参数设置
基于空气标准循环，假设空气比热 c_p = 1.005 kJ/(kg·K)。
T-s 图（温度-熵）
1→2 等熵压缩／2→3 定压加热／3→4 等熵膨胀／4→1 定压放热（细线=定压线 P_1, P_2）
压力比对热效率的影响 η(r_p)
横轴=压力比 r_p／纵轴=热效率 η（黄点=当前 r_p，当前 γ 下 η = 1 − 1/r_p^((γ−1)/γ)）
理论与主要公式
布雷顿循环是由压缩机、燃烧室和涡轮组成的燃气轮机的理想循环，以空气为工作流体的"空气标准循环"进行分析。
等熵压缩的温度比。用指数 (γ−1)/γ 表示：
$$\frac{T_2}{T_1} = r_p^{(\gamma-1)/\gamma}, \qquad \frac{T_3}{T_4} = r_p^{(\gamma-1)/\gamma}$$
热效率（理想循环）。仅由压力比 r_p 和比热比 γ 决定：
$$\eta = 1 - \frac{1}{r_p^{(\gamma-1)/\gamma}}$$
进热量（燃烧室）和净功（涡轮功 − 压缩机功）：
$$q_\text{in} = c_p (T_3 - T_2), \qquad w_\text{net} = c_p\bigl[(T_3 - T_4) - (T_2 - T_1)\bigr]$$
热效率随压力比单调增加，但实际机器中涡轮进口温度有上限，存在使净功最大的"最优压力比"。
什么是布雷顿循环
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喷气发动机和发电厂的燃气轮机，内部是什么循环在运行？
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就是布雷顿循环。简单说就是"压缩 → 燃烧 → 膨胀 → 排气"这4个过程反复进行。压缩机把空气压缩，燃烧室加热到高温，涡轮膨胀时取出功，最后排气到大气。上面的模拟器里的T-s图可以看到4个状态排成一个方形。
🙋
我注意到把压力比滑块拉高，效率就上升。这个可以无限提高吗？
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从理论上讲，热效率 η = 1 − 1/r_p^((γ−1)/γ) 确实随压力比单调增加，趋向 1。但实际情况不是这样。压力比越高，压缩机出口温度T_2越高，这样燃烧室能投入的温度差（T_3 − T_2）就越小，净功反而减少。也就是说"效率最大"和"功率最大"是两个不同的最优点。试试用模拟器把r_p从4扫到50，同时看w_net（净功）这个卡片。
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理想循环的热效率只由r_p和γ决定，但净功w_net直接取决于涡轮进口温度。温度越高，膨胀时能取出的焓差越大，相同流量下获得的功率就越大。燃气轮机的整个发展史，说白了就是研发能耐受更高温度的叶片材料、冷却技术和热障涂层的历史。最新的航空发动机涡轮进口温度已经超过1700℃了。
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最根本的区别是工作流体和相变。布雷顿循环全程只用气体，定压加热和定压放热。朗肯循环用液态水和蒸汽的相变，需要锅炉和冷凝器。燃气轮机启动快、容易小型化，但排气温度高，热量浪费。把排气热用蒸汽轮机回收就是"联合循环发电"，总效率可以超过60%，这是现代高效火电的主流。
常见问题
在空气为理想气体、比热不变、压缩和膨胀过程无损失（等熵）、燃烧为定压过程的"空气标准循环"假设下，热效率严格等于 η = 1 − 1/r_p^((γ−1)/γ)，仅由压力比 r_p 和比热比 γ 决定。但实际机器中存在翼的损失、燃烧压降、空气泄漏等因素，相同压力比下实际效率比理论值低5～15个百分点。
在涡轮进口温度T_3固定的条件下，使净功 w_net = c_p[(T_3−T_4) − (T_2−T_1)] 最大的压力比。设 τ = T_3/T_1，则最优压力比为 r_p,opt = τ^(γ/(2(γ−1)))。例如τ=5（T_1=290，T_3=1450）、γ=1.4时，r_p,opt ≈ 11.2。注意效率最大的压力比不同，压力比越高效率越高。
航空用强调推力重量比，追求高压力比（最新型超过50:1）和轻量化。发电用强调燃油效率和耐久性，压力比相对较低，但通过联合循环提高总效率。航空代表有CFM56、GE90，发电用有GE 9HA、三菱动力M501J等。发电用需要数千小时连续运行，维修性是重要设计因素。
回热式布雷顿循环利用涡轮排气的热预热压缩机出口空气。这仅在T_4 > T_2时有效，通常在低压力比情况下成立。回热器加入后，效率变为 η_regen = 1 − (T_1/T_3)·r_p^((γ−1)/γ)，在低压力比区间效率大幅提升。微型燃气轮机和高效热电联产系统常采用这种形式。
布雷顿循环的四个过程与热效率
布雷顿循环是燃气轮机与喷气发动机的理想循环，由四个过程组成。
- 绝热压缩：压气机将空气升压（压力比 $r_p=p_2/p_1$）。
- 等压加热：在燃烧室中燃烧燃料加热（压力不变，温度升高）。
- 绝热膨胀：在涡轮中膨胀对外做功。
- 等压放热：排气放出热量（压力不变）。
热效率 $\eta = 1 - \dfrac{1}{r_p^{\,(\gamma-1)/\gamma}}$
$r_p$ 为压力比，$\gamma$ 为比热比。压力比越高效率越高。但压力比升高会使净功趋于平稳乃至下降，故存在兼顾功率与效率的最佳工作点。实际机组通过回热（排热回收）、再热、中间冷却提高效率。
开式循环与应用
实际燃气轮机大多为开式循环，即以向大气排气取代放热过程。由于结构紧凑、功率密度高、启动迅速，广泛用于航空发动机（喷气）、发电用燃气轮机以及联合循环发电（用燃气轮机排热驱动蒸汽轮机）。效率随涡轮进口温度升高而提升，故耐热材料与冷却技术是关键。在本模拟器中可改变压力比与温度，考察效率与净功之间的关系。
实际应用
航空喷气发动机：涡喷机、涡扇机、涡桨机都遵循布雷顿循环基本原理。压缩机、燃烧室、涡轮是核心，区别在于如何输出动力——是作为喷气流的动能还是转轴的转矩。最新涡扇发动机实现了50:1级压力比、1700℃以上涡轮进口温度和70%以上推进效率。
发电用燃气轮机：以天然气为燃料的电厂核心机组，因启动快、负荷追随性好而在电网需求波动时发挥重要作用。排气热经蒸汽轮机回收的联合循环发电（CCGT）总效率超过60%，是当代火电的主流形式。
机械驱动与管道压缩机：远距离天然气管道的中继压缩机和海上石油平台的大型泵驱动常用独立燃气轮机，无需依赖电网可在偏远地区提供大功率。
微型燃气轮机与分布式电源：30～300kW级小型燃气轮机配合回热器用于热电联产（CHP），商业楼、医院、工厂广泛应用。低压力比（4～5）加回热器设计可达电气+热能总效率超80%。
常见误区与注意事项
最容易犯的错误是认为"压力比越高发动机功率越大"。虽然热效率 η 随r_p单调增加，但净功 w_net 呈山形曲线，存在峰值。超过最优点后压缩机消耗的功增长快于涡轮输出增长，净功反而下降。用模拟器从4扫到50时看w_net卡片数值，后期会逐渐降低。明白"效率最大"和"功率最大"是两个优化问题很重要。
其次要认识本模拟器计算的是"理想空气标准循环"的效率，与实际发动机效率有差距。实际压缩机效率85～90%、涡轮效率88～92%、燃烧压损3～5%、空气泄漏等因素使得实际效率比理论值低5～15个百分点。比如理想计算η=50%的设计，实际运行可能只有40%左右。发动机产品手册的"效率"已经包含了所有这些损失。
最后要注意γ（比热比）恒定假设的局限。常温空气γ≈1.40，但高温燃烧气体γ≈1.30会下降。模拟器中γ从1.20到1.50变化时效率卡片变化很大。实际精密性能预测需要"冷端γ"和"热端γ"分别处理的"变比热分析"，模拟器结果作为概算够用，精确设计要层层递进——理论循环→损失修正→实测校准，这是工程设计的标准流程。