上海交大工程热力学(第四版)课件 第9章 气体动力循环
工程热力学第8-9章
∂w c =0 ∂p2
p2 = p1 p3 p2 p3 = p1 p2
pm+1 pm
π1 = π2 =⋅⋅⋅ = πi =⋅⋅⋅ = πm = m
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
优 点：
（1）减小耗功; 减小耗功; 每级功耗相等，利于曲轴平衡； （2）每级功耗相等，利于曲轴平衡； 每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； （3）每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； 每级排热相同； （4）每级排热相同； 提高容积效率。 （5）提高容积效率。
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
wC,s h2s − h1 QηC,s = = ′ wC h2 − h1 1 h2 = h1 + h2s − h1
′ ∴wC =
1
QηT =
′ wt,T
ηC,s
(
)
ηC,s
(h
2s
− h1
)
wt,T
′ ∴ wt,T = ηT h3 − h4s
(
h3 − h4 = h3 − h4s
h4 = h3 − ηT h3 − h4s
(
)
)
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
′ wnet ηi = ′ q1
′ ′ ′ wnet = wt,T − wC = ηT h3 − h4s −
(
)
1
ηCs
(h
2s
− h1
)
′ q1 = h3 − h2 = h3 − h1 −
整理
ηi = ηT ( h3 − h4 ) −
燃烧室 废 气
燃 燃 气 空 气 气 轮 机
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
工程热力学-09 气体动力循环
气体动力循环
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
吉恒松
混和加热循环 活塞式内燃机 定容加热循环
定压加热循环
燃气轮机装置
定压加热燃气轮机循环 回热循环 采用多级压缩中间冷却的回热循环
目的
按照循环过程性质，确定参数间的关系 写出循环热效率关系式 分析参数变化对循环热效率的影响
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
T2
T1
(
v1 v2
) k 1
T1 k1
T3
T2
p3 p2
T2
T1 k1
T4
T3
v4 v3
T3
T1 k1
T5
T4
(
v4 v5
)k 1
T4
(
v3 v1
)k 1
T4
(
)k
1
T1 k
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
3 Ws
汽轮机 4
燃气轮机装置示意图
闭式燃气轮机装置示意图
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
13
一、定压加热燃气轮机循环
2
1、循环的四个过程
①可逆绝热压缩过程1-2 （压气机） 压气机 ②可逆定压加热过程2-3 （燃烧室） ③可逆绝热膨胀过程3-4 （燃气轮机）1 ④可逆定压放热过程4-1 （大气中） 空气
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
20
1)
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
5
t
1
1
k 1
(
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第9~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第 4 版）章节题库
第 9 章 气体动力循环
一、选择题 1．若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则（ ）。 A． B． C． D．不定 【答案】D
【解析】热机的内可逆循环热效率
，对于活塞式内燃机三
图 9-1
4．反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
答： v2 ， p3 ， v4 。
v1
p2
v3
六、综合分析题 1．有一定压燃烧内燃机，其输出功率为 3700kW。燃料热值为 4.65×104kJ／kg，假 定可将循环简化为空气的定压加热理想循环，循环压缩比为 14，预胀比为 2，求燃料消耗 量。空气比热容取定值，Rg＝287J／（kg·K），k＝1.4。 解：定压加热活塞式内燃机理想循环中，1-2 为等熵压缩过程
4．某燃气轮机装置定压加热循环如图 9-4 所示，循环增压比π＝7，增温比τ＝4，压
气机吸入空气压力
。压气机绝热效率
，燃机轮
机相对内效率ηT＝0.92，若空气取定比热容，其 ＝1.03 KJ/（kg·K）、 ＝0.287 KJ/
（kg·K），k＝1.3863。
试求：（1）装置内部热效率ηi，循环吸热量 q1 和放热量 q2；（2）压气机及燃气轮机中
燃气轮机过程中熵产为 0.098kJ／（kg·K）。工质可视为理想气体，且燃气性质近 似空气，
求：（1）循环热效率；（2）若回热度为 0.7，循环热效率是多少？
解： （1）循环热效率
图 9-3
所以
7 / 83
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
工程热力学-10气体动力循环
柴油机的实际示功图
实际循环：
0-1 进气过程 1-2 压缩过程 2-3-4 燃烧过程 4-5 膨源自(作功)过程 5-1 自由排气过程
＋强制排气过程
2020年8月4日
第九章 气体动力循环
2
实际循环的理想化： 1. 把热力过程理想化→理论示功图 ①进气过程→0-1定压吸气 ②压缩过程→1-2定熵压缩 ③燃烧过程→2-3定容加热＋3-4定压加热 ④膨胀过程→4-5定熵膨胀 ⑤排气过程→5-1定容排气＋1-0定压排气
2020年8月4日
第九章 气体动力循环
6
w0 q23 34 q51
p1v1 { 1[( 1) ( 1)] ( 1)} 1
可见 , , w0
混合加热循环热效率 thermal efficiency
t
1
q2 q1
1
cp0 (T5 T1)
cV 0 (T3 T2 ) cp0 (T4 T3)
2020年8月4日
第九章 气体动力循环
3
2. 把工质看做理想气体 3. 把开口系统简化为闭口系统 （进排气功近似相等，相互抵消）
混合加热循环 （萨巴特循环）
混合加热循环的热效率：
t
1
q2 q1 q1
cV 0 (T3
cV 0 (T5 T1) T2 ) cp0 (T4
T3 )
2020年8月4日
ρ
T4 T3 T1k1
T5
T4
(
)k 1
T1
k1(
)k 1
T1 k
能量分析：
吸热量 q23 u23 cV 0(T3 T2) q34 h34 cp0(T4 T3)
q1 q23 q34
放热量 q2 q51 u51 cV 0(T1 T5)
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
热工基础与应用 (第4版)课件：气体动力装置及循环
２ s
循环热效率
s 5 １v
t
w0 qH
1 qL qH
1
cv (T5 T1)
cv (T3 T2 ) cp (T4
T3 )
定义三个参数
压缩比 v1
增压比
v2
定压预胀比 v4
v
p3
p2
T
4
p
v3
２
5
v
１
s
热工基础与应用
热效率的表达式如下
T 3” 3’ 3 2”
压气机耗功 wC h2 h1 cp (T2 T1)
循环净功 w0 qH qL wT wC
2’
4
2
4’
4”
1
s
m
n
热效率 t
t
1
qL qH
1
1 T1 T2
1 1 1
cp (T4 cp (T3
T1) T2 )
1 T1 T2
T4 T1
T3 T2
1
循环放热量 qL cv (T4 T1)
循环净功
循环热效率
w0 qH qL w234 w21
t
w0 qH
1 qL qH
1 cv (T4 T1) cp (T3 T2 )
t
1
1 1 ( 1)
p
２３ s
s
４ １v
T
3
p
２
4 v
１
s
热工基础与应用
四、三种理想循环的比较
1、压比ε相同、吸热量 qH 相同的比较 面积23562=面积22’3’5’62=面积23”5”62=q1 面积14561<面积14’5’61 <面积14”5”61
《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》(第四版)配套教学课件
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强 传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料 可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、 熵、吉布斯自由能等，可用 于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工 程应用中发挥重要作用，例 如制冷剂、燃料和化学反应 过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应 速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四 版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体 验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲 解，使学生更容易理解和掌握。
hd by h d
课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。
工程热力学讲义第9章[1].doc
![工程热力学讲义第9章[1].doc](https://img.taocdn.com/s3/m/5dcde12e53ea551810a6f524ccbff121dd36c5a5.png)
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。
《气体动力循环》ppt课件
(4)定容回热过程 ：动力活塞1 位于其下死点，配气活塞2从其下 死点上移。使膨胀腔内工质经连 通管流入紧缩腔。此时工质容积 不变，并在流过回热器3时向回热 器放热，降低温度。当配气活塞2 移至其上死点时，工质全部进入 紧缩腔，定容回热过程终了。
活塞式热气发动机的热力循环及热效率
活塞式热气发动机理想循环：
v1 v2
RgTmaxln
v4 v3
在活塞式热气发动机中，v1＝v4，v2＝v3，故可得到
t
1
Tmin Tmax
即在一样温度范围内，活塞式热气发动机理想循环热效率与卡诺循 环热效率一样。因此，该循环以及类似的与卡诺循环有一样热效率 的一类理想循环称为概括性卡诺循环。
压气机耗功： (w s)ch2h1cp0(T2T 1)
所以 w0(ws)T(ws)c
cp0 T3 1(1 1)/ T1
(1)/1
(1)/
当
maxw, 0
T1 T3
循环净功有极大值。
二、燃气轮机的实践循环
压气机耗功： 燃气轮机轴功：
(ws )c
h2 h1
c,s
(w s)TT(h3h4)
理想化： 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 ②紧缩过程→1-2定熵紧缩 ③熄灭过程→2-3定容加热＋3-4定压加热〔外热源加热〕 ④膨胀过程→4-5定熵膨胀 ⑤排气过程→5-1定容放热＋1-0定压线 2. 工质以理想气体对待
工程热力学(高教社第四版)课件 第9章2
9-6 燃气轮机装置循环用途：航空发动机尖峰电站移动电站大型轮船燃气轮机装置燃气轮机的利用燃气轮机装置简介燃气轮机示意图和理想化(布雷顿循环)23燃烧室工质：数量不变，定比热理想气体2）闭口⇒3）布雷顿循环（Brayton Cycle )图示s12341234布雷顿循环的计算Ts1234吸热量：()1p 32q c T T =−放热量：()2p 41q c T T =−热效率：12241t 1113211w q q q T T q q q T T η−−===−=−−布雷顿循环热效率的计算s1234热效率：t 12111k kp p η−=−⎛⎞⎜⎟⎝⎠循环增压比21p p π=111k kπ−=−πtηktη布雷顿循环净功的计算s1234循环增温比31T T τ=()()324134211111p p p w c T T c T T T T T c T T T T =−−−⎛⎞=−−+⎜⎟⎝⎠净1111k k k kp c T ττππ−−⎛⎞=−−+⎜⎟⎝⎠对净功的影响s123431T T τ=1111k k kkp w c T ττππ−−⎛⎞=−−+⎜⎟⎝⎠净3’4’当不变π不变τw 净但T 3 受材料耐热限制111t k kηπ−=−τ对净功的影响s31T T τ=1111k k kkp w c T ττππ−−⎛⎞=−−+⎜⎟⎝⎠净当不变τ太大πw 净π3T 太小πt ηt ηw 净存在最佳，使最大πw 净111t k kηπ−=−1T最佳增压比（w 净）的求解s1111k k kkp w c T ττππ−−⎛⎞=−−+⎜⎟⎝⎠净令opt π3T 2(1)opt ()k k w πτ−=净1T 0w π∂=∂净最大循环净功()211opt p w c T τ=−9-7 燃气轮机装置的定压加热实际循环s1234压气机：绝热压缩燃气轮机：绝热膨胀2’4’'21c 12h h h h η−=−定义：'34oi 34h h h h η−=−燃气轮机的实际循环的净功Ts12342’4’()()'''314221oi 34cw h h h h h h h h ηη=−−−−=−−净净功吸热量''2113312ch h q h h h h η−=−=−−'21c 12h h h h η−=−'34oi 34h h h h η−=−'21c 12h h h h η−=−燃气轮机的实际循环的热效率s12342’4’1'''111111oik ckk c kw q τηηπητηπ−−−==−−−净t 热效率影响燃气机实际循环热效率的因素1'''111111oik ckk c kw q τηηπητηπ−−−==−−−净t·oi ηc η'tη·π一定，τ't η·τ一定，有最佳()'opt t πη·τ()'opt t πη右移和的关系()'opt tπη()'optw π净()'optw π净()'opt tπη()'opt wπ净tητπ受材料耐热限制取最佳()'opttπη有无其它途径2T 4T 4 500o C 1344p T 4>T 2回热一、回热9-8 提高燃气轮机装置循环热效率的措施布雷顿循环回热示意图234压气机燃气轮机燃烧室回热器4R2A回热在Ts 图上的表示21344R2R2A回热度2222A R h h h h σ−=−0.6~0.9t t 1w q ηη=>净回简2R 4R 2A压气机间冷的图示23燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62’压气机间冷在Ts 图上的表示21342’65AB t 1w q η=净间1234162’256联合工作？压气机间冷热效率的推导A B tA 1A tB 1B t 1A 1B 1A 1B 1A 1B tA tB 1A 1B 1A 1Bw w q q q q q q q q q q q q ηηηηη++==++=+++净净间tA tBηη>tA tBt ηηη>>间tA tB ηη<tA tB t ηηη<<间tA tBηη=tA tBt ηηη==间间冷＋回热示意图3燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62’回热器4R 2R间冷＋回热在Ts 图上的表示21342’65t t 1w q ηη=>净间+回简4R2R再热示意图23压气机燃气轮机燃烧室1燃烧室23’5再热在Ts 图上的表示2133’4’4t t ηη<再简w w >再简5结论：再热＋回热示意图123压气机燃气轮机燃烧室2回热器燃烧室14R2R53’再热＋回热在Ts图上的表示2 133’4’454R2R2t+t11qqηη=−>再回回w w>再+回回再热+间冷+回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器间冷器燃烧室12R4R结论：再热+间冷+回热在Ts 图上的表示3T s 214t t +1w q ηη=>净再+间+回再回t t t t ηηηη>>>再+间＋回再+回回简w w w w >>=再+间＋回再+回回简+w w >再+间+回再回2R4R无穷多级的极限情况2 13 4两个等温过程两个等压过程+回热概括性卡诺循环2~3第9章小结活塞式内燃机循环：燃气轮机循环：提高热效率的手段：t ηη=简124w 净1’2’0 w=净动力循环的一般规律:热能代价以作功为目的升压是前提加热是手段作功是目的放热是必须顺序不可变步骤不可缺。
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
《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(沈维道_童钧耕主编)第四版-全书完整课件_第九章
p
dv dT
cV
u v
T
p
dv dT
若为理想气体
u f T
u
v
T
0
dp 0
dv du pdv d h pv pdv dh vdp
cp
cV
p dT
dT
dT
dT
dT
cp
13
1.利用真实比热容(true specific heat capacity)积分
q
T2 T1
cndT
面积amnba
附表4
2.利用平均比热容表(mean specific heat capacity)
q
T2 T1
cndT
cn
(t t2
t1 2
t1)
c t2 n t1
q t2 t1
21
若为任意工质
uab ? cV Tb Ta uac , uad ?
hac ? cp (Tc Ta ) hab , had ?
对于理想气体一切同温限之间的过程Δu及Δh相同,且均可用
cV ΔT及cp ΔT计算; 对于实际气体Δu及Δh不仅与ΔT 有关,还与过程有关且只有
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
14
而
T
cn
T 0
0 cndT T 0
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其w→wnet,max
2）τ上升，即T3上升，使取得 wnet,max 的π 上升，ηt上升，所以 提高T3 能带动wnet,max 及ηt同时升 高。
32
9–6 燃气轮机装置定压加热实际循环
一、定压加热的实际循环
1-2 2-3 3-4 4-1 不可逆绝热压缩； 定压吸热； 不可逆绝热膨胀； 定压放热。
1．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 )
T1 T2
1
1
注意：式中T1、T2并非指高温 热源，低温热源。
1
29
2.分析
t 1
T1 T2 1 1
1
a) t
t 与 T3 无 关
？
b) 一 定
q1
w net
t不 变
30
c ) 一 定 ， 取 某 值 w net w m ax
s
h 2 h1
1
C ,s
h
2s
h1
T
w t,T w t ,T
s
w t,T T h3 h 4
s
h 4 h3 T h3 h 4
34
三、燃气轮机装置的内部热效率 (internal thermal efficiency)ηi
p1 v1 p 2 v 2 ； p 5 v 5 p 4 v 4
两式相除，考虑到
p4 p3
v1 v 5
v2 v3
p5
p3 v4 p4 v4 p1 p 2 v3 p 2 v3
T 5 T1 p5 p1
二、定压加热理想循环 （constant-pressure combustion cycle， Brayton cycle）
1-2 等熵压缩（压气机内）
p2 p1
循环增压比（pressure ratio） 2-3 定压吸热（燃烧室内）
T3 T2
循环增温比（temperature ratio） 3-4 等熵膨胀（燃气轮机内） 4-1 定压放热（排气，假想换热器）
v1 v2 p3 p2
q 1 cV T 3 T 2
q 2 cV T 4 T1
1 t 1
t 1
q2 q1
1
T 4 T1 T3 T 2
1 1
1
1
1 1
T 5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
t 1
T 5 T1
T3 T 2 T 4
T3
t 1
1
1
1 1
13
讨论：
a) t
b) t
9
1. p-v图及T-s图 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) 定容增压比(pressure ratio)
v1 v2
p3 p2
定压预胀比 (cutoff ratio)
第九章 气体动力循环
Gas power cycles
9-1 分析动力循环的一般方法 9-2 活塞式内燃机实际循环的简化 9-3 活塞式内燃机的理想循环 9-4 活塞式内燃机个正理想循环的热力学比较 9-5 燃气轮机装置循环 9-6 燃气轮机装置定压加热实际循环 9-7 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施 9-8 喷气发动机简介
v4 v3
10
2. 循环热效率
t
w n et q1
w n et w1 2 w 2 3 w 3 4 w 4 5 w 5 1 w1 2 w 3 4 w 4 5
1 Rg 1 p 2 p v v Rg T T1 3 4 3 4 1 1 p1 1 1 p 5 p4
或
w net q net q1 q 2
q 1 q 2 3 q 3 4 cV T 3 T 2 c p T 4 T 3
q 2 q 5 1 cV T 5 T1
11
t 1
q2 q1
1
T 5 T1
T3 T 2 T 4
1
9–1 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） 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 抽象、简化 可逆理论循环
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
2
三、分析动力循环的方法
1. 第一定律分析法 以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。
2. 第二定律分析法 熵分析法 分析法
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 熵产 火用损 作功能力损失
火用效率
3
四、内部热效率i(internal thermal efficiency )
五、空气标准假设(the air-standard hypothesis)
气体动力循环中工作流体 燃烧和排气过程
理想气体
空气
定比热
吸热和放热过程
4
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计
9–2 活塞式内燃机实际循环的简化
一、活塞式内燃机(internal combustion engine)简介
T
2m
T
2v
T 1 p T 1m T 1v
例A470299 例A447277
21
9-5 燃气轮机装置循环
一、燃气轮机(gas turbine)装置简介
小型燃气轮机
22
轴流式燃气轮机
23
24
25
26
构成
压气机(compressor)
燃烧室(combustion chamber)
t 1
t 1
q2 q1
T 4 T1
T3 T 2
1
q 2 cV T 4 T1
1
1 1
q 1 c p T 3 T 2
1 t 1
1
1
w n et w n et , m ax
0
2 1
31
d ) w n et 与 及 的 关 系
由 c ) w n et c p T1
1
1 1 1
可见： 1）对于每一τ，均有π，
c)
t
归纳： a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重 要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。 b.利用T-s图分析循环较方便。 c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。
14
二、定压加热理想循环(Diesel cycle)
v1 v2 v3 v2
t 1
t
1
T3
利用 、 、 表示
1 2 v1 T 2 T1 v2
T1
1
2 3
T3 T 2
p3 p2
T1
1
3 4
T 4 T3
v4 v3
p5 p1
T1
1
51
T 5 T1
12
求
p5 p1
1
18
讨论： a )
t
b ) ; t 不 变 ， 但 w net
c ) 重负荷（q1 ）时内部热效 率下降，因温度上升使 ，造 成热效率下降
19
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
q1 v q1 m q1 p
q2v q2m q2 p
tv tm tp
或
T
2v
T
2m
T
2p
T 1v T 1m T 1 p
20
二、循环pmax、Tmax相同时的比较
q2 p q2m q2v
q1 p q 2 m q 2 v
t, p t, m t, v
或
T
2p
w net q1 q 2
c p T 3 T 2 T 4 T1
1 1 c p T1 1
δ w n et d
1
1
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比 w n et ,act T w n et i T t q1 q1 w n et t 与实际循环相当的内可逆循环的热效率 q1
T
w n et ,act w n et
其中