工程热力学第9章

热效率ηt
h2
c pmq1tt32Th33Th22
c
p
Tt3
m t32
TT3 2
T2
cp T3 T2
q2
h4
h1
c pm
t4 t1
T4 T1
cp T4 T1
t
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
T4
T3
p4 p3
1
T1
T2
p1 p2
p4 p1 T4 T1 T4 T1 T1
1-2a 2-3 3-4a 4-1
不可逆绝热压缩 定压吸热 不可逆绝热膨胀 定压放热
压气机绝热效率
CS
wCS wC'
h2s h1 h2a h1
wC'
1
CS
h2s h1
1
h2a
h1
CS
h2s h1
燃气轮机相对内效率
T
w' t ,T
wt ,T
h3 h4a h3 h4s
w' t ,T
➢ 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环(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
（１）压缩比：压缩前的比体积与压 缩后的比体积之比，它是表征内燃机 工作体积大小的结构参数
v1 v2
（2）定容升压比: 定容加热后的压力与加热前的压力之比 ，它是表示内燃机定容燃烧情况的特性参数
以热力学第一定律为基础的“第一定 律分析法”，以能量数量为立足点,以 热效率为指标
以热力学第一定律和第二定律为依据、 从能量的数量和品质来分析，以“作 功能力损失和火用效率为其指标的第 二定律分析法”
四、简化及评价指标 假设条件 空气标准假设 排气过程与燃烧过程假设
评价标准 实际循环简化后与同温限的卡诺循环
二、定压加热理想循环(狄塞尔循环)
t
1
q2 q1
q1 cp T3 T2 q2 cV T4 T1
t
1
T4
T3
T1 T2
t
1
1
1
1
1
三、定容加热理想循环(奥托循环)
q1 cV T3 T2 q2 cV T4 T1
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
t
1
1
1
1
t
1 q2 q1
1 T3
T5 T1
T2 T4
T3
利用、、表示t
1 2
有
T2
T1
v1 v2
1
T1 1
23
有
T3
T2
p3 p2
T1 1
34
有
T4
T3
v4 v3
T1 1
5 1
有
T5
T1
p5 p1
T5 T1
t
1 1
1
1
1
a) t
b) t c) t
p3 p2 （3）定压预胀比: 定压加热后的比体积与加热前的比体积 之比，它是表示内燃机定压燃烧情况的特性参数
v4 v3
循环热效率
t
wnet q1
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
第九章 气体动力循环
➢ 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
实际循环（复杂不可逆）
抽象、简化 分析
指导改善
可逆理论循环 吸热、放热、作功、热效率 实际循环
三、分析动力循环主要采用两种方法
k 1
k ,
T3
T1 T4s
T1
i
T T3 T4s
T2s T1
CS
T3
T1
T2s
CS
T1
k 1
T
k
1
CS
1 1
k 1 k
1 CS
➢ 提高燃气轮机装置循环热效率的措施
极限回热
q1回 c p T3 T5
循环净功不变
q2回 c p T6 T1
回热度
h7 h2
h4 h2
燃烧室为定压燃烧，压缩、膨胀过程与绝热 相近．故定压燃烧燃气轮机装置的理想循环组成 如下：绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定压放 热
过程1-2 过程2-3 过程3-4
等熵压缩（压气机内） 循环增压比 p2
p1
定压吸热（燃烧室内） 循环增温比 T3
等熵膨胀（燃气轮机内）
T1
过程4-1 定压放热（排气，假想换热器）
比较 循环内部热效率
➢ 活塞式内燃机实际循环的简化
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
假设： 空气标准假设 闭式理想循环 理想循环种类 定容加热，定压加热，混合加热
四冲程柴油机示功图
定压燃烧柴油机，定容燃烧汽油机
平均有效压力
循环净功／气缸排量
1
➢ 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 q1p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
二、循环最高压力和最高温度相同时的比较
q2 p q2m q2v q1p q2m q2v
tp tm tv
➢ 燃气轮机装置循环
一、燃气轮机装置简介 是一种以空气及燃气为工质的热动力设备
T
h3 h4s
h4a h3 T h3 h4s
燃气轮机热效率
wnet wt,T wc T h3 h4s
1 CS
h2s h1
q
h3
h2a
h3
h1
1
CS
h2s h1
i
wnet q
T
h3 h4s
h2s h1 CS
h3
h1
h2s CS
h1
T2s
T3
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➢ 习题
某定压加热燃气轮机装置理想循环,参数如 下:p1=10150Pa,T1=300K,T3=923K,π=6.试求： ⑴q1,q2;⑵ 循环功wnet;⑶ 循环热效率;⑷ 平均吸 热温度和平均放热温度．k=1.4,cp=1.03kJ/(kg·K)
➢ 习题
内燃机混合加热理想循环.已知p1=0.097MPa, t1=28℃,V1=0.084m3,压缩比为15,循环最高压力 p3=6.2MPa,循环最高温度t4=1320℃,工质视为空 气．试计算：⑴循环各状态点的压力、容积和温 度；⑵循环热效率；⑶同温度范围内的卡诺循环 热效率．
其中k=1.4,Cv=718J/(kg·K),Cp=1005J/(kg·K)
T7 T2
T4 T2
➢ 喷气式发动机简介
3
定压燃烧喷气式发动机
的理论循环及实际循环
6 与燃气轮机装置定压加
2
4 热循环相同
5
注意：压缩和膨胀过程
都分两段
1—5 扩压管压缩，5—2 压气机压缩 2—3 定压燃烧， 3—6 燃气轮机膨胀作功 6—4 喷管绝热膨胀作功,加速 4－1定压排气
0
p3 p2
T3 T2
T3 T2 T2
t
1 T1 T2
1
1
1
热效率分析
t
1 T1 T2
1
1
1
a) t t与T3无关 b) 一定 q1 wnet t不变 c) 一定，取某值wnet wmax d) wnet与 及的关系
由c)wnet
1
cpT1
1
1
1
➢ 燃气轮机装置的定压加热实际循环
简化原则为:
进、排气压力相同，进排气推动功相抵消，把 开式循环变成闭式循环 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程（定 容和定压），把排气过程看成向低温热源可逆定容 放热过程 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 把循环工质简化为空气，且作理想气体处理， 比热容取定值
优点： 其热能转变为机械能的过程是在燃气轮机中实现，
它是一种旋转式热力发动机，转速可设计很高，且工作过 程连续．可在设备重量小，尺寸小的条件下发出很大功 率．
缺点：叶片材料、设计、加工、装配要求很高．
用途：飞机、舰船的动力载荷机组,电站机组等．
二、燃气轮机装置定压加热理想循环 定压燃烧燃气轮机装置流程示意图如下: