第十章 气体动力循环

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第十章 动力循环

第十章  动力循环

1
p4 p1
T4 T1 T T T 4 1 1 p3 p 2 T3 T2 T3 T2 T2
注意:式中T1、T2并非指高温 热源,低温热源。
T1 1 t 1 1 T2 1

33
二、具有回热的燃气轮机循环
工作原理
34
讨论
1) q1回 c p T3 T7
式中 h1、h2——汽轮机入口蒸气与乏汽的焓; h6、h8——第一、第二次抽汽的焓; h7、h9——第一、第二次抽汽压力下饱和水的焓; h3——乏汽压力下凝结水的焓。
例题10-1
13
二、再热循环
再热循环的目的 再热可以增加蒸汽的干度,以便在初温限制下采用更高的初压, 从而提高循环热效率。通常一次再热可使热效率提高 2%~3.5%。
一、回热循环
回热循环的目的提高进入锅炉的凝结水的温度,从而提 高循环的平均吸热温度。 1、 极 限 回 热 循 环
极限回热循环1-2-3-4-1等效于卡诺循环1-2’-3’-4-1。
11
2、抽气回热循环
12
二级回热循环热效率:
t
0
q1
h1 h6 1 a1 h6 h8 1 a1 a2 h8 h2 h1 h7
14
再热循环热效率:
q1 q2 h1 h3 h1' h6 h2' h3 t q1 h1 h3 h1' h6

h1 h6 h1' h2' t h1 h3 h1' h6
31
1-2 等熵压缩(压气机内)
p2 ——循环增压比 p1

朗肯循环

朗肯循环

抽汽 给水 冷凝水
α kg 6 5 4
混合式回热器
22
抽汽式回热
蒸汽抽汽回热循环
T 1kg 6 kg 5 (1- )kg 4 3 2 s 1kg 5 1 a
α kg 6 5 4 3 (1-α )kg 1 1kg
a
2
由于 T-s 图上各点质 量不同,面积不再 直接代表热和功
a kg (1- )kg 4 23
41
2、混合加热理想循环(萨巴德循环)
分析循环吸热量,放热量,热效率和功量 p
3 4
T
3 5 1 2
4 5
2
1
v
s
42
3、定义几个指标性参数
p
3 4
压缩比
2
5 1
定容增压比 预胀比
43
v
4、理想混合加热循环的计算
吸热量 T
3
4
5
放热量(取绝对值)
2
1
热效率
s
44
理想混合加热循环的计算
热效率
45
2 2’
p0 0
1 V
40
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油,边膨胀 近似 p 膨胀 p 3 4
t4可达1700~1800℃ 4 停止喷柴油 4—5 多变膨胀 p0 0 p5=0.3~0.5MPa t5500℃ 5—1’ 开阀排气, V 降压
2 2’
5 1’ 1 V
1—0 活塞推排气,完成循环
2 3
发电机 34 给水泵 s 压缩
41 锅炉
凝汽器
p 吸热
郎肯循环
10
给水泵
郎肯循环p-v图
p 4 1 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 34 给水泵 s 压缩

气体动力循环

气体动力循环
书P277页例10-1
§10–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一.压缩比相同,吸热量相同时的比较
q1v q1m q1 p
q2 v q2 m q2 p
得 T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
1 t 1 1 1 1
讨论:
a) t
b) t
c) t
v1 二、定压加热理想循环 —Diesel cycle v2 v1 v3 v2 v2
二. 实际工作循环的抽象与简化
简化原则为:
(1)不计吸气和排气过程,将内燃机的工作过程看作是 气缸内工 质进行状态变化的封闭循环。 (2)把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程,
并认为2-3是定容加热过程,3-4是定压加热过程。
(3)略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量 交换,近似地认为是绝热过程。
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
分类: 按燃料:煤气机(gas engine)
汽油机(gasoline engine; petrol engine)
柴油机(diesel engine) 按点火方式:点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine) 按冲程:二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
气体而增大。
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1 v2
p3 p2
热效率
q1 cV T3 T2

v1 v2
q2 cV T4 T1

第十章气体动力循环

第十章气体动力循环

第⼗章⽓体动⼒循环第⼗、⼗⼀、⼗⼆章热⼒装置及其循环⽓(⽓体动⼒循环、蒸汽循环、制冷循环、热泵循环)⽓体动⼒循环⼀、⽬的及要求了解各种内燃机的热⼒过程,掌握朗肯循环的热⼒循环过程,了解制冷循环及热泵循环的热⼒过程。

⼆、内容:10.1分析动⼒循环的⼀般⽅法10.2活塞式内燃机实际循环的简化10.3活塞式内燃机的理想循环10.4活塞式内燃机各种理想循环的热⼒学⽐较10.5燃⽓轮机装置循环10.6燃⽓轮机装置的定压加热实际循环10.7简单蒸汽动⼒装置循环――朗肯循环10.8再热循环及回热循环10.9制冷循环概况10.10压缩空⽓与压缩蒸汽制冷循环10.11制冷剂的性质10.12热泵循环三、重点及难点:10.1掌握各种装置循环的实施设备及⼯作流程。

10.2掌握将实际循环抽象和简化为理想循环的⼀般⽅法,并能分析各种循环的热⼒过程组成。

10.3掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算的⽅法。

10.4会分析影响各种循环热效率的因素。

10.5掌握提⾼各种循环能量利⽤经济性的具体⽅法和途径。

四、主要外语词汇:sabeander cycle, diesel cycle, otto cycle, spark ignition, brayton cycle, gas turbine, rankine cycle, vapor, air standard assumptions, refrigerator cycle, heat pump cycle五、本章节采⽤多媒体课件六、复习思考题及作业:1、试以活塞式内燃机和定压加热燃⽓轮机装置为例,总结分析动⼒循环的⼀般⽅法。

2、活塞式内燃机循环理论上能否利⽤回热来提⾼热效率?实际中是否采⽤?为什么?3、燃⽓轮机装置循环中,压缩过程若采⽤定温压缩可减少压缩所消耗的功,因⽽增加了循环净功,但在没有回热的情况下循环热效率为什么反⽽降低,试分析之。

4、⼲饱和蒸汽朗肯循环与同样初压下的过热蒸汽朗肯循环相⽐较,前者更接近卡诺循环,但热效率却⽐后者低,如何解释此结果?5、各种实际循环的热效率,⽆论是内燃机循环、燃⽓轮机装置循环或是蒸汽循环肯定地与⼯质性质有关,这些事实是否与卡6、蒸汽动⼒循环中,在动⼒机中膨胀作功后的乏⽓被排⼊冷凝器中,向冷却⽔放出⼤量的热量q2,如果将乏汽直接送⼊汽锅中使其再吸热变为新蒸汽,不是可以避免在冷凝器中放⾛⼤量热量,从⽽减少对新汽的加热量q1,⼤⼤提⾼热效率吗?这样的想法对不对?为什么?7、压缩蒸⽓制冷循环采⽤节流阀来代替膨胀机,空⽓制冷循环是否也可以采⽤这种⽅法?为什么?8、压缩空⽓制冷循环采⽤回热措施后是否提⾼其理论制冷系数?能否提⾼其实际制冷系数?为什么?作业:10-2,10-3,10-7,11-2,11-4,11-6,12-3,12-5第⼗章⽓体动⼒循环在学习本章过程中需要掌握三个问题:1)余隙容积对压⽓机产⽣什么影响?2)压缩⽐π的影响如何?如有⽭盾采⽤什么⽅法解决?3)请说明多级压缩级间冷却原理?§10-1 分析动⼒循环的⼀般⽅法动⼒装置,制冷装置和热泵装置统称为热⼒装置。

14气体动力循环

14气体动力循环
循环的吸热量为
循环放热量
循环的热效率
为了分析影响理想循环热效率的因素,将热效率计算式作一些推演可得
上式表明,布雷顿循环的热效率取决于循环增压比
,且随着 的增大而提高。
对于增压比的选择,还应考虑它对循环净功 的影响。布雷顿循环的净功量可用两种方法求得,即

引入反映循环特性的另一个参数——循环增压比 ,同时利用定熵过程1-2,3-4参数间的关系,得
,则这种理想情况称为极限回热。极限回热虽然对提高装置的内部效率最为有利,但由于传热必须有温差,因此无法实现。我们用回热度 来表示世纪的回热程度,其定义为实际回热量与理想极限回热量的比值,即 ,通常 。
在对采用回热措施的循环进行能量分析和计算时,要注意吸热过程、放热过程初、终态的变化,
至于计算方法与不采用回热时相同。
课目
气体动力循环
讲次
14
学时
2
教学方式
讲授
地点
教学目的
理解往复式内燃机的动力循环;
掌握内燃机三种理想循环的比较及循环的平均压力。
教学重点
内燃机三种理想循环的比较
教学难点
内燃机三种理想循环的比较
教学方法与段
课堂讲授
多媒体教学
教学保障要求
多媒体教学设备一套
教学过程设计
时间分配:
复习巩固3min
导入新课2min
讲 稿 正 文
批注
内 容 小 结
三种理想循环的组成。
影响热效率的因素,提高热效率的基本原则。
三种理想循环的比较。
图10-6级具有回热的燃气轮机装置的实际循环。分析图10-6a所示的实际循环 ,注意到燃气轮机排气温度 通常总是高于压气机出口温度 循环加热和放热过程的温度变化范围有交叉。利用这个温度交叉,增设回热器,进行内部回热,就可以达到提高循环平均吸热温度和降低循环平均放热温度的目的,从而提高循环的热效率。

《气体动力循环》课件

《气体动力循环》课件

3
卡诺循环定理
热机工作最高效率与温度之间的关系可以通过卡诺循环来表达。
涡轮机
单级涡轮机
利用单一的轮盘(旋转的部件)和静子(静止 的部件)转换压缩气流为动能或反之。这种设 计可用于航空发动机、小型电站和低效率发动 机。
多级涡轮机
使用多个轮盘和静子提高效率,但需要更多的 空间和重量,和更昂贵的制造成本。
气体动力循环
本课程将介绍气体动力循环及其设计过程。我们会深入探讨现代热力学与涡 轮机技术之间的相互作用,同时讨论若干案例研究。
热力学定律
1
热力学第一定律
能量守恒定律。它表明,在任何一个系统中,能量不能被创造或消失,只是在转化的过程中 产生能量交换。
2
热力学第二定律
热量只能从高温区流向低温区,这种现象被称为热量的不可逆性。
热交换器
热交换器帮助将空气和热能传输到另一个容器中, 在各种情况下提高了效率和性能。
气体动力循环的性能与措施
1 热力系统的性能分析
对气体动力循环的性能进行综合评估,考虑 功率、效率、节能和环境等因素。
2 节能措施
节能措施通常包括降低系统内能量损失、增 加能量利用效率和改进热交换性能等措施。
3 性能指标计算方法
不同类型的热力循环
卡诺循环
卡诺循环是工程中最重要的热力学概念之一,它是 一种完全可逆的热力学过程。
布雷顿循环
是一种常用的气体动力循环,广泛应用于燃气轮机、 航空发动机和工业应用。
斯特林循环
斯特林循环是另一种常用的气体动力循环,主要用 于制冷、加热和转换工作。
燃气轮机
1
工作原理
燃气轮机是通过将压气机所吸入的空气
提供实现气体动力循环的一些计算方法和公 式。

十章动力循环

十章动力循环
第十章 动力循环
第十章 动力循环
本章主要内容: 蒸汽动力循环和燃气动力循环的构成、特
点及提高这两类动力循环热工性能的途径。
本章基本要求:
1 朗肯循环构成、原理、性能计算、提高性能的措施 2 回热循环、再热循环的构成、原理、性能计算 3 热电循环的特点及构成、工作原理 4 内燃机循环、燃气轮机循环的构成及性能计算
h1 h3'
h1 h3
0.8~1%,可忽略, h3’=h3
t
w0 q1
q1 q2 q1
t

w0 q1

q1
q2 q1
h1 h3' h2 h3 h1 h2 h1 h3'h2 h3 h1 h2
h1 h3'
h1 h3
完成循环
四冲程汽油机
四冲程汽油机实际循环的理想化
1. 工质
p3
定比热理想气体
工质数量不变
p-V图p-v图
2
2. 没有排气与吸气 开口闭口循环
3. 燃烧外界加热
p0 0
4 1
4. 排气向外界放热
V
5. 膨胀、压缩 多变绝热
6. 不可逆可逆
定容加热循环(奥托Otto循环)
3
p
T
3
2
4
1
3. 燃烧外界加热
p0 0
4 1
4. 排气向外界放热
V
5. 膨胀压缩 多变绝热 6. 不可逆可逆
定压加热循环(狄塞尔Diesel循环)
p
3
2
T
3
n=0
4
2 4
1
1
v
n=∞ s
1 2 :定熵压缩 3 4 :定熵膨胀

工程热力学ch10-11 气体动力循环

工程热力学ch10-11 气体动力循环

熵分析法 分析法
熵产 火用损失
作功能力损失 火用效率
内部热效率i(internal thermal efficiency )
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比
i
wnet ,act q1
T wnet
q1
Tt

t
wnet q1
与实际循环相当的内可逆循环的热效率

T
wnet,act wnet
按冲程:二冲程 (two-stroke ) 四冲程 (four-stroke )
活塞式内燃机简介(internal combustion engine)
分类——
按燃料:煤气机 汽油机 柴油机
按点火方式:点燃式 压燃式
按冲程:二冲程 四冲程
有余隙
活塞式内燃机循环特点
实际工作循环的抽象与简化: 1. 把实际开式循环抽象成闭式的以空气为工质的理想循环; 2. 把定容及定压燃烧加热燃气的过程简化成工质从高温热源可逆定
揭示能量利用的完善程度与影响其性能的主要因素,给出评价和 改进装置热力性能的方法与措施。
第一节 循环分析的目的与一般方法
分析循环的目的:
在热力学基本定律的基础上分析循 环过程中能量转换的经济性,寻求提高 经济性的方向及途径。
分析循环的方法与步骤
1、将实际循环抽象和简化为理想循环 任何实际热力装置中的工作过程都
定容吸热
等熵膨胀
等熵压缩
定容吸热
等熵膨胀

等熵压缩
定容放热



混合加热理想循环的热效率
t
wnet q1
wnet q1 q2
q1 q23 q34 ? ?
q2 q51 ?

工程热力学与传热学 第十章 气体动力循环

工程热力学与传热学 第十章 气体动力循环

在斯特林循环中,在定容吸热过程2-3中工质从回热器中吸收的
热量正好等于定容放热过程4-1放给回热器的热量。经过一个循环
回热器恢复到初始状态。 可以证明:在相同的温度范围内,理想的定容回热循环(斯特 林循环)和卡诺循环,具有相同的热效率。
斯特林循环的突出优点是热效率高、污染少,对加热方式的适
应性强。随着科技的发展以及环境保护日益为人们所重视,斯特林
同样可以证明:在相同的温度范围内,理想的定压回热循环( 艾利克松循环)和卡诺循环,具有相同的热效率。 理想回热循环(斯特林循环和艾利克松循环)通常称为概括性 卡诺循环。实践证明,采用回热措施可以提高循环热效率,也是余 热回收的一种重要节能途径。
本章小结
1。气体动力循环的基本概念 1)内燃机的特性参数:
P 3 2 4
0-1:吸气过程。由于阀门的阻力,吸入气缸内
空气的压力略低于大气压力。
1-2:压缩过程 2-3-4-5:燃烧和膨胀过程
5 6
燃烧可分为定容过程和定压过 程
1
Pb
0
5-6-0:排气过程
V
P 3 2 4
简化原则为:(1)不计吸气和
排气过程,将内燃机的工作过程 看作是气缸内工质进行状态变化 的封闭循环。
3 - 4为定压加热过程:
T4 v4 T3 v3 T4 T3 T1 k 1;p4 p3 p1 k
v1 v2
p3 p2
v4 v3
4-5为定熵过程,5-1及2-3为定容过程,因此有:
T5 v 4 k 1 v 4 k 1 v 4 v 2 k 1 k 1 ( ) ( ) ( ) ( ) T4 v5 v1 v3 v1
2-3:定容吸热; 4-5:绝热膨胀;

工程热力学第十章 动力循环

工程热力学第十章 动力循环
第十章 动力循环
精品文档
第一节 蒸汽动力基本循环——朗肯循环
一、装置与流程 朗肯循环的蒸汽动
力装置包括锅炉、 汽轮机、凝汽器 和给水泵四部分 主要设备。
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3‘-4-5-1水在蒸汽锅炉中定压加热变为过热 水蒸气
1-2过热水整齐在汽轮机内定熵膨胀 2-3湿蒸气在汽轮机内定熵膨胀 3-3’凝结水在水泵中的定熵压缩
吸热量 q 1 c v ( T 3 T 2 ) 放热量 q 2 c v ( T 4 T 1 )T4 T1) 1T1(T4T11)
cv(T3T2)
T2(T3T21)
精品文档
v3=v2,v4=v1,故
T2 T1
vv12
1
1
T3 T4
vv34
T2 T3 , T1 T4
精品文档
1、提高平均吸热温度的直接方法是提高蒸汽压 力和温度。
精品文档
2、降低排汽温度。
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第二节 回热循环与再热循环
一、回热循环 1、极限回热循环
精品文档
2、抽汽回热循环
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效率计算
a1 (1 a1 ) 1
a1h6 (1 a1 ) h9 h7
a1
h7 h6
h9 h9
T4 T3 T1 T2
t
1 T1 T2
1 1
T2 T1
1
1
v1 v2
1
1
1 k1
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v1 v2
称为压缩比,是个大于1的数,表示工质在燃烧前被压 缩的程度。压缩比越高,内燃机的热效率也越高。一般 的汽油机压缩比为7~9
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二、定压加热循环
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工质吸热、放热和循环热效率:
T4 T3 , T1 T2

工程热力学(第三版)习题答案全解第十章可打印

工程热力学(第三版)习题答案全解第十章可打印

= T2
+ q1 cV
= T2
q1 cp /κ
= 774.05K +
650kJ/kg
1.005kJ/(kg ⋅ K)/1.4
= 1679.52K
p3
=
RgT3 v3
=
287J/(kg ⋅ K)×1679.52K 0.08844m3/kg
=
5.450MPa
v4 = v1
p4
=
p3
v3 v4
κ
=
的温度和压力;(2)循环热效率,并与同温度限的卡诺循环热效率作 比较;(3)平均有效压力。
解:(1)各点的温度和压力
v1
=
RgT1 p1
=
287J/(kg ⋅ K)× (35 + 273.15)K 100×103 Pa
=
0.8844m3/kg
v2
=
v1 ε
=
0.8844m3/kg 10
=
0.08844m3/kg
=
v1 v2
= 15 ,
定容升压比 λ = p3 = 1.4 ,定压预胀比 ρ = v4 = 1.45 ,试分析计算循环
p2
v3
各点温度、压力、比体积及循环热效率。设工质比热容取定值,
cp = 1.005kJ/(kg ⋅ K) , cV = 0.718kJ/(kg ⋅ K) 。
解: Rg = cp − cV = 1.005kJ/(kg ⋅ K) − 0.718kJ/(kg ⋅ K) = 0.287kJ/(kg ⋅ K)
=
4.431×106 Pa × 0.0637m3 / kg 287J/(kg ⋅ K)
= 983.52K
v3 = v2

10章:气体动力循环

10章:气体动力循环

T4 T3
v4 p4
q 1p cp
1985 K
R g T4
0.055 m 3 / kg
v4 1.42 v3
点5: v5 = v1 = 0.562 m3/kg
v4 p 5 p 4 ( ) 0.398 MPa v5 p5 v5 T5 779 K Rg
q2 cv (T5 T1 ) 320kJ / kg wnet q1 q2 580kJ / kg
通过上述简化,实际循环可理想化为以空气为工质的 可逆循环,且按加热方式可分为: Otto循环(定容加热) Diesel循环(定压加热) Sabathe循环(混合加热) 有效压力:
这三种循环的图示 见下节相关内容。
循环净功 循环净功 MEP = 活塞排量 活塞面积 冲程
(10-2)
当两个相同尺寸发动机比较时,MEP大的比MEP小的 可产生更多净输出功。
3
4
10-6
埃里克森(Ericsson)循环
Regenerator QP
1-2 T 压缩
3 4
1
2
2-3 p 吸热
3-4 T 膨胀
4-1 p 放热
Isothermal compressor QL QH Isothermal turbine
埃里克森循环图示
p
2
3
T
3
4
2 1 4 v
1
s
特点:1、概括性卡诺循环; 2、可以用活塞式,实现外燃(可用价廉易得燃料)。 两个等温吸放热过程可以通过再热和间冷去近似。
i tT coT
其中:ηc为卡诺循环热效率;
(10-1)
ηt为内部可逆循环的热效率,

工程热力学讲义第十章

工程热力学讲义第十章

wnet ,act q1
wnet t q1 t o c
T
以燃气为高温热源,环境为低温热源时卡诺 循环的热效率。 与实际循环相当的内可逆循环的热效率。 相对热效率(relative thermal efficiency), 反映该内部可逆循环因与高、低温热源 存在温差(外部不可逆)而造成的损失。
点1:v1
R g T1 p1
287 J /(kg K ) 333 .15 K 3 0 . 562 m / kg 6 0.17 10 Pa
14.5
点2:v v1 0.562 m 3 / kg 0.0387 m 3 / kg 2

21
1-2是定熵过程,有
v1 p 2 p1 v 2 k 1. 4 p 0 . 17 MPa 14 . 5 7.18 MPa 1
点5: v5 v1 0.562 m 3 / kg
v4 p5 p 4 v 5 0.055 m / k g 0.562 m 3 / k g 10 .3MPa
3 k 1. 4
0.398 MPa
q2 cV (T5 T1 ) 0.718 kJ /(kg.K ) (779 K 333 K ) 320 kJ / kg
11
p1
2.循环热效率
wnet t q1
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 c p T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
T5 T1 q2 t 1 1 T3 T2 T4 T3 q1
18
v1 v2 p3 p2

十气体动力循环精梳版.ppt

十气体动力循环精梳版.ppt

(2)采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环
采用多级压缩中间冷却,可使压缩终了温度降低。而采用 多级膨胀中间再热,可使膨胀终了温度提高。这两方面都可 使回热的温度范围大为扩展,从而提高平均吸热温度及降低 平均放热温度,使循环热效率得到较大的提高。
结构复杂,体积较大,因而常单独采用多级压缩中间冷却, 或采用多级膨胀中间再热。
第十章 气体的动力循环
Gas power cycles
§10–1 分析动力循环的一般方法
一.分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化
的经济性,寻求提高经济性的方向及途径。
• 二.分析动力循环的一般步骤 • 1)实际循环(复杂不可逆) • 抽象、简化 , • 影响经济性的主要因素和可能改进途径 • 指导改善实际循环 • 2)分析实际循环与理论循环的偏离程度,找出实际 • 损失的部位、大小、原因及改进办法。
T1
)
1
c,
s
c p0 (T3
T1 )
c p0 (T2
T1
)
1
c,
s
T2 T3 ( 1) /
T1 T4
t
( 1) /
T
1
c, s
1
( 1) /
1
1
c, s
升温比
可见:① (T3) t
②当 、 c、,s 一T定 时,随着增压比 的提高,循
环热效率有一个极大值。
③ c,s , T t
T1 p1
p4
T4
循环加热量: q1 h3 h2 cp0 (T3 T2 )
循环放热量: q2 h4 h1 c p0 (T4 T1)
(二)循环热效率:
t
1

华科热力学第10章 气体动力循环

华科热力学第10章 气体动力循环

Air-Standard Assumptions
• Air continuously circulates in a closed loop and behaves as an ideal gas • All the processes are internally reversible • Combustion is replaced by a heat-addition process from the outside • Heat rejection replaces the exhaust process • Also assume a constant value for Cp, evaluated at room temperature
⑵对实际气体动力循环所作的理想化处理
① 实际气体动力循环中的工质有时是空气,但主要是 燃气,而且在循环的不同过程中成份不同 燃气的热物性与空气相近,理论分析中 视工质为类似于空气的某种定比热容理想气体 ② 实际装置的工作循环是开放式的,每个工作循环后 均将废气排弃,更换新的工质 理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程

th , Carnot
TL 1 TH
提高循环效率的途径:
提高循环中工质的平均吸热温度
降低循环中工质的平均放热温度 减少循环不可逆因素: 散热,泄漏 内部摩擦,外部温差传热
热怎 效样 率提 ?高 循 环 的
Carnot Cycle is not a good model for most things
k
④ ⑤
定义
定容升压比
P3 P2
由式②、③、⑤
P3 P4 T3 T4 P2 P1 T2 T1

工程热力学WORD版第10章气体动力循环

工程热力学WORD版第10章气体动力循环

第10章气体动力循环一、教案设计教学目标:使学生掌握分析动力循环的一般方法;了解活塞式内燃机实际循环的分析方法;了解燃气轮机循环的分析方法。

知识点:分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机实际循环的简化;活塞式内燃机的理想循环;活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较;燃气轮机装置循环;燃气轮机装置的定压加热实际循环。

重点:分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机循环分析;燃气轮机装置循环的分析方法,提高燃气轮机装置循环效率的方法和途径。

难点:实际循环简化成理想循环的方法;提高内燃机和燃气轮机装置循环效率的方法和途径。

教学方式:讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计:提问+启发+讨论问:你知道汽车为什么会走?问:你以前知道内燃机吗?有哪些装置组成?又是怎么工作的?问:你知道柴油机与汽油机的区别吗?问:你知道燃汽轮机发电是怎么回事吗?学时分配:4学时二、基本知识第一节动力循环分析的目的与一般方法一、分析的目的在热力学基本定律的基础上分析循环过程中能量转换的经济性,寻求提高经济性的方向及途径。

二、分析方法与步骤1. 将实际循环抽象和简化为理想循环2. 将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上3. 对理想循环进行分析计算:计算循环中有关状态点(如最高压力点、最高温度点)的参数,与外界交换的热量、功量以及循环热效率或工作系数。

动力循环的热效率:-W net _ 1q2q i q i4、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热量及净功量的影响,进而分析对循环热 效率(或工作系数)的影响,提出提高循环热效率(或工作系数)的主要措施。

平均温度分析法:—5、 对理想循环的计算结果引入必要的修正6、 对实际循环进行热力学第二定律分析:熵分析 火用分析第二节 内燃机动力循环的分类一、分类按工作方式不同可分为:活塞式内燃机,叶轮式燃气轮机,喷气发动机汽油机 点燃式内燃机煤气机I 压燃式内烘机一岂油机二,汽油机1模型简化实际彳盾环的简化、理想化① 空气与燃气理想化为定比热客的理想气体; ② 开式循环理想化为闭式循环:③ 燃烧、排气过殺理想化为工质的吸、放热过程; ④ 压缩与膨胀过程理想彳匕为可逆绝热过程G2、汽油机理论循环一定容加热循环(奥托循环)活塞式内燃机:^JX?Ju n rs.u.吸建鼻9产3爲一⑪放热量6 = 4'石-兀1S环净功珂二如一心AS环删率SWtvT4=1飞3二g则T3T4 -TT3 J "唔"川2tv定窖加驷环的计算v影响发动机的正常工作。

第十章 动力循环

第十章 动力循环
提高动力循环效率可以降低能源消耗减少排放
动力循环效率与发动机的热效率、传动系统的效率、制动系统的效率等因素有关 提高动力循环效率的方法包括优化发动机设计、提高传动系统效率、采用节能技 术等
排放控制技术
催化转化器:将废气中的有害物质转化为无害物质 颗粒物捕集器:捕捉废气中的颗粒物减少排放 废气再循环:将废气重新引入发动机降低废气排放 电控燃油喷射系统:精确控制燃油喷射量提高燃烧效率降低排放
动力循环的工作过程
添加标题
动力循环开始于燃料 的燃烧产生热能
添加标题
热能通过热交换器转 化为机械能
添加标题
机械能驱动涡轮机旋 转产生电能
添加标题
电能通过发电机转化 为电能
添加标题
电能通过电动机转化 为机械能
添加标题
机械能驱动压缩机压 缩空气产生热能
添加标题
热能通过热交换器转 化为机械能循环结束
发动机的工作原理
工作原理:通过电 池储存电能驱动电 机运转实现车辆行 驶
优点:零排放、低 噪音、节能环保
缺点:续航里程有 限充电时间长
发展趋势:提高电 池能量密度缩短充 电时间降低成本
燃料电池系统
燃料电池:将化学能转化为电能的装置 工作原理:通过化学反应产生电流 优点:高效、清洁、无污染 应用领域:汽车、航天、军事等
发动机的优化技术
提高热效率:通过改进冷却系统、 优化燃烧室设计等方式提高热效率
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
降低摩擦损失:通过改进活塞、连 杆等部件的设计降低摩擦损失
降低排放:通过改进排气系统、优 化燃烧室设计等方式降低排放
传动系统的优化技术
变速器优化:提高传动效率降低能耗 传动轴优化:提高传动精度降低振动和噪音 离合器优化:提高离合器响应速度降低磨损 驱动桥优化:提高驱动桥承载能力降低故障率
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1.0 3
max
热能工程教研室
k 2 k 1
=2
wnet ,max c pT1 1


2
0
10

§10-6 燃汽轮机装置的定压加热实际循环 不可逆来源:
T
压气机和燃气轮机 中的内部摩擦
压气机的绝热效率:
C ,s
h2 h1 ' ws h2' h1 wC ,s
1) 绝热指数k一定时:

t
t
k
t
0.7 0.6

T
热能工程教研室
0.5
2) 绝热指数k的影响:
t
0.4
k=1.35
10
12
14
16

18
三、定容加热理想循环
又称奥托循环(煤气机、汽油机)
可以看成是混合加热理想循环的特例, = 1
3
p 3 T
2
2
4
4 1 1
s
0
热能工程教研室

0
三、定容加热理想循环
表示成循环特性参数的形式:
k 1 t 1 k 1 [( 1) k ( 1)]
热能工程教研室
一、混和加热理想循环
k 1 t 1 k 1 [( 1) k ( 1)]
1)混合加热循环的热效率随压缩比和 定容增压比的增加而提高。
Power Cycles vs Refrigeration Gas vs Vapor Closed vs open Internal Combustion vs External Combustion
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Power Cycles
Subject of Chapters 10 and 11
Sabeander Cycle (萨巴德循环)
Diesel Cycle (狄赛尔循环) Otto Cycle (奥托循环)
Spark Ignition 内燃机
Brayton Cycle (布雷顿循环)
Gas Turbine 燃气轮机
Rankine Cycle(朗肯循环)
Vapor
蒸汽轮机
燃烧室
压气机
燃气轮机 4
热能工程教研室
Closed cycle model for a gas turbine engine
1-2 Isentropic Compression 2-3 Constant Pressure heat addition 3-4 Isentropic Expansion 4-1 Constant Pressure heat rejection

5 0 - 0 1’ 大气线 1 V
四冲程柴油机的工作过程的简化
1) 定容和定压燃烧 定容排气 定容和定压吸热 定容放热
2) 标准空气假定,且取定值比热容 3) 忽略内不可逆因素:摩擦,节流,。。。 开口系 闭口系 4) 忽略膨胀和压缩过程中气体与气缸壁面 的热交换 可逆绝热过程
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定压燃烧柴油机
第十章
气体动力循环
For the rest of the semester..
Look at different cycles that approximate real
processes
You can categorize these processes several
different ways
p 3 2 5 1 0 v 0 4 T 3 2 1 s 4
p
5
V
5
混合加热理想循环的 p- 图和 T-s 图
热能工程教研室
一、混和加热理想循环
特征参数:
v1 绝热压缩比: v2
p 3 4
2 5 1
定容增压比: p3 p2 定压预胀比: v4
0
v
v3
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一、混和加热理想循环
柴油机,不受空气压缩的限制。采用 14~20级压缩:重型机械
热能工程教研室
§10-4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
比较的前提: 1)初态相同 2)吸热量、压缩比、最高温度及最 高压力相同 利用T-s图进行比较最为简便
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一、压缩比相同、吸热量相同时的比较
12341:定容吸热 122′3′4′1: 混合吸热 123″4″1: 定压吸热
热效率:
吸热: q1 q23 q34 cV T3 T2 c p T4 T3 放热: q2 q51 cV T5 T1 循环热效率:
T 2 1
4 3 5 s
T5 T1 q2 t 1 1 T3 T2 k T4 T3 q1
3 4′ 2 1 4
2′
压气机的绝热效率:
C ,s
热能工程教研室
0
s
' ' h3 h4 实际膨胀做出的功 wT 理想膨胀做出的功 wT h3 h4
定容加热理想循环的 t - k 关系曲线
t
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
k=1.4 1.35 k=1.3 k=1.2 k=1.25
T
k
0.1
0
1
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2
3 4
5
6
7
8 9 10
三、定容加热理想循环
◆热负荷增大时
q1增大, 压缩比不变, 循环效率不变。 循环净功增大, 输出功率增大。
2
4
p min
T1m,m
T1 p,m
放热量相同, 吸热量不同
1
Tmin
T2 m
T1V ,m
6
tp tm tV
热能工程教研室
0
5
s
§10-5 燃汽轮机装置循环
工质: 部件:
特点:
燃气+空气 压气机、燃烧室、燃气轮机
小尺寸、大功率、连续作功
3
燃气轮机工作流程:
循环是开式的、 不可逆的
1
2
T
3
t 1
1Βιβλιοθήκη 3’k 14’ 2
wnet 4’
T1m
T1'm
实际上,T升高, k减小,t减小。
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1
T2 m
T2'm
s
活塞式内燃机的应用
1)增大压缩比能提高循环效率 混合加热(一般柴油机)、定压加热 (Diesel)、定容加热(煤气机/汽油机) 2)压缩比的限制 汽油机,受预混燃料空气混合物爆燃条 件的限制。采用5~12级压缩:轻型机械
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燃气轮机装置定压加热理想循环-布雷顿循环
应用空气标准假设,燃气轮机循环或 称布雷顿循环可以简化为如下循环
p 2 3 T
3 4
2
1 0
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4
1 0 s

燃气轮机装置定压加热理想循环-布雷顿循环
热效率: 定义:
q2 h4 h1 t 1 1 q1 h3 h2
2 4 4’
T
3 3’ 2’ 3’’ 4’’
吸热量相同, 放热量不同
T1m,m
1
T2V ,m
T2 m, m
T1 p,m
T1V ,m
tV tm tp
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T2 p,m
0
5 5’ 5’’
s
The efficiency of the Otto cycle is always higher than the Diesel cycle
比循环功:
wnet wturbine wcompressor c pT1
1 k k
h3 h4 h2 h1
k 1 k
材料热强度许可范 围内尽可能提高T3
1
wnet c pT1
5
4
增温比 一定的条件下的 最大比循环功
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§10-1分析动力循环的一般方法
目的:
在热力学基本定律的基础上分析动力循环的能量 转换的经济性,寻求提高经常性的方向和途径。
步骤:√ 1)将实际循环抽象成可逆的理论循环
2)分析实际循环与可逆理论循环的偏离 偏离部件、大小、原因及改进办法
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Real vs. Ideal
p
Actual cycle
活塞式柴油机的性能评估
平均有效压力MEP(Mean effective pressure)
循环静功 循环静功 MEP 活塞排量 活塞面积 冲程
两个相同尺寸的发动机进行比较时, MEP较大的机器的静输出功较大
热能工程教研室
§10-3 活塞式内燃机的理想循环
一、混和加热理想循环 大多数柴油机的理想循环-萨巴德循环
循环平均吸热温度提高但循环平均放热温度不变
2)混合加热循环的热效率随定压预胀 比的增加而降低。
循环平均吸热温度提高但循环平均放热温度升高 得更多:定容线比定压线陡
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二、定压加热理想循环
又称狄塞尔(Diesel)循环 例如高增压柴油机及船用发动机 可以看成是混合加热理想循环的特例, = 1
冲程
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四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
四冲程柴油机:
p 3
2 2’ 4
0-1: 吸气过程 1-2: 非绝热压缩 2‘: 喷油 2-3: 定容燃烧 3-4: 定压燃烧 4-5: 非绝热膨胀 5-1: 定容排气
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Ideal cycle
v
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