熱效率（英文名：Thermal Efficiency），表示熱轉化為功的效率，即過程獲得的功除以投入此過程的熱量。燃氣輪機的熱效率為其凈能量輸出與按燃料的凈比能（低熱值）計算的燃料能量輸入之比。
熱效率是用來衡量燃料產生熱能有多少轉化為發動機輸出功率的參數。熱機循環有三個基本步驟：壓縮、加熱、膨脹做功。對大多數發動機循環來說，加熱過程都是通過在空氣中直接燃燒燃料來完成的。而在某些情況下，熱能可通過熱交換器引入空氣流中。然而，這在飛行器推進系統中鮮少應用，因為這樣會使發動機很重且結構很復雜。無論壓縮、加熱、膨脹做功采用哪種方式，其共同目標都是提高發動機熱效率，這就需要燃燒室出口壓力盡可能高。在燃料相同的情況下，出口壓力越高、尾氣溫度越低，熱效率就越高。熱效率可分為指示熱效率和有效熱效率兩種，指示熱效率是指發動機實際循環的指示功與所消耗燃料的熱量之比，有效熱效率是指燃料中所含的熱能轉變為有效功的份額。
2024年4月，由中國自主研制的全球首款本體熱效率53.09%的柴油機正式亮相。經過全球第三方權威認證機構認定，這款柴油機創造了當今世界內燃機領域最高的有效熱效率。按照中國柴油機保有量測算，與平均45%~46%熱效率水平相比，53%熱效率柴油機經濟性提升14%左右，每年可節約燃油3100萬噸，減少碳排放9700萬噸。
名稱定義
熱效率，表示熱轉化為功的效率，即過程獲得的功除以投入此過程的熱量。燃氣輪機的凈能量輸出與按燃料的凈比能（低熱值）計算的燃料能量輸入之比。
分類
以發動機為例，熱效率分為指示熱效率和有效熱效率：
（1）指示熱效率它是發動機實際循環的指示功與所消耗燃料的熱量之比，即（3-19）；
式中：—— 得到指示功所消耗的熱量，。
（2）有效熱效率有效熱效率是指燃料中所含的熱能轉變為有效功的份額。（3-20）；
式中：—— 機械效率。
有效熱效率是表示燃油發出的熱量轉變為有效功的程度，也是評定發動機經濟性的指標。
有效燃油消耗率也可用下式表示：（3-21）；
式中：—— 比例常數。
公式解析
公式
熱效率是用來衡量燃料產生熱能有多少轉化為發動機輸出功率的參數。同樣，假設一股氣流通過發動機并忽略燃料流量，熱效率的表達式可被簡化為式：
（12-3）；
這個表達式的分子部分還可表示為通過燃料釋放化學能輸入到發動機的熱量與被排出而未被利用的熱量的差值。如式（12-4）所示，其中C是空氣的比熱容（Van Wylen和Sonnntag，1978）：
（12-4）；
解析
從式（12-4）中可以看出，任何沒有用來提供推力的能量都是被浪費的。式（12-3）和式（12-4）都可以表示熱效率。
熱循環都有三個基本步驟：壓縮、加熱、膨脹做功。對大多數發動機循環來說，加熱過程都是通過在空氣中直接燃燒燃料來完成的。而在某些情況下，熱能可通過熱交換器引入空氣流中。然而，這在飛行器推進系統中鮮少應用，因為這樣會使發動機很重且結構很復雜。
效率原理
壓縮過程可通過很多方法來實現。早期發動機采用往復活塞式壓氣機，典型航空燃氣輪機中則采用旋轉壓氣機，而沖壓噴氣發動機（例如，Bomarc導彈發動機）在超音速飛行中，空氣壓縮過程是通過進口處系列激波完成的。在脈沖噴射發動機中（例如，德國V-1導彈“Buzz炸彈”），移動氣動波使空氣和燃料混合，并在燃燒過程中抑制其膨脹，所以通過這種方式可進行增壓。這幾種壓縮方法也常常相互結合。例如，在燃氣輪機中，氣流在進口段時可通過減速來增壓（超音速飛行中通過激波增壓），隨后再進入壓氣機中進行壓縮。
膨脹過程常常包括提取渦輪或活塞部件中的機械功以及尾氣加速噴出提供反推力等過程。渦輪中獲得的能量將被用于推動螺旋槳或者風扇持續工作。對于渦輪風扇發動機和小型渦槳發動機來說，當提取了足夠的機械功后，其壓力仍然足夠通過噴管提供高速氣流來增進推力。對沖壓噴氣發動機和脈沖噴射發動機來說，沒有機械功提取部件，推力都是通過尾噴管加速噴出尾氣獲得反推力的。
無論壓縮、加熱、膨脹做功采用哪種方式，其共同目標都是提高發動機熱效率，這就需要燃燒室出口壓力盡可能高。在燃料相同的情況下，出口壓力越高、尾氣溫度越低，熱效率就越高，這一點從式（12-4）中也可看出。舉個例子，對于燃氣輪機中的渦輪來說，壓力降低與溫度降低具有對應關系：
（12-5）；
這里對應尾氣成分及溫度給定、渦輪效率時，指數常數通常在4.8左右，這個大的常數值意味著，舉例來說，為使通過膨脹出口溫度降低10%，進口壓力就需要增加66%。式（12-5）中，溫度和壓力要給總參數值或者滯止參數值（氣流速度降為零時的值）。
效率提升
以高燃燒室出口壓力為例。
第一種方法是盡可能提高壓縮過程效率。進入壓縮過程的功大部分轉換為壓力提升，小部分未被利用的功由摩擦和氣動損失而轉換為廢熱。因此提高壓縮效率可有效增加出口壓力。
第二種方法是提高壓氣機或活塞壓縮部件的增壓能力。對常規燃氣輪機來說，這意味著要增加級數，對活塞發動機來說，則需要更高的沖程容積率，而對于其他壓縮裝置來說，則需要更高速度，從而產生更強的縱波或激波。
第三種方法是將以上兩種或更多方法結合起來，如在壓氣機中布置一個氣動增壓燃燒室。以上這些方法都存在增加結構重量及復雜性的問題，而且，對確定類型的發動機來說，壓力所能達到的最高值也有物理限制。例如，對給定尺寸的燃氣輪機來說，壓氣機級數不能無限制增加。因為當級數過多時，壓氣機葉片很小，黏性損失增高將使壓氣機效率非常低，同時又要增加重量，這是非常不值得的。
在活塞發動機中，壓縮和膨脹進程在同一裝置中進行，用來提供有用功的壓強不能得到全部利用?？梢詷嫿ㄟ@樣一種活塞發動機，使膨脹沖程長于壓縮沖程，這種巧妙設計不僅改善了發動機進氣效率，也使發動機膨脹比高于壓縮比，從而有效地提高發動機效率。該工作原理被稱為阿特金森循環（。然而，功率密度降低以及機械結構的復雜性限制了這種循環的應用。
對給定熱力循環，其壓縮量存在實際應用極限，即使是非常完美的壓縮過程，也會相當程度地增加空氣溫度。如果壓氣機出口壓強足夠高，其高壓級就可能需要冷卻，這會大大增加重量和結構的復雜性。此外，當燃燒溫度并非遠高于當前發動機的溫度時，限制的環境污染物會加速產生。最后，如果能開發出高于當前燃燒室溫度的材料和結構，燃料也將裂解，燃料部分熱值會丟失，盡管部分可在渦輪中重新復合但終究不是全部。
簡單地說，各種飛行器性能評估用的整個推進系統的效率等于推進效率和熱效率乘積，如下式所示。該式忽略了軸承、密封以及變速箱機械效率等，這些通常很接近100%。
運用實例
中國標準
以中國標準GB20665—2015、GB6932—2015的要求與試驗方法為例：
要求
條款號：GB20665—2015中4.2、4.3、4.4。中國標準《家用燃氣快速熱水器和燃氣采暖熱水爐能效限定值及能效等級》（GB20665—2015）中對熱水器熱效率的要求如下。
1）能效等級熱水器能效等級分為3級，其中1級能效最高。各等級的熱效率值不應低于表6-6的規定。表6-6中，為熱水器額定熱負荷和部分熱負荷（熱水狀態為50%的額定熱負荷，采暖狀態為30%的額定熱負荷）下兩個熱效率值中的較大值，為較小值。當在同一等級界限范圍內時判定該產品為相應的能效等級；如不在同一等級界限范圍內，則判為較低的能效等級。
2）能效限定值熱水器能效限定值為表6-6中能效等級的3級。3）節能評價值熱水器節能評價值為表6-6中能效等級的2級。
試驗方法
條款號：GB6932—2015中7.17。中國標準《家用燃氣快速熱水器》（GB6932—2015）中對熱水器熱效率試驗方法的規定見表6-7。
歐盟標準
EN26:2015的要求與試驗方法條，款號：7。歐盟標準《家用燃氣快速熱水器》（EN26:2015）中對熱水器熱效率的要求和試驗方法如下。
一般要求
6.1的通用條件適用。
點火燃燒器的熱負荷
1）要求常明火和點火燃燒器的熱負荷不應超過0.17kW。
2）試驗方法器具應連續供給其產品目錄的基準氣，并調節至相應的額定燃氣壓力。僅在點火燃燒器點燃并達到穩定狀態時驗證是否符合要求。
熱效率
1）要求額定熱輸入的效率不得低于：
①對于額定熱輸入超過10kW的熱水器，熱效率至少要達到84%；
②對于額定熱輸入沒有超過10kW的熱水器，熱效率至少要達到82%。如果正常試驗條件下，B型熱水器的熱效率超過89%，安裝說明書應說明目的國強制性的安裝規定，以避免排煙管中水蒸氣冷凝的風險。
2）試驗方法效率\(\eta_u\)由下列公式計算得到：
（6-7）或者（6-8）；
式中：
m——試驗過程中水的質量，單位為千克；
——水的比熱，取值為；
——水的溫升，單位為K；
——熱水器在試驗過程中使用的干燃氣（第一、第二和第三族燃氣）的體積，并修正至條件，單位為立方米；
——熱水器在試驗過程中使用的燃氣質量（第三族燃氣），單位為；
——干燃氣的低熱值，以體積為單位，單位為兆焦每立方米；以質量為單位，單位為兆焦每千克。在熱水器的進水口之前和出水口之后立即測量溫度，并采取一切措施確保測量設備不會產生任何熱損失。
熱效率的確定條件：熱水器供給基準燃氣，并根據6.1.6.6.2的a）進行調整；另外，試驗過程中的進水溫度范圍應控制在。
中歐標準差異分析
中國標準和歐盟標準中，熱水器熱效率的試驗方法基本相同，但中國標準中在熱效率試驗時，進水溫度范圍為（20±2）℃，而歐盟標準為（10±2）℃。
另外，中國的能效標準GB 20665—2015對熱水器額定熱負荷狀態和50%額定熱負荷狀態下熱效率的最低要求為86%和82%，而歐盟標準EN26:2015對熱水器額定熱負荷狀態下的熱效率最低要求為84%或82%，中國標準的要求高于歐盟標準。
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2024年4月，天津市舉辦的世界內燃機大會上了解到，中國燃機關鍵核心技術再次取得新突破，創造了新的柴油機熱效率世界紀錄。在本屆世界內燃機大會上，由中國自主研制的全球首款本體熱效率53.09%的柴油機正式亮相。經過全球第三方權威認證機構認定，這款柴油機創造了當今世界內燃機領域最高的有效熱效率。
熱效率是衡量內燃機燃油利用效率的重要指標，熱效率越高，油耗就越少。按目前中國柴油機保有量測算，與平均45%~46%熱效率水平相比，53%熱效率柴油機經濟性提升14%左右，每年可節約燃油3100萬噸，減少碳排放9700萬噸。
參考資料 >
創造新紀錄!突破關鍵核心技術難題 中國內燃機行業“站到”全球舞臺中央.創造新紀錄!突破關鍵核心技術難題 中國內燃機行業“站到”全球舞臺中央.2025-11-14
熱效率.術語在線.2025-11-09
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