水蒸汽喙轮发动机实际热效率（与贝茨极限的吻合性分析 ）

蒸气喙轮发动机适应于所有蒸汽，包括水蒸气，但喙轮发动机技术不主张用水蒸气作为其工质，因为产生水蒸气需要消耗矿物能源（石油或煤等）或核能，无论是矿物能源还是核能，都是不可再生的非绿色能源，并且会造成严重的环境污染和安全风险。

我们把产生水蒸气的装置叫作锅炉，所谓锅炉就是热源侧温度高于一定温度（如300℃）的换热器或者叫蒸发器。从热力学的角度上说它与普通蒸发器没什么两样，都是热量从高温侧向低温侧传递的热力学过程。

锅炉的官方定义是：锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。其本质就是利用高温侧（一般大于300℃）的流体（火焰）加热、蒸发低温侧的工质，一般是30-150℃之间的水。

热源侧温度低于300℃的蒸发器就叫蒸发器，其本质也是利用高温侧的流体（例如温度高于-40℃的空气）加热、蒸发低温侧的工质（例如温度低于-48℃的R14或温度低于-148℃的液氮等等）。

可能有人会说，你那个低于-48℃或-148℃的低温工质哪来？所有发动机，在对外做功后，其工质温度都会降低甚至液化，例如300℃的水蒸气通过凝汽式汽轮机做功后，其温度会降低到55℃左右，其蒸汽液化率也能达到30%左右。这已经不是什么高深的技术问题，而是一个普通的技术常识性问题，我们之所以将其视为神秘的技术问题，是因为我们的科技普及率太低，或者只把科技当作一个口号性名词，而没有真正尊重什么是“科技”。

喙轮发动机也一样，通过做功后，R14蒸汽可以从-48℃降低到-120℃以下，R728蒸汽可以从-148℃降低到-200℃以下。

下面就以水蒸气为例，说明喙轮发动机的适应能力。

以1.0kg水蒸汽（R718）为例：

1.系统所具有的压力势能：

其蒸发温度T1=280℃，蒸发压力P1=6.4166MPa，进口蒸汽比容为V1=0.0302m3/kg；

出口温度T2=80℃，出口压力P2=0.0474MPa(用真空泵抽出蒸汽直接排空)，出口蒸汽比容为V2=3.4052m3/kg。

则，系统可提供的压力势能：

Ep=1.0*(P1-P2)*(V2-V1)=1.0*(6.4166-0.0474)*10^6*(3.4052-0.0302)=21496050焦耳。

2.系统可参与转化的蒸汽总焓：

其蒸汽进口焓h1=2779.8667kJ/kg，出口液体水焓h2=335.0124kJ/kg（假如100%液化）；

则，系统可参与转化的总焓Eh=1.0*（h1-h2）=1.0*(2779.8667-335.0124)*1000=2444854焦耳。

3.系统极限转化比例：

系统能提供的实际转化比例ηs=Eh/Ep=2444854/21496050=11.38%（非热效率）；

因此，实际转化比例ηs远小于贝茨极限59%。即使是从压力势能转化为动能的极限是59%，再从动能转化为机械能的极限也是59%，其总转化效率极限也是0.59*0.59=34.81%，其ηs也低于34.81%。

4.喙轮发动机系统的实际热效率

在上述3中的范围内，喙轮发动机所能实现的有效机械能Ej=1.0kg*1990568焦耳/kg=1990568焦耳；

得到此机械功时的直接液化率约88%左右，减去二次蒸发和泄漏蒸汽后的实际液化率约80%左右。由于锅炉系统需要除氧，这部分废蒸汽（低于20%）可以直接排空。

实际有效热效率ηj=Ej/Eh=1990568/2444854=81.42%（具体含义见“有效热效率”的官方定义）。其中已经扣除了残余蒸汽增压（真空泵）和水循环等所耗功率约5%左右。

锅炉、蒸发器图组