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其实单纯的比较燃气轮机和活塞发动机的话,相对来说,前者的热效率会比较低。现在即使技术较为成熟的微型燃气轮机的热效率一般也就是32%左右。不过,燃气轮机的排气热量可以用作其他用途,比如热电联供。运用在汽车上,这部分热量可以在冬天给驾驶舱加热,还可以作为朗肯循环(Rankine cycle,将热能转化为功产生电力的循环)的热能供应,产生更多的电能。热电联供后,微型燃气轮机的发电综合热效率是要远远高于活塞式内燃机的,这也是它不断出现在汽车上的原因之一。
说了这么多优点,来讲讲燃气轮机的缺点吧。
运转时发动机内部温度极高,根据卡诺定理,高温热源和低温热源温度差越大,热机理论效率上限就越高。也因此人们费尽心思的提高燃气轮机的涡轮前温度。而究竟能到多高,就是冶金学和材料学的任务,目前美国的燃气轮机涡轮前温度可以达到1700K。而且在这种高温下,透平的转速也非常高,动辄十万rpm。也因此会带来成本和可靠性耐久性等问题。
经济工况区间非常狭窄,而且非经济工况的经济性达到了令人发指的程度,并且经济工况是在几乎全功率输出的时候才会出现。以美国M1A2坦克上装备的燃气轮机为例,据称其怠速工况下的油耗已经达到了全功率输出的8成以上。并且燃气轮机的瞬态响应很差,启动时还需要大量燃料。
历史上的尝试
单纯的说优缺点,似乎很难让大家想明白这个燃气轮机到底适合不适合在车上用,我想在没有实际尝试之前,工程师们也说不好这个问题。然而,实践是检验真理的唯一标准,人类疯狂的举动从来没有停止过。虽然你可能今天才知道,有搭载燃气轮机的汽车,可这种组合早就不是什么“新鲜玩意儿”了。
1950年,英国罗孚汽车造出了第一辆燃气涡轮驱动的汽车——JET1,从静止加速到97km/h花费了14s,最高时速150km/h,此时的燃气轮机转速在50000rpm左右。
克莱斯勒也曾经在这一项目上花了重金,造出了55台Chrysler Turbine Car。甚至还有50台给到公众手里试驾了一年多,最终这些车被克莱斯勒收回销毁,留下了9辆作纪念。说句题外话,这台车,真的是太美了。
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