12 气体动力循环

第十二章 气体动力循环

一、是非题

1．各种气体动力循环中的各个过程尽管与实际设备中燃气过程不完全相同，但它们在热力效果(过程热量、功量及工质状态变化) 上是基本一致的，所以气体循环的热力学分析对实际气体动力装置具有实用意义。 （ ）

2．因为增压比π愈大，燃气轮机定压加热循环热效率愈高，所以燃气轮机装置的增压比愈大愈好。 （ ）

3．在燃气轮机动力装置中，由于压气机和气轮机中的摩擦都使循环功量减小，所以它们对循环热效率的影响是完全相同的。 （ ）

4．在燃气轮机动力装置中，由于压缩过程摩擦消耗的功量中有一部分转变为工质的火用，故火用效率比压气机的绝热效率高。 （ ）

5．工质在回热器中的吸热（或放热）是工质吸收（或放出）热量的一部分，所以在计算循环热效率时应计入循环的吸热量q 1(或放热量q 2) 。 （ ）

6．采用回热是同时达到提高吸热平均温度和降低放热平均温度的有效方法。（ ）

7．采用多级压缩、中间冷却的压气机和多级膨胀、中间再热的燃气轮机可提高整个燃气轮机装置循环的热效率。 （ ）

8．点燃式内燃机中热力过程可理想化成定容加热循环，而定容加热循环热效率随压缩比的增大而提高，故对于点燃式内燃机值取得愈大愈有利。 （ ）

9．在喷气式发动机理想循环中，燃气轮机所输出的功总是等于压气机所消耗的功量。（ ）

10．蒸汽-燃气联合循环具有较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度，循环热效率介于单纯的蒸汽动力循环和燃气轮机循环之间。 （ ）

二、思考题

1．试证明燃气轮机装置定压加热理想循环（图12-4）中采用极限回热（循环热效率的公式为 ）时，理想

ηt =1-T 1πT 3γ-1γ

2．燃气轮机装置定压加热理想循环中，压缩过程若采用定温压缩，则可减少压气机耗功量，从而增加循环净功。在不采用回热的情况下，这种循环1--3-4-1（图12-18）的热效率比采用绝热压缩的循环1-2-3-4-1是增高了还是降低了？为什么？

图 12-18 图 12-19

3．在图12-19所示的内燃机定容加热循环中，如果绝热膨胀过程不是在点4结束，而一直延续到与进气压力相等的点5（p 5=p1），试从T-s 图上比较循环1-2-3-4-1和1-2-3-5-1的热效率谁大谁小。

v 1

v 2) 的条件下，活塞式内燃机定容加热循环和燃气轮机ε= 4．试证明，在有相同压缩比(

装置定压加热循环有相同的热效率。

5．燃气轮机装置采用回热以提高循环热效率的前提是什么？活塞式内燃机能否采用回热措施来提高热效率？

6．燃气轮机装置循环和内燃机循环的热效率低于对应温度范围内卡诺循环热效率的原因何在？提高热效率的措施有哪些？

三、习 题

12-1 燃气轮机装置的定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压气机的温度t 1=27℃、

π=

压力p 1=0.1MPa，循环增压比 p 2=4p 1。在燃烧室中加入热量q 1=333kJ/kg，经绝热膨胀到p 4=0.1MPa。设比热容为定值，试求：（1）循环的最高温度；（2）循环的净功量；

（3）循环热效率；（4）吸热平均温度及放热平均温度。

12-2 上题中，为提高循环热效率采用极限回热，设T 4=T5，T 2=T6（图12-4）。试求具有回热的燃气轮机定压加热装置理想循环的热效率。

12-3 设上题装置中的压气机绝热效率为0.85，燃气轮机的相对内效率为0.90，求燃气轮机装置的实际循环效率。若采用极限回热，实际循环效率是否提高？

图12-20

12-4 具有回热的燃气轮机装置采用两级压缩、中间冷却和两级膨胀、中间再热(图12-

7) 。工质视为空气，经过每级燃气轮机和压气机的压力比为2。进入每级压气机时温度t 1=t3=27℃，初压p 1=0.1MPa。进入每级燃气轮机时温度t 6=t3=504.6℃，膨胀终压为

0.1MPa 。求在极限回热情况下，该燃气轮机装置理想循环的热效率，并与习题12-1的结果相比较。

12-5 两个内燃机理想循环，一为定容加热循环1-2-3-4-1，另一为定压加热循环1-4-1，如图12-20所示。已知下面两点的参数：

p1=0.1MPa t1=60℃

p3=2.45MPa t3=1100℃

工质视为空气，比热容为定值。试求此两循环的热效率，并将此两循环表示在p-v 图上。 12-6 一内燃机混合加热循环，工质视为空气。已知p 1=0.1MPa，t 1=50℃， -3-

ε=p v 1v =15, λ=3=1. 8, ρ=4=1. 3v 2p 2v 3，比热容为定值。求此循环的吸热量及循环热效率。 12-7 一内燃机混合加热循环，已知t 1=90℃, t2=400℃, t3=590℃, t5=300℃，如图12-9所示。工质视为空气，比热容为定值。求此循环的热效率，并与同温度范围内卡诺循环的热效率相比较（提示：根据各过程的熵变化量，先求出t 4）。

12-8 参见图12-19，求循环1-2-3-5-1的热效率，并比较循环1-2-3-4-1与循环1-2-3-5-1的热效率，1、2、3各点的状态参数与例题12-3中的数值相同。

12-9 以空气为工质实现卡诺循环。初态为p 1=0.1MPa、T 1=298K，循环中加入的热量q 1=780kJ/kg，循环最高温度为1772.4K 。试确定循环的最高压力和循环热效率，并将此循环表示在p-v 图及T-s 图上。应用热力学理论并以工程实用的观点与例题12-3所给的循环相比较。