当前课程知识点：工程热力学（上） > 第5章 气体动力循环 > 5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径 > Video 5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
下面我们来介绍这一章的最后一小节
提高勃雷登循环热效率的其它途径
第一个途径就是采用回热
我们来看一下
屏幕上的右侧是勃雷登循环
那么燃气轮机出口是4点这个状态
4点的温度一般在500度以上
离环境温度还有很大的一段距离
如果说
我们想提高这个循环的热效率
让T4这个温度降低
这样平均放热温度就可以减小
那我们来看可不可以
如果说让4点的温度降低
它的压力也必须要相应的降低的
而这4点的压力如果降低
低于大气压的话
这个过程是不可能实现的
而我们知道一般4点的温度
比压气机出口2点的温度要高的
我们就可以把
从燃气轮机出来的气体的热量
给压气机出口的气体
也就是说
对压气机出口的气体进行预热
然后再到燃烧室里面去吸收热量
所以我们提高热效率的途径之一
就是采用回热
这是我们采用回热的一个示意图
压气机 然后回热器 然后燃烧室
然后燃气轮机
所谓的回热就是从燃气轮机
出来的气体给它引到回热器之中
把它的热量放给谁
放给从压气机出来的气体
它在回热器中吸收热量
或者说被预热
然后再到燃烧室里面吸收热量
我们把这个过程画在T-s图上
理想的回热
也就是说从压气机出来的气体
在回热器中吸收热量温度升高
升高到那点的温度也就是2R的温度
跟4点的温度是相等的
反过来说
这个废气放热的温度放到4R这点
这个温度跟2点的温度是相等的
但是我们知道传热必须有温差的
所以说实际回热
它的温度是达不到2R那点的温度的
比它的温度要低一点
比如说2A这点的温度
我们就来定义一下回热度
所谓的回热度就是
实际吸收的热量与理想情况
理想情况是什么 完全回热
它这两个吸收热量的比值
也就是h2A减去h2
比上h2R减去h2
这就是回热度
这回热度一般来说是0.6~0.9
也就是说回收60%到90%的热量
这是一般的设备能够实现的
我们来看一下
采用回热和没采用回热
或者说简单的朗肯循环
这两者的热效率是怎样的一个关系
首先我们来看
它的这个净功是没有变化的
而吸热量 吸热量采用回热的时候
相比于原来没有采用回热的情况下
它的吸热量是减小的
也就是说采用回热
它吸收的热量应该是
3与2A这两点的焓差
所以说采用回热
可以使得循环的热效率提高
我们再用平均温度法
刚才是我们用热效率的定义式本身
来进行分析
我们再用平均温度法
平均吸热温度 平均放热温度
对于采用回热的情况下
它的平均吸热温度
比没有采用回热的时候
平均吸热温度要高
而平均放热温度要低
所以它的热效率
比没有采用回热的时候要高
我们前面讲理想气体
我们讲了 分级压缩 中间冷却
可以省功
我们来分析一下这压气机的间冷
也就是前面讲的 分级压缩 中间冷却
它对热效率是怎样影响的
首先我们来看一下间冷的示意图
空气进到压气机里
然后到间冷器进行冷却
然后再到第二个压气机里进行压缩
然后再到燃烧室里吸收热量
然后到燃气轮机里进行膨胀作功
我们把它画在T-s图上
首先我们先把没有采用任何措施的
勃雷登循环的T-s图画出来
采用间冷 也就是说
压缩到中间某一个压力
然后到间冷器中去进行冷却
比如说冷却到6点
然后接着再进行压缩
然后再到燃烧室里吸收热量
在这说明一下如果说理想间冷
6点的温度跟1点的温度是相等的
然后我们来分析一下
采用间冷与没有采用任何措施的
情况下的热效率
我们来进行一个对比
我们来看一下
首先我们看它的净功是增加的
它左侧用这个浅蓝色表示的
这个采用间冷多出来的这一块
净功是增加的
而吸热量
吸热量也增加了
原来是是h3减去h2的焓差
现在是3~2′是要吸热的
也就是说它的吸热量也是增加的
对于一个参数
分子和分母同时增加
这个分数是怎样变化
那就不确定了 没有办法来确定
我们换一个角度来看
对于采用间冷的这个循环
我们可以看成A和B两个在一起工作
可以看成两个功加起来
然后除以两个吸热量
这个效果是完全一样的
然后我们对这个表达式进行分析
这个各自的功
可以用各自的热效率乘以q1
然后经过推导变成我们第二个表达式
这里有三个热效率
左侧是两个在一起的循环的热效率
然后右侧包含了A的热效率和B的热效率
也就是说那两个循环的热效率
然后我们来分析一下
从这个数学表达式本身我们来分析
如果说循环A的热效率
大于循环B的热效率
我们利用上面那个表达式
我们可以推出来这个联合循环的热效率
比大的热效率要小 比小的热效率要大
这是我们可以推出来的
从数学关系我们可以推出来
如果说A的热效率
小于B的热效率的情况下
这个联合循环的热效率
又小于B的然后大于A的
是这样一个结果
如果说让它俩相等
我们推出一个怎样的结论
这个热效率跟这两个热效率是相等的
也就是说这联合的热效率
总是介于大的和小的之间
比大的小 比小的大
就是这样的一个结果
我们再看我们A B这两个循环
A B这两个循环
A循环的吸热温度
远远是高于B循环的
然后A循环的放热温度
比B循环的放热温度稍微高一点
但是我们经过具体的数值分析
我们会发现A循环的热效率
比B循环的热效率要大
也就是说我们采用间冷之后
联合起来的这个循环的热效率
比没有采用任何措施的
勃雷登循环的热效率是要小的
也就是说单纯的间冷
可以使得净功增加
但是它的热效率却是降低的
我们提高热效率的
第二个途径是什么
是回热加上间冷
这就是我们的设备示意图
回热就是我们前面讲过的
从压气机出来的气体在进燃烧室之前
接受从燃气轮机出来的气体的热量
对它进行预热
间冷是我们刚才讲过的
在两个压气机之间对气体进行冷却
我们把回热加上间冷画在T-s图的循环图上
这个单纯间冷我们已经画出来了
我们再把回热那个画出来
而且是一个理想的回热
这两个温度应该是相等的
就是2R的温度跟4点的温度相等
然后2′跟4R的是相等的
然后我们再对它进行分析
回热加间冷
与简单的勃雷登循环热效率
进行对比分析
我们来看净功是增加了
浅蓝色的这一部分净功是它增加的
然后吸热量减小了 采用回热
它的吸热量从3~2R之间是吸热的
而没有采用的情况下
应该是从3~2之间要吸热的
也就是说采用回热加间冷
它的吸热量减小了 然后净功增加了
所以它的热效率肯定是增加的
我们再来看回热加间冷
跟回热循环相比
我们来看这两个循环
前者的净功是增加的
然后q1两者是一样的
分子增加了
然后整个这个参数就是增加的
所以采用回热加间冷的热效率
比采用回热的情况下热效率还要高
这就是我们的这个结论
从净功的角度来说
回热加间冷的净功要大于
采用回热情况下的净功
然后热效率是回热加间冷的热效率
要大于回热的热效率
回热的热效率大于我们简单的
勃雷登循环的热效率
我们再来看再热
所谓的再热就是说
我们从压气机出来的气体
到燃烧室去吸收热量
然后到燃气轮机里的膨胀作功
然后再到另外一个燃烧室
这就是采用再热
这个燃烧室实际上
就是对气体进行再热
然后再到第二个燃气轮机里
进行膨胀作功 这就是再热
我们把这个再热画到T-s图上
刚才说了从3点
膨胀到某一个位置5点
然后到再热室
也就是燃烧室2再进一步地吸收热量
到3′一点 然后再膨胀到4′一点
我们对它进行分析
我们来看这个功
采用再热比简单的这个
朗肯循环的净功是增加的
热效率
采用再热之后它的平均吸热温度
要降低的
平均的放热温度要提高的
所以它的热效率是减小的
单纯的再热使得它的热效率是降低的
所以我们提高勃雷登循环热效率的
第三个措施是回热加上再热
这就是我们设备的示意图
那个燃烧室2实际上
它就是一个再热的作用
这是我们刚才单纯的再热循环图
我们把回热给它加上
那就4′ 它的温度应该等于2R
然后2的温度应该等于4R
这是一个回热的一个表示
也就是说4′~4R的热量
放给了2R~2这个过程
进入燃烧室之前要进行一个预热
在回热器里面
然后我们再来分析它
回热加上再热 与 单纯的回热
来进行对比分析
我们来看它的q2是一样的
但是它的净功是增加的
所以相当于q1是增加的
所以它的热效率是增加的
这就是我们的结论
它的功以及热效率之间的关系
如果说理想的再热
那就是3′的温度
跟3点的温度是一样的
这就是回热加上再热
我们再来看第四个途径
那就是前面那三种措施放在一起
回热加上再热加上间冷
这是我们的设备示意图
我们再来看T-s图上的表示
那就是这样 然后我们再来分析
回热加上再热加上间冷
与回热加再热进行热效率对比分析
我们发现它的净功是增加的
所以热效率是增加的
也就是说措施用的越多
热效率提升的幅度也就越大
这样一来如果说无穷多级的再热
无穷多级的间冷就变成了什么
就变成了两个等温
和两个等压过程组成的
然后我们再进行一个完全的回热
它变成了什么
就变成了我们前面介绍的
概括性卡诺循环
这热效率就跟那两个温度之间
工作的卡诺循环的热效率是相等的
当然这个热效率很高的
但是这可能实现吗 这不可能
因为级数越多 设备就变得越复杂
成本也就越高
所以一般来说 对于实际设备
一般就采用2~3级 再热和间冷
这是我们这一部分的作业
清华实体课的同学来做
其他同学可以选择来做
然后我们这一小节的主要内容是
提高勃雷登循环循环热效率的其它措施或者说途径
主要有这几个
一个是回热 然后回热加上间冷
第三个是回热加上再热
第四个是回热加上间冷加上再热
在这里 我们介绍了回热度这个概念
大家一定要清楚
还有采用各种措施情况下的
勃雷登循环的计算
包括压气机和燃气轮机的效率
这个计算也很重要
-0-0 导引
-0-1 热能及其利用
-0-1 作业
-0-2 热能转换装置工作过程简介
-0-2 作业
-0-3 工程热力学的研究内容及方法
-0-3 作业
-0-4 工程热力学与中国能源战略及环保
-0-4 作业
-绪论 章节小测验
-1-1 热力系统
-1-1 作业
-1-2 状态和状态参数
-1-2 作业
-1-3 基本状态参数
-1-3 作业
-1-4 平衡状态
-1-4 作业
-1-5 状态方程、坐标图
-1-5 作业
-1-6 准静态过程与可逆过程
-1-6 作业
-1-7 功量
-1-7 作业
-1-8 热量与熵
-1-8 作业
-1-9 热力循环
-1-9 作业
-第1章小结及讨论习题课
-第1章 章节小测验
-2-1 热力学第一定律的本质
-2-1 作业
-2-2 热力学第一定律的推论——内能
-2-2 作业
-2-3 闭口系统能量方程
-2-3 作业
-2-4 开口系统能量方程与焓
-2-4 作业
-2-5 稳定流动能量方程与技术功
-2-5 作业
-2-6 稳定流动能量方程的应用
-2-6 作业
-第2章小结
-第2章讨论习题课
-第2章 章节小测验
-3-0 导引
-3-1 理想气体状态方程
-3-1 作业
-3-2 比热容
-3-2 作业
-3-3 理想气体的内能、焓、熵和比热容
-3-3 作业
-3-4 理想气体比热容、内能、焓和熵的计算
-3-4 作业
-3-5 研究热力过程的目的和方法
-3-5 作业
-3-6 理想气体的等熵过程
-3-6 作业
-3-7 理想气体热力过程综合分析
--Video 3-7（2）基本过程在p-v图和T-s图上的表示
-3-7 作业
-3-8 气体的压缩
-3-8 作业
-3-9 活塞式压气机压缩过程分析
-3-9 作业
-第3章小结及讨论习题课
-第3章 章节小测验
-4-0 导引
-4-1 热二律的表述与实质
-4-1 作业
-4-2 卡诺定理与卡诺循环
-4-2 作业
-4-3 克劳修斯不等式及熵的引出
-4-3 作业
-4-4 不可逆过程熵的变化
-4-4 作业
-4-5 孤立系统熵增原理
-4-5 作业
-4-6 熵方程及对熵的小结
-4-6 作业
-4-7 熵与不可逆及熵的物理意义
-4-7 作业
-第4章讨论习题课
-4-8 㶲及其计算
-4-8 作业
-第4章 章节小测验
-5-0 导引
-5-0 作业
-5-1 活塞式内燃机动力循环
-5-1 作业
-5-2 活塞式内燃机几种循环的比较
-5-2 作业
-5-3 斯特林循环
-5-3 作业
-5-4 勃雷登循环
-5-4 作业
-5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
-5-5 作业
-5-6 动力循环的一般规律
-第5章 章节小测验
-期末考试
