工程热力学 第九章 图文

结 论： ε,
2.定压加热理想循环 （Diesel循环）
例如：高增压柴油机，船用柴油机
只有等压燃烧， 没有定容燃烧
定压加热理想循环热力分析
q1 c p (T3 T2 )
q2 cV (T4 T1)
tp
1
cv (T4 cp (T3
T1) T2 )
tp
1
k 1 k1k ( 1)
结论：ε,
tv tm tp
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
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
tv tm tp
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
pmax 和 q1 相同
q1 q1,V q1, p cV (T3 T2 ) c p (T4 T3 )
tm
1
cv (T3
cv (T5 T1 ) T2 ) c p (T4
T3 )
1
(T3
T5 T1 T2 ) k(T4
T3 )
混合加热理想循环热力分析
tm
1
cv (T3
cv (T5 T1 ) T2Fra Baidu bibliotek) c p (T4
柴油机的常用压比
k=1.4
柴油机，不受空气压缩的限制。采用 14~20级压缩：重型机械
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
q1 和 相同
t
1
q2 q1
1 T2 T1
q2v q2m q2p
T 2
1
3v 3m 3p 4p
4m
4v
tv tm tp
s
平均温度法
活塞式内燃机各种理想循环热力比较
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 可逆理论循环
分析可逆循环 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
分析循环的步骤：
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 是不可逆的，且十分复杂。为了进行热 力分析，需要建立实际循环相对应的热 力学模型，即理想的可逆循环代替实际 不可逆循环。如将实际不可逆的燃烧过 程简化为可逆的吸热过程…
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸入空气
p3
1—2′多变压缩
2
一般n =1.34~1.37
2'
p2′=3~5MPa t2'=600~800℃
柴油自燃t =335℃
p0
0
1
2′ 喷入柴油
V
2 开始燃烧
2—3 迅速燃烧，近似 V
p↑5~9MPa
四冲程高速柴油机工作过程
3—4 边喷油，边膨胀
p3 4
近似 p 膨胀
结论：ε
ε=v1/v2
定容加热理想循环热力分析
t
1 T2m T1m
循环最高温度不变， ε
ε不变， 不变
q1wnet
汽油机的常用压比
Typical Compression Ratios for Gasoline Engines
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
方法： 1）第一定律分析法
数量的角度 2）第二定律分析法
品质的角度
以气体动力循环为例：
熵分析法 火用分析法
工作流体 气体性质
理想气体 燃烧 与空气相同 排气
从高温热源吸热 向低温热源放热
9-2 活塞式内燃机循环
活塞式内燃机分类：
按燃料：煤气机、汽油机和柴油机； 按点火方式：点燃式和压燃式； 按冲程：四冲程和二冲程
燃烧室(combustion chamber)
燃气轮机(gas turbine)
特点
1.开式循环(open cycle)，工质流动； 2.运转平稳，连续输出功； 3.启动快，达满负荷快； 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率
第九章 气体动力循环
能源与动力学院 毛军逵
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。
9－1 循环分析的目的与 一般方法
一、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。
t
1
q2 q1
1 T2 T1
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
9-3 燃气轮机装置循环
一、燃气轮机装置简介
用途： 航空发动机/尖峰电站/移动电站/大型舰船
构成
压气机(compressor)
T3 )
1
(T3
T5 T1 T2 ) k(T4
T3 )
压缩比：ε=v1/v2 定容增压比：λ=P3/p2 定压预胀比：ρ＝v4/v3
反映气缸容积 反映供油规律
tm
1
k 1[(
k 1 1) k(
1)]
推推看？
混合加热理想循环热力分析
tm
1
k 1[(
k 1 1) k(
1)]
ε=v1/v2 λ=P3/p2 ρ＝v4/v3
ε=v1/v2 ρ＝v4/v3
3. 定容加热理想循环 （Otto循环）
例如煤气机、汽油机
燃烧过程在接近 定容的过程下完成
没有一边燃烧 一边膨胀的定压过 程
定容加热理想循环热力分析
q1 cV (T3 T2 ) q2 cV (T4 T1)
tv
1
(T4 (T3
T1) T2 )
tv
1
1
k 1
分析循环的步骤：
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。
4. 探讨提高循环效率的途径 5. 对理想循环的计算结果引入必要的修正
分析动力循环的一般方法
5
开口闭口循环 3. 燃烧外界加热
p0 0
1’ 1
4. 排气向外界放热
5. 多变绝热
V
6. 不可逆可逆
7. 开式循环闭口循环
1、理想混合加热循环（萨巴德循环）
p
T
4
3
4
3
2
5
2
5
1 1
v
s
分析循环吸热量，放热量，热效率和功量?
混合加热理想循环热力分析
t
wnet q1
1 q2 q1
q2 cV (T5 T1 )
2
t4可达1700~1800℃
2'
5
4 停止喷柴油
p0
1'
4—5 多变膨胀
0
1
p5=0.3~0.5MPa t5500℃
V
5—1′ 开阀排气， V 降压
1′—0 活塞推排气,完成循环
四冲程高速柴油机的理想化
1.工质定比热、 理想气体、
p3 4
工质数量不变
2
P-V图p-v图
2’
2. 0-1和1’-0抵消