實際壓縮過程的工程計算舉例第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程二）、壓氣機(jī)內(nèi)的壓縮過程4、實際壓縮過程的工程計算解：在例1中已計算得，當(dāng)工質(zhì)按理想絕熱壓縮過程工作時，壓氣機(jī)出口處空氣的溫度和比體積為℃（℃）2023/3/2930第三十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程三）、燃燒室中的加熱過程2023/3/2931第三十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程三）、燃燒室中的加熱過程1、燃燒室燃燒過程的理論簡化燃燒室的燃燒過程，是空氣與燃料混合燃燒，把燃料的化學(xué)能釋放出來，轉(zhuǎn)化為熱量的過程。這就相當(dāng)于工質(zhì)從外界吸收一定量的熱，從而溫度升高，比容增大。此時，工質(zhì)只與外界有熱交換，而無機(jī)械功交換。當(dāng)確定了壓氣機(jī)出口參數(shù)后，由于壓氣機(jī)出口緊接燃燒室入口，因此，也就知道了燃燒室入口處空氣的參數(shù)。2023/3/2932第三十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程三）、燃燒室中的加熱過程1、燃燒室燃燒過程的理論簡化在沒有摩擦等不可逆現(xiàn)象的情況下，可以把燃燒過程看成是一個等壓加熱過程，空氣與燃料燃燒后將變成高溫燃?xì)?。在燃燒室的出口處溫度升高為，比容增大為，但壓力卻維持不變，即。2023/3/2933第三十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程三）、燃燒室中的加熱過程2、燃燒室燃燒工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)理論計算根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程式不難證明，假如忽略空氣與燃?xì)庵g氣體常數(shù)R的微小差別，經(jīng)等壓加熱后，燃燒室前后工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系應(yīng)滿足如下規(guī)律：通常燃燒室出口處燃?xì)獾臏囟仁歉鶕?jù)透平葉片的材料特性選擇的。目前，隨著冶金工業(yè)和透平冷卻技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以提高到℃以上。2023/3/2934第三十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日最后，根據(jù)已經(jīng)選定的和估算得到的，利用理想氣體狀態(tài)方程式，很容易確定出燃燒室出口比容。第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程三）、燃燒室中的加熱過程3、燃燒室燃燒工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)實際計算實際上，當(dāng)工質(zhì)在燃燒室中燃燒加熱時，總會有摩擦不可逆現(xiàn)象存在。這將導(dǎo)致燃燒室出口處燃?xì)獾膲毫β杂邢陆?，其下降程度可以用燃燒室的壓力保持系?shù)來估算，即：（2-6）通常，。2023/3/2935第三十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程2023/3/2936第三十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程1、透平膨脹的理論計算透平處高溫高壓燃?xì)獍l(fā)生膨脹，對外界輸出一定數(shù)量的機(jī)械功，同時工質(zhì)的壓力和溫度下降，比容增大。假設(shè)工質(zhì)只與外界有機(jī)械功的交換，而無熱量的交換。在沒有摩擦等不可逆現(xiàn)象的理想情況下，可以認(rèn)為，在透平中，燃?xì)馐前凑绽硐虢^熱過程進(jìn)行膨脹做功的。因而也可以根據(jù)式（2-3）來計算燃?xì)鉅顟B(tài)參數(shù)的變化。即：p和T關(guān)系T和v關(guān)系（2-3‘）2023/3/2937第三十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程2、透平膨脹的理論計算舉例例3：已知透平前燃?xì)獾某跏紶顟B(tài)參數(shù)為

℃。由于透平后的排氣流道還有一定的阻力，致使燃?xì)獠荒芘蛎浀脚c外界大氣壓力相同的情況，而只能達(dá)到。假設(shè)這是一個理想絕熱膨脹過程，求膨脹終態(tài)時的燃?xì)鉁囟葹槎嗌伲?023/3/2938第三十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程2、透平膨脹的理論計算舉例解：對于燃?xì)鈦碚f，絕熱指數(shù)根據(jù)式（2-3’）可知：℃2023/3/2939第三十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程2、透平膨脹的實際計算實際上，理想絕熱膨脹過程也是不存在的。因不可逆現(xiàn)象造成的摩擦熱，也會轉(zhuǎn)加給工質(zhì)本身，致使工質(zhì)的終態(tài)溫度和比容，都要比按理想絕熱膨脹過程達(dá)到的終態(tài)溫度和比容大一些，同時還會使工質(zhì)發(fā)出的實際膨脹功減少。的多變膨脹過程相當(dāng)。因此，在實際膨脹過程中，燃?xì)饨K態(tài)的狀態(tài)參數(shù)也可以根據(jù)式（2-4‘）來計算。所不同的是在膨脹過程中，多變指數(shù)即，。從熱力學(xué)觀點看，這個過程正與一個從外界吸收熱量2023/3/2940第四十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程2、透平膨脹的實際計算p和T關(guān)系T和v關(guān)系（2-4’）透平膨脹的實際計算舉例略2023/3/2941第四十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日與壓縮過程相同，通常人們也很少用熱力學(xué)中的計算方法來計算燃?xì)獾慕K態(tài)參數(shù)。同樣也習(xí)慣的引入一個能夠比較直觀地反映實際膨脹過程中不可逆程度大小的絕熱膨脹有效效率，來計算工質(zhì)的終態(tài)溫度。第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程3、透平膨脹的工程計算2023/3/2942第四十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程3、透平膨脹的工程計算1）、絕熱膨脹有效效率

絕熱膨脹有效效率，是指工質(zhì)在透平的實際膨脹過程中，能夠發(fā)出的實際機(jī)械功，與工質(zhì)按照理想絕熱過程進(jìn)行膨脹而達(dá)到的同一個終態(tài)壓力時所能發(fā)出的理想機(jī)械功的比值。即式中，2023/3/2943第四十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日在現(xiàn)代透平中，當(dāng)忽略工質(zhì)定壓比熱隨溫度改變而忽略微變化的特性時，1）、絕熱膨脹有效效率

第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程3、透平膨脹的工程計算由此可見，只要已知透平的絕熱膨脹有效效率，就很容易求得透平出口處工質(zhì)的實際溫度，進(jìn)而求出比容。（2-6）2023/3/2944第四十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日的情況下，透平出口處燃?xì)獾膶嶋H溫度？例4、例如已知例3中透平的，試求在2）、透平膨脹過程的工程計算舉例第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程四）、透平（渦輪）中的膨脹過程3、透平膨脹的工程計算解：在例3中已經(jīng)求得，按照理想絕熱膨脹的已知℃℃℃2023/3/2945第四十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程五）、工質(zhì)在大氣中自然放熱過程2023/3/2946第四十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日在此過程中，工質(zhì)將對外界釋放一定量的余熱，使其狀態(tài)參數(shù)回復(fù)到壓氣機(jī)入口處空氣的初始狀態(tài)，工質(zhì)只與外界有熱量交換，而無機(jī)械功交換。1、理想的自然放熱過程第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程五）、工質(zhì)在大氣中自然放熱過程在理想狀況下，可以把這個過程看成是一個等壓發(fā)熱過程，其結(jié)果將使工質(zhì)的溫度降低到，比容減小到。2023/3/2947第四十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日在實際狀況下，工質(zhì)的壓力略有下降，即，但放熱的結(jié)果仍然是使工質(zhì)回復(fù)到。2、實際的自然放熱過程第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程五）、工質(zhì)在大氣中自然放熱過程由于在這個過程中，工質(zhì)的初始狀態(tài)正是透平排氣口燃?xì)獾臓顟B(tài)，工質(zhì)的終態(tài)是壓氣機(jī)入口處大氣的狀態(tài)，這個參數(shù)已經(jīng)求得，就不用再計算了。2023/3/2948第四十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程六）、總結(jié)2023/3/2949第四十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日通過前面介紹的方法，很容易求出在燃?xì)廨啓C(jī)四個工作過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系，還可以進(jìn)一步探討在這四個過程中，各種能量之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律和定量計算關(guān)系。需要指出的是，前面介紹的計算方法是一種近似方法，因為它沒有考慮到在這個過程中，工質(zhì)比熱隨溫度的變化關(guān)系對狀態(tài)參數(shù)計算的影響。第一節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的過程方程六）、總結(jié)2023/3/2950第五十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)一）、理想簡單循環(huán)功和熱變化關(guān)系二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2023/3/2951第五十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)一）、理想簡單循環(huán)功和熱變化關(guān)系2023/3/2952第五十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日考慮到連續(xù)流動機(jī)械的“流動功”（項），熱焓，而。故第一定律可寫成：第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)一）、理想簡單循環(huán)功和熱變化關(guān)系熱力學(xué)第一定律為：據(jù)此，在理想等壓燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)中，假設(shè)工質(zhì)為理想氣體，在壓縮、加熱、膨脹和放熱四個熱力過程內(nèi)沒有損耗，比熱和流量也不變，則可由等壓燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)圖推出各過程中功和熱的變換關(guān)系。2023/3/2953第五十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)一）、理想簡單循環(huán)功和熱變化關(guān)系等壓燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)圖各個過程的功和熱的變化關(guān)系如下：1-2壓氣機(jī)中等熵壓縮2-3燃燒室中等壓加熱2023/3/2954第五十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)一）、理想簡單循環(huán)功和熱變化關(guān)系等壓燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)圖各個過程的功和熱的變化關(guān)系如下：3-4透平中等熵膨脹4-1大氣中等壓放熱2023/3/2955第五十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)2023/3/2956第五十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)1、理想簡單循環(huán)比功循環(huán)增壓比：循環(huán)最高壓力與最低壓力之比理想簡單循環(huán)比功:透平的功率減去壓氣機(jī)消耗的功率循環(huán)增溫比：循環(huán)最高溫度與最低溫度之比即：2023/3/2957第五十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)1、理想簡單循環(huán)比功設(shè)比熱容為定值，則根據(jù)各過程特性可推證：等壓燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)圖2023/3/2958第五十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)1、理想簡單循環(huán)比功推理比功：透平功率減去壓氣機(jī)消耗功率已知：推出比功:2023/3/2959第五十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)1、理想簡單循環(huán)比功理想簡單定壓加熱循環(huán)比功：分析上式，知當(dāng)和確定后，比功僅僅是增壓比的函數(shù)。將比功對增壓比求導(dǎo)并令之為零，即可求得最佳增壓比：（2-2-1）（2-2-2）將（2-2-2）代入（2-2-1）得最大的循環(huán)比功：（2-2-3）2023/3/2960第六十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)1、理想簡單循環(huán)比功由理想簡單定壓加熱循環(huán)比功公式作圖理想簡單定壓循環(huán)性能圖橫坐標(biāo)為：縱坐標(biāo)為：分析：a、增加，增加b、增加，增加結(jié)論：在材料熱強(qiáng)度許可的前提下，應(yīng)盡可能提高，進(jìn)而有利于提高燃機(jī)比功。2023/3/2961第六十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)2、理想簡單循環(huán)效率理想簡單循環(huán)效率：循環(huán)比功與燃燒室加入熱量之比2023/3/2962第六十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)2、理想簡單循環(huán)效率（2-2-2）此即為理想簡單等壓循環(huán)效率2023/3/2963第六十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)2、理想簡單循環(huán)效率由理想簡單循環(huán)效率：（2-2-2）可以得出結(jié)論：a、熱效率主要取決于循環(huán)增壓比，且隨的增大而提高。也就是說熱效率主要取決于壓氣機(jī)中絕熱壓縮的初態(tài)溫度和終態(tài)溫度。b、熱效率和工質(zhì)的絕熱指數(shù)的數(shù)值有關(guān)，而與循環(huán)增溫比無關(guān)。2023/3/2964第六十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)3、理想簡單循環(huán)可用功系數(shù)根據(jù)定義，且：理想簡單循環(huán)可用功系數(shù)：循環(huán)比功與透平膨脹功的比值。2023/3/2965第六十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

二）、理想簡單循環(huán)比功、效率、可用功系數(shù)3、理想簡單循環(huán)可用功系數(shù)即用功系數(shù)為：（2-2-3）得出結(jié)論：a、越大，相應(yīng)的膨脹功越大，越大。b、越大，相應(yīng)的壓縮負(fù)功越大，越小。2023/3/2966第六十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2023/3/2967第六十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析1、實際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)是有損失的，比功、效率和壓比、溫比（溫度）的關(guān)系，結(jié)論與理想簡單循環(huán)有所不同。2023/3/2968第六十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2、實際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的效率和比功特點：1）、壓氣機(jī)壓比增加，循環(huán)效率和比功增加，到一個值后減小，存在一個最佳壓比。2023/3/2969第六十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日2）、燃?xì)鉁囟仍礁?，相?yīng)的最佳壓比就越高。第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2、實際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的效率和比功特點：2023/3/2970第七十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2、實際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的效率和比功特點：3）、燃?xì)鉁囟纫欢?，效率最佳增壓比高于比功最佳增壓比。效?壓比圖比功-壓比圖﹥例如：民機(jī)追求效率最佳壓比，軍機(jī)追求比功的。大于2023/3/2971第七十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第二節(jié)等壓燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán)

三）、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)分析2、實際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的效率和比功特點：3）、得出的結(jié)論：A、提高燃?xì)鉁囟纫鄳?yīng)提高壓比才有效；B、對一定的燃?xì)鉁囟?，要選合適的壓氣機(jī)壓比；C、不同用途的燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計原則是不同的。固定式電站用燃?xì)廨啓C(jī)要按照效率最佳壓比設(shè)計，運輸式燃?xì)廨啓C(jī)要按比功最佳壓比設(shè)計；D、提高壓氣機(jī)和透平的效率對燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)特性非常重要。2023/3/2972第七十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算一）、增壓原理二）、軸流式壓氣機(jī)級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系三）、壓氣機(jī)葉柵的幾何參數(shù)四）、防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施五）、壓氣機(jī)通流部分的污染與清洗2023/3/2973第七十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算一）、增壓原理2023/3/2974第七十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

一）、增壓原理1、壓力的空氣以速度流過一個通流面積不斷增大的擴(kuò)壓流道時，若這道空氣與外界沒有熱量和機(jī)械功的交換，那么氣流速度降低，空氣的壓力增加。23由伯努利方程：2023/3/2975第七十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

一）、增壓原理2、壓氣機(jī)的增壓原理也是采用此方法動葉葉柵繞軸線向右轉(zhuǎn)動擴(kuò)壓靜葉葉柵不動，但是其通道面積是逐漸增加的，如圖：、即達(dá)到擴(kuò)壓的目的。氣流方向軸線2023/3/2976第七十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日，壓力升高全部在動葉葉柵中完成。氣流經(jīng)動葉葉柵后工質(zhì)壓力升高的程度，可用級反動度來表示。

越大，工質(zhì)的壓力升高越是在動葉葉柵中完成。第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

一）、增壓原理2、壓氣機(jī)的級反動度氣流方向軸線2023/3/2977第七十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算二）、軸流式壓氣機(jī)級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系2023/3/2978第七十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

二）、軸流式壓氣機(jī)級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系1、流經(jīng)壓氣機(jī)動葉葉柵的力氣流方向軸線：是作用在葉輪平均直徑截面上的切向作用力。：空氣流量：動葉葉柵進(jìn)、出口處空氣切向流速2023/3/2979第七十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

二）、軸流式壓氣機(jī)級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系2、外界加給工質(zhì)的機(jī)械功率氣流方向軸線：工作葉輪平均直徑截面上的圓周速度。2023/3/2980第八十頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

二）、軸流式壓氣機(jī)級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系3、工作葉輪傳遞給1工質(zhì)的壓縮軸功氣流方向軸線：工作葉輪平均直徑截面上的圓周速度。2023/3/2981第八十一頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算三）、壓氣機(jī)葉柵的幾何參數(shù)2023/3/2982第八十二頁，共一百零三頁，2022年，8月28日：葉柵幾何進(jìn)口角：葉型弦長第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

三）、壓氣機(jī)葉柵的幾何參數(shù)1、葉柵幾何參數(shù)：葉柵幾何出口角2023/3/2983第八十三頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算四）、防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施2023/3/2984第八十四頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

四）、防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施1、喘振的根本原因:由于攻角過大，使氣流在葉背處發(fā)生分離而且這種氣流分離嚴(yán)重擴(kuò)展至整個葉柵通道。

2023/3/2985第八十五頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

四）、防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施2、喘振時的現(xiàn)象：發(fā)動機(jī)的聲音由尖哨轉(zhuǎn)變?yōu)榈统?、振動加大；壓氣機(jī)出口總壓和流量大幅度的波動；轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，推力突然下降并且有大幅度的波動；發(fā)動機(jī)的排氣溫度升高，造成超溫；嚴(yán)重時會發(fā)生放炮，氣流中斷而發(fā)生熄火停車。因此，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象，必須立即采取措施，使壓氣機(jī)退出喘振工作狀態(tài)。

2023/3/2986第八十六頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

四）、防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施3、防止喘振措施：1）、設(shè)計壓氣機(jī)時合理選擇各級之間流量系數(shù)的配合關(guān)系，力求擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。2）、在壓氣機(jī)第一級或若干級裝設(shè)可旋轉(zhuǎn)葉片。3）、在壓氣機(jī)通流部分的某一個或若干個截面上，安裝防喘放氣閥。4）、合理選擇壓氣機(jī)的運行工況點，使機(jī)組在額定負(fù)荷工況下的運行點離壓氣機(jī)喘振邊界有足夠的安全裕量。5）、把一臺高壓比的壓氣機(jī)，分解成兩個壓比較低的高低壓氣機(jī)，依次串聯(lián)工作，并分別用兩個透平來分別帶動。2023/3/2987第八十七頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算五）、壓氣機(jī)通流部分的污染與清洗2023/3/2988第八十八頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

五）、壓氣機(jī)通流部分的污染與清洗1、原因：壓氣機(jī)如果結(jié)垢，不僅影響效率和功率，而且還會使得低壓壓氣機(jī)的運行點向喘振邊界靠近，惡化機(jī)組運行的可靠性。2023/3/2989第八十九頁，共一百零三頁，2022年，8月28日第三節(jié)軸流式壓氣機(jī)原理和計算

五）、壓氣機(jī)通流部分的污染與清洗2、方法：1）、向壓氣機(jī)通流部分噴射核殼碎片，杏子、李子、核桃的核殼都能作為清理原料，核殼碎粒的大小為可以通過孔徑為1.5~4.0mm的篩子。2）、對于裝有空冷器或是冷卻孔的