微型燃气轮机理想简单循环主要包括压缩机C中的压缩过程、燃烧室B中的加热过程、涡轮机E中的膨胀过程及大气中的放热过程。在理想等压微型燃气轮机简单循环中,假设工质为理想气体,在压缩、加热、膨胀和放热四个热力过程中没有损耗,比热容和流量也不变。
按照图3-35所示,各个过程中功和热的变化有如下关系:
1—2 压缩机中的等熵压缩wC=cp(T2-T1),Δq12=0
2—3 燃烧室中等压加热w23=0,ΔqB=cp(T3-T2)
3—4 涡轮机中等熵膨胀wE=cp(T3-T4),Δq34=0
4—1 大气中等压放热w41=0,Δq41=-cp(T4-T1)
1.理想简单循环比功
理想简单循环比功wn定义为涡轮机的比功wE减去压缩机消耗的比功wC。
由上式可知,比功wn与温比τ、压比π及初温T1有关。温比τ越大(即T3越高、T1越低),则比功wn越大,而且每个温比值τ都应有一个最佳压比πmax值相对应,才能得到最大的比功。最佳压比也可用微分法求出:
得(www.daowen.com)
当π=πmax时,循环比功wn达到最大值。
2.理想简单循环效率
理想简单循环效率η定义为循环比功wn与燃烧室加入热量ΔqB的比。
由以上公式可知,理想简单循环的效率有如下关系:
1)压比π越大,循环效率η就越高。这是因为当压缩机出口温度T2(即燃烧室进口温度)随π增加,则为达到同一T3所需加热越少,而且涡轮机排气温度T4也因膨胀比加大而降低,废气带走的热量也减少,故效率增加。
2)微型燃气轮机等压理想简单循环的效率,在理论上只与压比π有关,与温度无关。这是由于T3对分子“wn”项及分母“ΔqB”项的影响正好抵消。
3.理想简单循环可用功系数
理想简单循环可用功系数λ,定义为循环比功与涡轮机膨胀功的比,即
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