燃?xì)廨啓C(jī)原理與性能精講第一章 概論

1-1燃?xì)廨啓C(jī)簡介 1-2燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展

1-3燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用

1-4燃?xì)廨啓C(jī)的未來

1-5燃?xì)廨啓C(jī)的分類 1-6燃?xì)廨啓C(jī)涉及的主要學(xué)科 1-7燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)過程第二章 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)理論

2-1燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)主要性能指標(biāo) 2-2理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)

2-3

實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)

2-4復(fù)合燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)第三章 燃?xì)廨啓C(jī)熱力計(jì)算

3-1熱力計(jì)算的目的 3-2燃燒室計(jì)算方法

3-3熱力計(jì)算的步驟 3-4熱力計(jì)算的舉例第四章 相似理論

4-1相似準(zhǔn)則 4-2相似參數(shù)與換算參數(shù)課程內(nèi)容第五章 燃?xì)廨啓C(jī)部件特性

5-1軸流壓氣機(jī)特性 5-2透平特性

5-3燃燒室特性 5-4徑向壓氣機(jī)、向心渦輪特性第六章 燃?xì)廨啓C(jī)變工況性能計(jì)算

6-1燃?xì)廨啓C(jī)部件特性的處理 6-2燃?xì)廨啓C(jī)部件間的匹配

6-3變工況性能計(jì)算方法 第七章 燃?xì)廨啓C(jī)過渡工況

7-1燃?xì)廨啓C(jī)起動過程 7-2燃?xì)廨啓C(jī)加速過程

7-3燃?xì)廨啓C(jī)減速過程 7-4燃?xì)廨啓C(jī)加減速過程參數(shù)控制第八章 燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真

8-1仿真方法 8-2計(jì)算實(shí)例教學(xué)參考書1、燃?xì)廨啓C(jī)裝置 沈炳正機(jī)械工業(yè)出版社2、燃?xì)廨啓C(jī)原理與性能翁史烈上海交通大學(xué)出版社3、燃?xì)廨啓C(jī)工作原理及性能朱行健王雪瑜科學(xué)出版社4、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)理論佐滕豪5、GasTurbineTheory H.Cohen,G.F.Rogers,H.I.H.Saravanamuttoo參考書目第一章概論1.1燃?xì)廨啓C(jī)的組成及工作原理SimplegasturbinesystemC-compresserT-TurbineB–Combustionchamber1-2燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展公元前150年埃及哲學(xué)家Hero發(fā)明了一個玩具－－汽轉(zhuǎn)球(Aeolipile）1629-GiovanniBranca利用蒸汽驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)磨粉機(jī)1687IsaacNewton

－－蒸汽貨車1791JohnBarber第一個利用現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)原理申請的設(shè)計(jì)專利1872-Dr.F.Stolze(1836-1910)設(shè)計(jì)了真正的第一臺燃?xì)廨啓C(jī)，具有多級渦輪和單級的壓氣機(jī)，但并沒有靠自身動力轉(zhuǎn)動起來1914-CharlesCurtis

檔案記載的應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)第一人(1864-1949)

AegidiusElling1882開始設(shè)計(jì)GT；1884獲得專利；11馬力，六級離心式壓氣機(jī)，可變?nèi)~片擴(kuò)壓器，級間噴水；帶有回?zé)崞?；蒸汽與燃?xì)饣旌线M(jìn)入噴嘴；一級向心透平；回?zé)嵬钙?；T3=500C；44馬力；具有了4軸的想法;1930FrankWhittle1930年申請了第一個用于噴氣推進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)專利1941年第一臺安裝在飛機(jī)上的燃?xì)廨啓C(jī)誕生（速度＝370MPH，1000磅推力）

1939－HansvonOhainandMaxHahn

第一架噴氣式飛機(jī)（HE-178）1100磅推力，400MPH速度；采用離心壓氣機(jī)，后改用軸流壓氣機(jī)發(fā)電設(shè)備功率：50MW效率：40%功率/重量、功率/體積最高的動力形式-燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備功率：5萬千瓦效率：40%功率/重量、功率/體積最高的動力形式-燃?xì)廨啓C(jī)占地面積小；高效、環(huán)保；21世紀(jì)最具競爭力的發(fā)電方式；占地面積?。桓咝?、環(huán)保；21世紀(jì)最具競爭力的發(fā)電方式；海軍艦船機(jī)車車輛英國98年研制4000馬力機(jī)車英國98年研制4000馬力機(jī)車1999年1月-2000年6月世界燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)容量

燃?xì)廨啓C(jī)的未來--燃?xì)廨啓C(jī)+熱交換技術(shù)（換熱器）渦輪入口溫度的提高簡單循環(huán)：單軸、分軸、雙軸、多軸燃?xì)廨啓C(jī)單軸：負(fù)荷固定、轉(zhuǎn)速固定；發(fā)電用；壓氣機(jī)固有的轉(zhuǎn)動慣量，有利于防止在甩負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生飛車；加入熱交換器可以使整機(jī)熱效率提高，但這要損失10%功率。分軸：起動機(jī)僅滿足燃?xì)獍l(fā)生器即可；甩負(fù)荷時(shí)會帶來渦輪的飛車，所以控制系統(tǒng)要有保證。多軸：如果不采用熱交換器而獲得高的熱效率，就要有高壓縮比。雖然多級離心式壓氣機(jī)具有高的壓比，但其效率要比軸流式的低，所以通常都是采用軸流式壓氣機(jī)。而當(dāng)壓氣機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于壓氣機(jī)后幾級由于出口面積減小，空氣密度降低，氣體軸向速度加大，葉片會出現(xiàn)阻塞。這種不穩(wěn)定區(qū)的出現(xiàn)，會發(fā)生在燃?xì)廨啓C(jī)起動或低負(fù)荷情況。所以只在一臺壓氣機(jī)上取得8以上的壓比是很困難的。但只要采取將一臺分為兩臺或更多臺時(shí)，就可以克服上述困難。在有些特殊的發(fā)動機(jī)上，由于流量小，多采用離心式；而軸流式則會由于流量小使其葉片過短，難以保證其效率。開式循環(huán)：1-4燃?xì)廨啓C(jī)的分類多軸燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子

最初雙軸燃?xì)廨啓C(jī)壓比在10：1，而它適合于30：1這樣的比值。多軸的另一種形式：如果有幾級導(dǎo)葉是可調(diào)的，那么就可在高壓比下采用一臺壓氣機(jī)。GE已在一臺壓氣機(jī)上實(shí)現(xiàn)了15：1。在給定壓比下，壓縮功只與入口空氣溫度有關(guān)。---進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。在許多情況下，機(jī)組的尺寸和重量要比熱效率重要。

優(yōu)點(diǎn)：可以在整個循環(huán)中采用較高的壓比---高的氣體密度，這可以在給定輸出功率下減小機(jī)組尺寸；可以使發(fā)電功率只隨閉路中的壓力變化。這種控制形式意味著在整個負(fù)荷范圍內(nèi)，最高循環(huán)溫度不會改變，因此，總體效率少有變化。缺點(diǎn)：需要外部加熱系統(tǒng)；這樣加熱器表面溫度給主循環(huán)最高溫度設(shè)定了上限。復(fù)雜循環(huán)：閉式循環(huán)：輕型結(jié)構(gòu)<10K剝G/PS，重插型結(jié)構(gòu)>15祥KG/裝PS輕型結(jié)連構(gòu)：約航空機(jī)杯和航空山改型艦削用燃?xì)猬F(xiàn)輪機(jī)，侵工業(yè)輕戀型（重適載輕型鵲）重型結(jié)攜構(gòu)：工叔業(yè)燃?xì)鉅钶啓C(jī)金屬耐熱陡極限---疏110鏡0℃；渦輪進(jìn)廟氣溫度：1460℃采用空氣榜冷卻葉片厚；---冷卻技膝術(shù)耐高溫也材料（慕單晶鑄概造，定恨向凝固樹等技術(shù)曠）壽命：截工業(yè)輕慮型2-10萬小時(shí)；燃?xì)廨啓C(jī)朽裝置的優(yōu)系勢：1、裝置旋輕小；雹投資僅羽為蒸汽混動力廠烘的20-8六0%以下；重瓜量和所占伯空間只有蒸汽溝輪機(jī)或烤內(nèi)燃機(jī)染的幾分貞之一或該幾百分特之一；據(jù)技術(shù)周期短；現(xiàn)代燃怨氣輪機(jī)廈的結(jié)構(gòu)里特點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)吉簡圖：單位功率窄重量：2、燃料澆適應(yīng)性純強(qiáng)，公發(fā)害少---食--最理想的數(shù)清潔能源心轉(zhuǎn)換裝置3、節(jié)省廠而用水、電遇、潤滑油其；4、啟動快怕、自動化刺程度高；5、維修快膀，運(yùn)行可俘靠流體力學(xué)堂（氣體動乞力學(xué)）熱力學(xué)籌與傳熱自動控紫制材料與翁強(qiáng)度1-5燃?xì)廨喫獧C(jī)涉及過的主要郊學(xué)科市場調(diào)曾研技術(shù)規(guī)她格書用戶需求循環(huán)方式鴉選擇研究設(shè)計(jì)點(diǎn)提的確定氣動模型修改功率提高與改型部件試驗(yàn)設(shè)計(jì)修改壓氣機(jī)、古渦輪、進(jìn)蓋、排氣等搬氣動設(shè)車計(jì)輪盤、葉狡片、殼體等結(jié)構(gòu)強(qiáng)紛度設(shè)計(jì)工藝設(shè)員計(jì)及制年造試驗(yàn)及研令究產(chǎn)品變工況開性能強(qiáng)度修丟改控制系泥統(tǒng)設(shè)計(jì)售后服務(wù)燃?xì)廨啓C(jī)勺設(shè)計(jì)流程美國能源述部21世紀(jì)先進(jìn)疑燃?xì)廨啓C(jī)近系統(tǒng)研究求（AGT宴SR）計(jì)劃高溫和渾耐腐蝕割材料科親學(xué)燃燒現(xiàn)象廳的深入了叨解天然氣掌或其他欣燃料燃茫燒時(shí)的眾污染物吳形成和沃減少新型熱力梯循環(huán)的基喝礎(chǔ)理論199忌2年-200德3年向大學(xué)柏設(shè)立了74個項(xiàng)目烤，投資張約$35,底485,愚299.思考題1-1為什么農(nóng)說燃?xì)庋踺啓C(jī)在胸未來的鼠發(fā)電設(shè)抽備中具幻玉有競爭法力的動毯力形式隊(duì)？1-2燃?xì)廨喫霗C(jī)發(fā)展享中的關(guān)怕鍵技術(shù)化有哪些貞？1-3為什么說摘燃?xì)廨啓C(jī)霧未來的發(fā)續(xù)展離不開乘熱交換器跌的發(fā)展？1-4先進(jìn)燃竄氣輪機(jī)屢的標(biāo)志辛性的參扎數(shù)是什熱么？為弦什么？第二章枯燃?xì)廨啓C(jī)芝循環(huán)理論決定燃?xì)饩啓C(jī)前途圓的因素:裝置的支熱效率裝置的班尺寸,重量對燃料的瓶適應(yīng)性影響燃?xì)鉅钶啓C(jī)性能飯的兩個因勢素:部件效鍬率和渦吹輪初溫;1904年兩個推法國工水程師Arme歇ngau背d和Lema倒le,建造了一強(qiáng)臺燃?xì)廨啑棛C(jī),部件效率60%臉,渦輪初聞溫740鵲K。(只夠自封己運(yùn)轉(zhuǎn))整機(jī)的效襲率還和壓花比有關(guān);燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)的發(fā)展和窗空氣動力領(lǐng)學(xué)的發(fā)展灑相關(guān)：壓比35,部件效吐率85-罷90,初溫1650禾K.(8束6年的目標(biāo))2-1燃?xì)廨喲輽C(jī)循環(huán)觀主要性健能指標(biāo)1.比功w：描述燃山氣輪機(jī)循憲環(huán)作功性貿(mào)能的好壞致的指標(biāo)。處單位質(zhì)量跟工質(zhì)下所閘做的功。為什么不栗用功率作嶼為描述循夠環(huán)性能的勻指標(biāo)？2.熱效率ηt和耗油率sfc嗽(s揮pec稈ifi饞cf貢uel觸co王nsu霧mpt甜ion談)耗油率罰：2-2理想燃?xì)獬剌啓C(jī)循環(huán)愈分析假設(shè)條件避：壓縮和膨熟脹過程是飽可逆的、殺絕熱的即嶺等熵的。忽略部件昨進(jìn)出口工勿質(zhì)的動能吼變化；在進(jìn)氣掙管道、接燃燒室軋、熱交螞換器、上間冷器坡、排氣壯管和連譯接部件俊的管道報(bào)均不考留慮壓力棉損失；工質(zhì)在咱整個中恥具有同遣樣的組重分，并枝且是比肢熱不變龜?shù)耐耆珴O氣體；氣體質(zhì)些量流量絮在整個例循環(huán)中陪不變；在熱交褲換器中徑充分換限熱；理想簡拆單燃?xì)馀妮啓C(jī)循閣環(huán)此種循環(huán)踏的極限是孟什么？此種循環(huán)福的熱效率1231’’袍’TSvp2’2’’3’2’’’3’’3’’副’4’’’4卡諾循報(bào)環(huán)；1-2等熵加酒熱；2-3等溫膨桶脹；3-4等熵放廚熱；4-3等溫壓留縮Eri抵css命on暴Cyc躺le斯特林晌循環(huán)布雷頓（Bra勒yto孩nc率ycl倉e)幾種典則型的熱垃力循環(huán)棒比較四個循添環(huán)表明嫁了布雷屯頓循環(huán)淡的改進(jìn)慮方向——向Eri隆css他on誓Cyc臨le靠近The獵cycl站eef殿fici影ency遠(yuǎn)isMaki劍ngu跳seo陶fth年eis在entr扒opic阿p-T言rel蛙atio根n,And絕pr獲ess坦ure姿ra勞tioThe心ns看how攪nThe諸effi如cien紫cyt子hus桑depe狠nds產(chǎn)only抗on葬t(yī)he叮pres賽sure丈rat還ioa上ndn杏atur表eof桐the擋gas汁.Spec膚ific跨wor肝kou耀tput銳W,此時(shí)輸隊(duì)出功為緞最大。理想燃?xì)夂奢啓C(jī)循環(huán)理其最大效幸率是隨壓虛比的增加晉而上升。復(fù)雜循環(huán)—回?zé)嵫h(huán)T2T1T3T4T6T5TSWit黨hi暖dea狀lh擦eat封-ex悅cha佳nge20406080124108612Spe謎cif銳ic朗wor悉ko稅utp扇ut伸is厲unc倡han舊ged垂by樓th珍ea輔ddi踩tio棍no起fa添he酸at-漲exc上han榜ger2-3實(shí)際燃撇氣輪機(jī)廣循環(huán)1.實(shí)際燃背氣輪機(jī)糟與理想靈燃?xì)廨喦髾C(jī)循環(huán)棚的差別景？2.如何考慮矛實(shí)際的燃桂氣熱力性嘩質(zhì)？3.實(shí)際燃?xì)鈮炤啓C(jī)循環(huán)弓性能？攏溫比、壓桑比對性能芹的影響？一、壓神氣機(jī)效途率、渦哀輪效率用滯止等改熵效率來付衡量實(shí)際膨過程和等叼熵過程的將差距。問題：實(shí)際的裝癢置比功燃?xì)廨喗覚C(jī)的:增加的百政分?jǐn)?shù)是證增加的黨百分?jǐn)?shù)的遞倍。驚有用功系勉數(shù)團(tuán)小殃者，獲對特及擇的影響鈴大，即裝密置對包的矩變化愈敏朱感。二、壓炕力損失實(shí)際過姓程中，脆工質(zhì)在卻燃燒室鞏、回?zé)嵴衿?、間吵冷器、役空氣濾困清器、慕消音器必系統(tǒng)中省流動必上然產(chǎn)生發(fā)流阻損哲失，表手現(xiàn)為工顏質(zhì)的滯娃止壓力固的損失斃。燃燒室的致壓損率進(jìn)氣道的奇壓損率排氣道跳的壓損約率渦輪膨脹嚴(yán)比為滯止柴壓恢復(fù)藥系數(shù)（三）轎空氣、燃茶氣流量的濁變化燃料與鄙空氣比鑼約為1/4異0-攀1/醒120纏,相對較小通；氣封漏達(dá)氣和抽唐氣冷卻棵空氣也躍使流量聰改變；計(jì)算中奇：以空圣氣流量每為基準(zhǔn)部。抽氣訴或漏氣5%，會使癢功率下屋降10～20%；效率越下降0.02產(chǎn)-0.0溫6。（四）燃醉燒室效率（五）索燃?xì)庑运沦|(zhì)定比熱盈：比熱欺為常量迫；（翅平均比詠熱）禁；用于芬簡單循粱環(huán)計(jì)算垃；變比熱:比熱是溫度、持燃料慶空氣比的淋函數(shù)。實(shí)盆際計(jì)算使讀用；使用方式嘴：查圖表??；數(shù)學(xué)表炕達(dá)式（程視序）；（六）回壘熱度、間怪冷度回?zé)岫乳g冷度（七）放機(jī)械效嚇率（八）見實(shí)際燃?xì)庠爿啓C(jī)循環(huán)胡性能（a）壓比肥的影響簡單循環(huán)興的效率理仙論上隨壓胃比的提高剛而增加。發(fā)但實(shí)際的雞簡單循環(huán)匹不同。對舟應(yīng)最大比拳功和最大系效率都有另一個不同魔值的壓比嚇?；?zé)嵫迎h(huán)可以悠使兩個脫壓比值速接近；（b）溫?zé)岜鹊挠皾欗懨吭黾?00℃，比功景約增汪加20-精40%；效附率獅增高0.0蓮2-0局.05；實(shí)際大氣屈溫度的影賢響：降低支比提高盼對燃?xì)獾溳啓C(jī)性細(xì)能的影喚響要大兆幾倍。由于工質(zhì)秘變化和各籠種損失（崗熱損失、彎化學(xué)損失族、機(jī)械損央失、流動賴損失）扇造成了理前想燃?xì)廨喐鏅C(jī)循環(huán)與愉實(shí)際燃?xì)夤鬏啓C(jī)循環(huán)鋼的差別攝。實(shí)際燃?xì)庑圯啓C(jī)循環(huán)勤設(shè)計(jì)點(diǎn)計(jì)愛算（1）求帶飾有回?zé)岫５膶?shí)際兼燃?xì)廨喆邫C(jī)的輸追出比功離、燃料鴿消耗率問、循環(huán)帳效率。已知：恩壓比4.0；渦輪入凡口溫度110怕0K；壓氣機(jī)絕汁熱效率0.85；渦輪皆絕熱效雕率0.87；機(jī)械效率0.99；燃燒效源率0.98；換熱器算效率0.8絨0；壓力損失---療---羞--燃燒室，2%壓氣機(jī)齡出口壓拾力；換熱器暑空氣側(cè)3%壓氣機(jī)抵出口壓危力；換熱器空篇?dú)鈧?cè)0.0堆4b涌ar大氣條件1ba皺r,2州88K解：看由于鉛和壓氣機(jī)正耗功產(chǎn)災(zāi)生的溫熔升為：用于驅(qū)霞動壓氣剝機(jī)每單攝位質(zhì)量巨流量所俯需的渦溝輪功為：因此，由于對于扛排氣總的渦寺輪做功恒所產(chǎn)生醋的溫升單位工俘質(zhì)所作沃的總渦擦輪功注意：若渦輪的存輸出比榜功為如果對于1000紙kW,需要7.3鬼kg/職s為了確產(chǎn)定燃/空比f，我們即必須確文定燃燒鍋室的溫罰升熱交換器怪效率=0.輩80=對于入兆口溫度煉為759K的燃燒室非和燃燒溫掩升為（1100援-759衣)=讓341K灘;理論上蛇的燃料/空氣比夏為0.0這094，這樣因此，油漸耗率SFC=最后，循竿環(huán)效率已知：鳴壓比12.哭0；渦輪入談口溫度1350捷K；壓氣機(jī)嬌絕熱效拾率0.8炒6；渦輪副絕熱效棟率0.89；機(jī)械效率0.9腐9；燃燒授效率0.9鮮9；換熱器效去率0.8中0；壓力損失----澇----燃燒室壓挺力損失6%壓氣機(jī)贈出口壓循力；排氣壓腐力損失0.0言3bar大氣條貧件1bar懷,288臉K求：疾帶自討由渦輪程的燃?xì)忡娸啓C(jī)輸埋出比功精；耗油慎率；循豈環(huán)效率駱；2-4燃?xì)廨啓C(jī)祖聯(lián)合循環(huán)（com較bin滴ed些cyc學(xué)les賠pl遵antCHP求)1.燃?xì)?