工程热力学第9章第七讲
工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学 9-12
18
• 图9-3 背压对
渐缩喷管沿程 压力分布的影 响。
19
现降低背压pb并观察对喷管沿程压力分布的影响： • 如果背压pb等于进口压力p1（这里等于pr），就不 会产生流动。
• 当背压pb降到压力p2，则出口压力pe也降到压力
10
9.3 一维定熵流动
1. 流体流动横截面积与流速变化的关系
• 对稳定流动过程，质量平衡：
• 连续性方程：
= ρA = const m
dρ/ρ + dA/A + d/ = 0 • 忽略位能，没有功相互作用的一维等熵流 动能量平衡：dp /ρ + d = 0
11
• 流体流动横截面积与流速变化的关系： dA /A = (Ma 2 - 1) d / • 速度变化d 总是正的，因为这是喷管的目的。
• 图9-4 背压对渐
缩喷管的质量流 量和出口压力的 影响。
23
• 可见质量流量随pb /p0的减小而增大，在pb = pcr
时，达到最大，当pb /p0小于这个临界值时，就保 持不变。
• 在图中也说明了背压对渐缩喷管出口压力pe的影
响。可以得到：在pb≥pcr时，pe = pb；在pb＜pcr 时，pe = pcr。
3
• 现讨论一股流体流过一根绝热管道。在任
何截面处流体的能量是焓和动能之和。
• 如果我们随流体回到速度为零的起点，就
可以得到流体的能量就是h0，下标0表示零 速度。因为通过绝热管道流动的能量是恒 定的，于是有h0 = h + 2/2。
4
• 这个零速度状态称作滞止状态，其参数称
工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第九章
π
pV 400 ∴ q m = 400 × 1 es = × R g T1 60
可逆定温功压缩功率为：
Wc ,T = − p1V1 ln =−
p2 p1
400 8 π × 0.1 × 10 6 × 0.786 × × 0.3 2 × 0.2 × ln = 15.4 × 10 3 J = 15.4kW s 60 4 1
n = 3× p1 v1 (π n −1 t1 = 20°C
n −1 n
p4 12.5 =3 =5 p1 0 .1
（1） wc = 3wc , L
Q p1 = 0.1MPa
− 1) ∴v =
1 1.3−1 1.3
R g T1 p1
=
287 × 293.15 0.1× 10
6
= 0.8413 m
3
kg kg
− 1] =
1.4 × 0.1× 10 6 × 140 × [6 1.4 − 1
1.4 −1 1.4
− 1] = 327.9 × 10 5 J
h
327.9 ×10 5 = 9108.3W = 9.11KW 3600 p n p1V1 [( 2 ) n −1 p1
n −1 n
（3）多变压缩
Wt , n = Nn = − 1] = 1 .2 × 0.1×10 6 × 140 × [6 1 .2 − 1
V h = 0.009m 3
π =7
1 n
σ = 0.06
1 n
n = 1.3
1
（1） η v = 1 −
Vc (π Vh
− 1) = 1 − σ (π
− 1) = 1 − 0.06 × (7 1.3 − 1) = 0.792
工程热力学第九章lm
p0
cdc vdp
T
0
p1
1
2
p2
s
喷管设计
喷管形式选择：
pc 2 p1 k 1
k k 1
pb pc pb pc
亚音速，渐缩喷管 超音速，渐缩渐扩喷管
喷管尺寸计算：
f min
l d 2 d min 2 tan
mmax vc cc
2 c12 c2 h0 h1 h2 2 2
h c pT
c12 T0 T1 2c p
T 0 1 2 s p0 p1 p2
c12 T0 T1 2c p
p0
T0 p1 T 1
T1 1 T 0
k k 1
pv const
k
v0 v ( )
T
p1 1 p2 2’
c2 ' 速度系数 c2
喷管效率
2
（0.94～0.98）
s
2 c2' 2 h1 h2' 2 2 c2 h1 h2 2
（0.9～0.95）
引射器原理
气流速度增加，压力减小 气流速度降低，压力增加
p1
pb
pb > pm
p1<pm<pb
应用实例：飞机环控系统
水蒸气流速及流量
1. 首先计算pc，判断喷管内气体流动状态
pc 2 p1 k 1
k k 1
过热蒸汽：k＝1.3 干饱和蒸汽：k=1.135
pc 0.546 p1 pc 0.577 p1
2. 根据喷管内气体流动状态，进行流速和流量计算 出口流速： 2 44.72 h1 h2 c
工程热力学与传热学9)_气体动力循环PPT课件
1压缩 2-3：定容吸热 3-4：定压吸热
4-5：绝热膨胀
5-1：定容放热
三、柴油机理想循环及其热效率
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量
p
3
4
T
4 3
2
2
5
5
1 1
v
s
定义几个柴油机特性参数
p
3
2
压缩比 v1
反映 气缸
4
v2 容积
5
定容升压比
p3 p2
1 定压预胀比 v4
工程热力学研究方法，先对实际动力循 环进行抽象和理想化，形成各种理想循 环进行分析，最后进行修正。
§9-1 柴油机实际循环和理想循环
一、四冲程柴油机实际工作循环
进气
压缩 燃烧和膨胀
排气
温度370~400 K， 压力
0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
下止点 上止点
活塞
P
进气门开启
大气压力线 r a
下止点 上止点
活塞
Z P
c
大气压力线 r
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图
b
a V
下止点 上止点
活塞
进气门关闭 排气行程
排气门打开
Z P
残余废气
c b
大气压力线 r
V 示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
温度300-370K 压力0.0785～ 0.0932MPa
第九章 气体动力循环
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的 热量的一部分转换成对外的净功
工程热力学第九章
1 1
二、喷管出口速度
绝热稳定流动且c1 0，则c2 2 h1 h2
对定比热理想气体： c2 2c p (T1 T2 ) 2
1
R (T1 T2 )
( 1) T2 p2 2 RT1 (1 ) 2 RT1 1 1 T1 1 p 1 ( 1) p2 2 p1v1 1 1 p 1
pb>pc时，p2=pb，c2<cc，m<mmax； pbpc时， p2=pc，c2=cc，m=mmax；
对渐缩渐扩喷管：
在设计工况下，气体在渐缩渐扩喷管中应能充 分膨胀到与外界背压pb相等的工况，喷管喉部流 速为临界流速，出口截面处的流速c2>cc， m=mmax；
计算喷管出口流速及质量流量的基本公式：
三、绝热稳定流动能量方程：
2 c2 c12 q (h2 h1 ) g ( z2 z1 ) ws a 2 b 2 2 由：z1 z2 , ws 0, q 0 2 c2 c12 得： h1 h2 2 c2 对微元过程：d dh 2
公式适用于任何工质的可逆与不可逆的绝热 稳定流动过程
p
v
v T v 0 T p v T v 0 T p v T v 0 T p
则j < 0，dT > 0，产生热效应 则j > 0，dT < 0，产生冷效应
则j = 0，dT = 0，产生零效应
理想气体：
m 将
f2 m
p2 p1
( 1)
喷管中气体质量流量决定于压力比p2/p1
工程热力学课件
稳态
描述最简单
系统内的状态参数不随时间而变化
均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数
1、压力 2、温度 3、比容 4、内能 5、焓 6、熵
可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数
热量和功量 ——非状态参数
p
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数 二、状态参数的特性
一、状态 ：系统在某一瞬间所处的宏观状况
二、状态参数 ：描述系统宏观状态的物理量
三、平衡态（热力学平衡状态）
热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变 平衡态
力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态：在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和
压力到处是均匀一致的且不随时间变化。
第一篇 工程热力学
第01章 第02章 第03章 第04章 第05章
工程热力学的基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律 理想气体 水蒸气
第06章 第07章
气体和蒸汽的流动 压缩机的热力过程
第08章 第09章 第10章
气体动力循环 蒸气压缩制冷循环 湿空气
第01章 工程热力学的基本概念
第一节 工质的概念及应用 第二节 热力学系统 第三节 热力学平衡态 第四节 热力学状态参数 第五节 准静态过程和可逆过程
边界
可以是真实的、也可以是虚拟的； 可以是固定的、也可以是活动的。 系统与外界通过边界相互作用； 有三种交换：①物质；② 功量；③ 热量
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 二、系统与外界的类型 划分依据：物质、功量、热量交换
1、系统的类型
开口系统：与外界有物质交换
《工程热力学》(第四版)习题提示及答案09章习题提示与答案
习题提示与答案 第九章 气体动力循环9-1 活塞式内燃机定容加热循环的参数为：p 1＝0.1 MPa 、t 1＝27 ℃，压缩比ε＝6.5，加热量q 1＝700 kJ/kg 。
假设工质为空气及比热容为定值，试求循环各点的状态、循环净功及循环热效率。
提示：1-2过程为等熵压缩过程，压缩比21v v =ε；2-3过程为定容加热过程，过程热量q =c p 0ΔT ；3-4过程为等熵膨胀过程；4-1过程为定容放热过程。
循环净功： w 0=q 1-│q 2│；循环热效率：111-κt εη-=。
答案： v 1=0.861 m 3/kg ；p 2=1.37 MPa ，v 2=0.132 m 3/kg ， T 2=634.3 K ；p 3=3.48 MPa ，v 3=0.132 m 3/kg ，T 3=161 2 K ；p 4=0.253 MPa ，v 4=0.861 m 3/kg ，T 4=762.4 K ；kJ/kg 9.3680=w ；527.0=t η。
9-2 若上题活塞式内燃机定容加热循环的压缩比由6.5提高到8，试求循环热效率的变化及平均吸热温度和平均放热温度的变化。
提示：循环热效率1t 11-εηκ-=；平均温度sq T Δ=m 。
答案：ΔT m1=58.8 K ，ΔT m2=14.3 K ，t η∆=3.8%。
9-3 根据习题9-1所述条件，若比热容按变比热容考虑，试利用气体热力性质表计算该循环的热效率及循环净功。
提示：w 0=q 1-│q 2│，121q q η-=t ，q =Δu ，工质可看做理想气体；热力过程终态与初态的比体积之比等于其相对比体积之比，即r1r212v v v v =，相对比体积为温度的单值函数。
答案：w 0＝342.24 kJ/kg ，t η=0.489。
9-4 在活塞式内燃机中，为了保证气缸的机械强度及润滑，总是在气缸壁外面加以冷却。
如果考虑定容加热循环的T -s 图压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁间的热交换，根据习题9-1所给条件，则膨胀过程可近似为n ＝1.37的多变过程，压缩过程可近似为n ＝1.38的多变过程，试据此计算其状态变化及过程的功。
工程热力学讲义第9章[1].doc
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工程热力学讲义第9章[1].doc第9章气体和蒸汽的流动基本要求：1．深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。
2．对于工质无论是理想气体或蒸汽，都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。
理解扩压管的流动特点，会进行热力参数的计算。
3．能应用有摩擦流动计算公式，进行喷管的热力计算。
4．熟练掌握绝热节流的特性，参数的变化规律。
基本知识点：9．1 绝热流动的基本方程一、稳态稳流工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。
二、连续性方程由稳态稳流特点， ====m m m .......21const而 vfc m =得：0=-+vdv fdf cdc 该式适用于任何工质可逆与不可逆过程三、绝热稳定流动能量方程sw gdz dcq dh δδ---=221对绝热、不作功、忽略位能的稳定流动过程得：dh cd-=22说明：增速以降低本身储能为代价。
四、定熵过程方程由可逆绝热过程方程 k pv =const得：0=+vdv kpdp五、音速与马赫数音速：微小扰动在流体中的传播速度。
定义式： sp a )(ρ=注意：压力波的传播过程作定熵过程处理。
特别的，对理想气体：kRTa = 只随绝对温度而变马赫数（无因次量）：流速与当地音速的比值ac M =M>1，超音速M=1 临界音速 M<1 亚音速9．2 定熵流动的基本特性一、气体流速变化与状态参数间的关系对定熵过程，由dh=vdp ，得到：vdpcdc -= 适用于定熵流动过程。
分析：1。
气流速度增加(dc>0)，必导致气体的压力下降(dp<0)。
2。
气体速度下降(dc<0)，则将导致气体压力的升高(dp>0)。
二、管道截面变化的规律联立vdp cdc -=、连续性方程、可逆绝热过程方程得到：cdc Mfdf )1(2-=分析：对喷管：当M<1，因为dc>0，则喷管截面缩小df<0，称渐缩喷管。
工程热力学第六版素材第09章 气体和蒸汽的流动
第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。
为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。
音速：音速是微小扰动在物体中的传播速度。
定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。
减缩喷管：当进入喷管的气体是M < 1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。
渐扩喷管：当进入喷管的气体是M > 1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。
缩放喷管：如需要将M < 1的亚音速气流增大到M > 1的超音速气流，则喷管截面积应由d f < 0逐渐转变为d f > 0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。
临界参数：在渐缩渐扩喷管中，收缩部分为亚音速范围，而扩张部分为超音速范围。
收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部，此处M＝1，d f = 0。
该截面称为临界截面，具有最小截面积f min，相应的各种参数都称为临界值，如临界压力p c、临界温度T c、临界比体积v c、临界流速c c等。
应予注意，临界流速c c为临界截面处的当地音速。
节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。
这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。
若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。
在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。
冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有μj > 0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。
工程热力学第9章
2.99
计算依据
v RgT 287.06 300 0.84992m3 / kg p 101325
相对误差=
v v测 0.84992 0.84925 0.02%
v测
0.84925
第三页，共51页。
（1）温度较高，随压力增大，误差增大;
（2）虽压力较高，当温度较高时误差还不大，但温度较低，
Pa m3
气体常数,单位为J/(kg·K)
pv RgT 1kg pV nRT n mol p0V0 RT0 1mol标准状态
R=MRg=8.314 5 J/(mol·K)
第二页，共51页。
考察按理想气体状态方程求得的空气在表列温度、压力条件下的比 体积v，并与实测值比较。空气气体常数Rg=287.06 J/(kg·K)
饱和液(saturated liquid)—处于饱和状态的液体： t = ts 干饱和蒸汽(dry-saturated vapor; dry vapor )
—处于饱和状态的蒸汽：t = ts 未饱和液(unsaturated liquid)
—温度低于所处压力下饱和温度的液体：t < ts 过热蒸汽(superheated vapor)
t1 2
t1)
cn
t2 t1
q t2 t1
t2 t1
cndt
t2 t1
T1, T2均为变量, 制表太繁复
q
T2 0
cndT
T1 0
cn
dT
=面积amoda-面积bnodb
第十四页，共51页。
而
T
cn
T 0
0 cndT T 0
由此可制作出平均比热容表
cn
T2 T1
工程热力学讲义第9章气体动力循环
• 优点： • 理论上工质可以完全膨胀； • 体积小，功率大； • 速度高，运转平稳，连续输出功 ； • 启动快，达满负荷快 ；
• 缺点： • 燃气轮的叶片长时间工作于高温 下要求用耐高温、高强度材料； • 压气机消耗了燃气轮机产生功 率的绝大部分，但重量功率比 (specific weight of engine)仍较大
1-2-3-4-1为定容加热理想循环； 1-2‘-3’-3-4-1为混合加热理想循环； 1-2“-3-4-1为定压加热理想循环。
•三种循环排出的热量都相同， •循环的热效率的比较
在相同的热强度和机械强度下，定压加热理想循环的 热效率最高，混合加热理想循环次之，而定容加热理 想循环最低。
9-4 燃气轮机装置循环 Gas turbine cycle
•预胀比 表示工质在燃烧过程中比容增长程度，决定于喷
油量。
机器负荷 喷油量
t,p
9.3.3混合加热理想循环（dual combustion cycle）
现代高速柴油机并非单纯的按定压加热循环工作，而是按照一 种既有定压加热又有定容加热的所谓混合加热循环工作。
定量分析 （空气为工质）
q 1cv(T 2 T 2) cp(T 3 T 2 )
具有相同压缩比和吸热量时的比较
1-2-3-4-1为定容加热理想循环； 1-2-2‘-3’-4‘-1为混合加热理想循环； 1-2-3“-4”-1为定压加热理想循环。
•各循环放热量的比较
•三种理想循环热效率比较
能否得出定容加热循环最好，定压加热循环 最差的结论？
活塞式内燃机理想循环的比较2
具有相同的最高压力和最高温度时的比较 •实际上是热强度和机械强度相同情况下的比较。
T1 T4
工程热力学第九章图文ppt课件
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
Tmax 和 pmax 保持不变
T
3
q2 相等
2p
t
1
q2 q1
1 T2 T1
2m 2v
4
1
q1p q1m q1v
tp tm tv
s
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
分析循环的步骤：
将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上
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。
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
研究目标：
分析以气体为工质的内燃机循环、 燃气轮机循环的热力性能，揭示能量利 用的完善程度与影响其性能的主要因素， 给出评价和改进这些装置热力性能的方 法与措施。
q2p q2m q2v
T
2p 2m 2v 1
3p 3m 3v 4v
4p4m
tp tm tv
s
q ？？Tmax和 1相同，图示 tp ,tm ,t大v 小
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
2019-清华大学热工基础课件工程热力学加传热学10第九章-导热、稳态导热、非稳态、数值解法-文档资料
(a) 第一类边界条件
给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律：
twf,x,y,z
(b) 第二类边界条件
给出边界上的热流密度分布及
其随时间的变化规律：
t
qw
qw
t n
w
t n w
qw
n
26
用电热片加热物体表面可实现第二类边界条件。
如果物体的某一表面是绝热的, 即qw = 0 , 则
界条件。 27
上式描述的第三类边界条件是线性的, 所以也称为 线性边界条件，反映了导热问题的大部分实际情况。
如果导热物体的边界处除了对流换热还存在与周 围环境之间的辐射换热, 则边界面的热平衡表达式为
nt whtwtf qr
qr 为物体边界面与周围环境之间的净辐射换热热
流密度，它与物体边界和周围环境的温度和辐射特性 有关, 是温度的复杂函数。这种对流换热与辐射换热 叠加的复合换热边界条件是非线性的边界条件。
❖ 导热微分方程式与单值性条件一起构成具体导热 过程完整的数学描述。
❖ 单值性条件一般包括：几何条件、物理条件、 时间条件、边界条件。
24
1)几何条件 说明参与导热物体的几何形状及尺寸。几何条件决定 温度场的空间分布特点和分析时所采用的坐标系。
2)物理条件 说明导热物体的物理性质, 例如物体有无内热源以及
t 、 t 、 t 分别为x、y、z 方向的偏导数; i、j、k 分 x y z 别为x、y、z 方向的单位矢量。
（4）热流密度 (heat flux)
q d dA
热流密度的大小和方向可以
用热流密度矢量q 表示
nt
dA q
d
q d n
dA
《工程热力学》第九章 气体动力循环
c , s
分析热效率 提高途径！
t
( k 1) / k ( k 1) / k
T
1
1
c , s c , s
1
1
31
四．燃气轮机回热循环 （定压加热回热循环）
1、回热的概念： 利用废气高温余热对进入燃烧室前的空气进行预 热，以减少燃料消耗，提高热效率的措施 回热度μ ：空气在回热器中实际得到的热量与理想 情况下得到热量之比为回热度，一般在0.5-0.8 之间 2、多级压缩、级间冷却回热循环
低 压 压 气 机
9
燃料
中间燃烧室
中间冷却器
37
P
2 8 7 6 3 9
T
6
3 9
3’
4
2
7 1
1
5
4
V
5 s
8
多级压缩级间冷却回热循环 P-V图、T-S图
38
ξ 8.3
增压机及其循环（略）
一、增压机概念及简单装置 二、增压机工作过程及简化
39
第九章
气体动力循环(3学时）
基本内容： 热效率法分析循环；活塞式内燃机工作原理及 热力学方法；内燃机理想循环；燃气轮机装置 循环及提高热效率的方法；增压器及其循环； 其他循环简介 基本要求： 掌握分析循环热效率的方法；理解实际工作循 环合理简化的方法；掌握内燃机理想循环及提 高热效率的方法掌握；燃气轮机装置循环及提 高热效率的方法；了解其他循环
t 1
1
k 1 k
以P-V图、T-S图 分析热效率提高途径！
26
4、轴功计算及其最大值与增温比关系
燃气轮机作功 压缩机耗功
( ws )T h3 h4 CP 0 (T3 T4 )
《工程热力学》第九章 气体动力循环
9-4 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 压缩比相同，1-2重合
吸热量相同，q1v q1m q1p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
或
T 2v T 2m T 2 p
T 1v T 1m T 1p
tv
tm
tp
二、循环最高压力和最高温度相同时的比较
放热量相同：
又称萨巴德循环 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数：
压缩比(compression ratio) v1
v2 定容增压比(pressure ratio) p3
p2
定压预胀比 (cutoff ratio) v4
v3
反映气缸容积 反映供油规律
热效率
t
wnet q1
t
1
1
1
1
1
(9 7)
讨论：
v1 p3
v2
p2
v4
v3
a)循环1-2’-3’-4’-5-1
压缩比
Tm1 t
b)循环1-2-3”-4”-5-1
定容增压比
Tm1 t
c)循环1-2-3’”-4’”-5-1
定压预胀比
Tm1 t
二、定压加热理想循环（狄塞尔循环） 柴油机定压加热过程
3-4 等熵膨胀(燃气轮机内) 4-1 定压放热（排气，假想换热器）
热效率ηt
q1 h3 h2
cpm
t3 t2
T3 T2
cp
T3 T2
q2
h4
h1
c pm
t4 t1
T4 T1
cp T4 T1
工程热力学第九章
第九章 气体与蒸汽的流动第一节 绝热流动基本方程第二节 定熵流动的基本特征第三节 喷管计算第六节 绝热节流本章主要研究流体流过边界面短管（喷管和扩 压管）时，其热力状态、流速与截面积之间的变化 规律。
方法是由于流动管道短、流速快、流动过程轴 功为0，因此先假设管壁无摩擦，简化为可逆绝热 流动，从流动过程遵循的基本方程入手，找出流动 的特性和规律。
然后对于实际过程，在考虑摩擦等 不可逆因素的影响，加以修正。
二、连续性方程流量： 其中：f ：面积 c ： 速度；v ：比体积求导三、稳流能量方程对于喷管 q= 0 ,Δz= 0 ,w s= 0 第一节 稳定流动基本方程const m= & vfc m= & vdv c dc f df = + sw z g c h q + D + D + D = 221 221 ch D - = D \ )21( 2c d dh = - cdcdh = - 一、稳态稳流——一维流动 适用条件适用条件四、定熵过程方程pv k = const五、音速及马赫数由代入音速计算公式有：0 = + vdvk p dp 音速是微小扰动在流体中的传播速度。
其传播速度a 为：sp a ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ¶ ¶ = r s v p v ÷ ø ö ç è æ ¶ ¶ - = 2 0 = + v dv k p dp v dv k p dp - = Þ vpk v p - = ¶ ¶ Þ kRT kpv a = = 马赫数M 定义为：kpvca c M == M<1 亚音速M=1 音速 M>1 超音速一、气体流速变化与状态参数间的关系由热一律有： dq= dh vdp 由绝热可知： dh=vdp 由稳定流动方程： dh=cdc 得：vdp= c dc 喷管：流动特性dc > 0 dp < 0扩压管：流动特性 dc < 0 dp > 0第二节 定熵流动的基本特征二、管道截面变化规律0 = + vdv k p dp 由vdpcdc - = 及kp dp v dv - = 得： kpv vdp - = kpv cdc = c dc kpv c 2= c dc a c 22= cdc M 2 = 又根据连续方程：vdvc dc f df = + c dc v dv f df - = c dc c dc M - = 2 cdc M ) 1 ( 2- = cdc M f df ) 1 ( 2- = \1.对于喷管：dc > 0， c 增加；① 若入口为亚音速 M < 1，出口也为亚音速 M < 1，则为渐缩喷管： df < 0 ②若入口为亚音速 M < 1，出口为超音 速 M > 1，则对于df ：先是 df < 0，然后df > 0，为缩放喷管——拉法尔喷管 ③若入口为超音速 M > 1，则 df > 0， 为渐扩喷管。
工程热力学WORD版第9章 压气机
第9章压气机一、教案设计教学目标:使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。
知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。
重点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。
难点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。
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：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。
问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量；叶轮式压气机适用于小压比、大流量？学时分配：2学时二、基本知识第一节气体的压缩及压气机的耗功一、气体压缩1压气机:用来压缩气体的设备2.。
压气机的分类1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为：①通风机（pg<0.01MPa）;②鼓风机（0.01MPa<pg<0.3MPa）;③压缩机（pg>0.3Mpa）。
2）按压缩原理和结构分压气机分为:活塞式、叶轮式（离心式和轴流式）及引射式。
压气机的实际耗功第二节 单机活塞式压气机一、单机活塞式压气机工作过程吸气过程、压缩过程、排气过程。
理想化为可逆过程、无阻力损失.1．定温压缩轴功的计算st w =⎰-=21vdp w t 1211lnp p v p -按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能向外放出.对理想气体定温压缩,表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出. st w =T Q 2．定熵压缩轴功的计算,⎰-=21vdp w t s k k kw p p k kRT =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-112111 按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的焓，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程3．多变压缩轴功的计算⎰-=21vdp w t s n n nw p p n nRT =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-112111 按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的焓，部分对外放热，该式同样适用于不可逆过程结论: ss sn st w w w -<-<- T sn s T T T 22>> 可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多第三节 活塞式压气机余隙影响一、余隙对排气量的影响余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，31341V V V V v ---=λ结论：余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。
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8
例：再热循环计算
某再热循环，新蒸汽参数为p 某再热循环，新蒸汽参数为p1=12MPa 、 t1=500℃，再热压力为pb=3MPa，再热后的 =500℃，再热压力为p =3MPa，再热后的 温度t =500℃，乏汽压力p 温度 a=500℃，乏汽压力p2=5kPa ，不计水 泵功耗。求此再热循环的热效率？
1
w 循环净功： net
= q1 − q 2 = 3675.3 − 2067.3 = 1608
kJ/kg
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再热循环热效率
q1 = h1 − h3 + ha − hb
wnet = h1 − hb + ha − h2
wnet ( h1 − hb ) + ( ha − h2 ) = ηt = q1 ( h1 − h3 ) + ( ha − hb )
7
关于再热循环
采用再热后，每千克蒸汽所携带的热能增 加，循环汽耗率将较无再热时减少。 一般选择中间再热压力为初压的20％～30 一般选择中间再热压力为初压的20％～30 ％之间，可使循环热效率提高2％～3.5％。 ％之间，可使循环热效率提高2％～3.5％。 采用再热循环后使系统运行变得更加复杂， 我国的情况是在机组功率大于125MW时采用 我国的情况是在机组功率大于125MW时采用 再热循环。
多媒体教学课件
第九章 水蒸气性质和蒸汽动力循环
9-7 蒸汽再热循环
2
目的要求
掌握再热循环的引入目的、蒸汽 动力装置循环图、再热循环T 动力装置循环图、再热循环T-s图 中过程线及状态点的含义、循环热 效率的分析和计算。
3
引入再热循环的目的
（1）提高乏汽干度(主要目查得： ：利用h h1=3348kJ/kg ha=3455kJ/kg hb=2990kJ/kg h2=2205kJ/kg h2/=137.7kJ/kg . 吸热量：q1 = (h1 − h2/ ) + (ha − hb ) = 3348−137.7 + 3455− 2990= 36753 kJ/kg q 放热量： 2 = h2 − h2/ = 2205 − 137.7 = 2067.3 kJ/kg q2 2067 .3 ηt = 1 − = 1− = 43 .75 % 循环热效率： q 3675 .3
4
蒸汽动力装置循环图
5
T-s图中过程线及状态点的含义
3-1：给水在锅炉内定压吸热（3：未饱和水，1：过热蒸气） ：给水在锅炉内定压吸热（ ：未饱和水，1 1-b：主蒸汽在汽轮机高压缸中定熵膨胀做功（b：过热蒸气） ：主蒸汽在汽轮机高压缸中定熵膨胀做功（ b-a：蒸汽在再热器中定压吸热（a:过热蒸气） ：蒸汽在再热器中定压吸热（a:过热蒸气） a-2：再热蒸汽在中低压缸中定熵膨胀做功（2：湿蒸汽态的乏汽） ：再热蒸汽在中低压缸中定熵膨胀做功（ 2-2′：乏汽在凝汽器中定压定温放热（2′:排气压力下的饱和水） 2′：乏汽在凝汽器中定压定温放热（