工程热力学第十章 动力循环
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燃 气 轮 机
内燃机
内燃机使用气体或者液体燃料，以燃料在气缸中燃 烧时生成的燃气作为工质。活塞式内燃机分为点燃式内 燃机（汽油机）和压燃式内燃机（柴油机）。相应的内 燃机理论循环分为定容加热循环、定压加热循环和混合 加热循环。
汽 油 机
柴 油 机
一、定容加热循环
定容加热理想循环是汽油机实际工作循环的理想化， 又称奥托循环。
1cv(T4T1) 1T1(T4T11)
cv(T3T2)
T2(T3T21)
v3=v2，v4=v1，故
T2 T1
vv121
T3 T4
vv431
T2 T3 , T1 T4
T4 T3 T1 T2
t
1 T1 T2
1 1
T2 T1
1
1
v1 v2
1
1
1 k1
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
h3)
(h1 h6 ) (h1 h2 ) (h1 h3) (h1 h6 )
第三节 热电循环
一、背压式热电循环 排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机
二、调节抽气式热电循环
第四章 内燃机循环
气体动力循环按热机的工作原理分类，可分为内燃 机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的燃烧过程在热机 的汽缸中进行，燃气轮机的燃烧过程在热机外的燃烧室 中进行。
工程热力学第十章 动力循环
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。
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
t
w0 q1
ห้องสมุดไป่ตู้
(h1 h6)(1a1)(h6 h8)(1a1 a2)(h8 h1 h7
h2)
二、再热循环
再热循环热效率计算
q1 (h1 h3) (h1 h6 )
q2 h2 h3
t
q1 q2 q1
(h1 h3) (h1 h6 ) (h2 (h1 h3) (h1 h6 )
1
T2 T1
p2 p1
,
1
T3 T4
p3 p4
p3 p2, p1 p4
T4 T3 , T1 T2
p2 p1
t
1
1
( 1)
由上式可见，燃气轮装置循环的热效率仅与增 压比 有关。 越大，热效率越高。一般 燃气轮机装置增压比为3~10。
增长的程度，它取决于喷入气缸的燃料量。
三、混合加热循环
既有定压加热又有定容加热：
q1 cv (T 2 T 2 ) c p (T3 T 2)
q 2 cv (T 4 T1)
v 1 压缩比 v2
v 3 定压预胀比 v2
p 2 定容升压比 p2
t,c
1
1
1
(
1)
q1 q2 q1
(h1 h3) (h2 h3 ) (h1 h3)
h1 h2 h1 h3
(h3 h3 )
三、提高朗肯循环热效率的基本途径
工质在锅炉中的吸热量和 等效卡诺循环的热效率
1
q1 3 Tds Tm1 (s6 s7 )
t
1 T2 Tm1
1、提高平均吸热温度的直接方法是提高蒸汽压 力和温度。
吸气冲程 压缩冲程 工作冲程 排气冲程
为了便于从热力学上对实际工作进行分析，需 加以合理的抽象和简化，使之成为闭口的、可 逆的理想循环。
实际工作与对应P-V图
吸热量 q 1 c v ( T 3 T 2 ) 放热量 q 2 c v ( T 4 T 1 )
循环热效率
t
1q2 q1
2、降低排汽温度。
第二节 回热循环与再热循环
一、回热循环 1、极限回热循环
2、抽汽回热循环
效率计算
a1 (1 a1 ) 1
a1h6 (1 a1 ) h9 h7
a1
h7 h6
h9 h9
a2 (1a1 a2) 1a1
a2h8 (1a1 a2)h3 (1a1)h9
a2
(1a1)(h9 h3) h8 h3
T3 v3 T2 v2
可以看出，压缩比 大，热效率高；定压预胀
比 大，则热效率低。柴油机吸入的是单纯空气，
压缩后不会发上爆燃，所以压缩比 可 以比汽油
机大，同时也只有提高压缩比，才有可能使压缩 终了的空气温度高于燃料的燃点。
柴油机的压缩比一般为14~18。
定压预胀比 表示工质在燃烧过程中比容
二、朗肯循环的能量分析及热效率
1-2中所作理论轴功：
ws,t h1 h2
3-3‘消耗轴功：
wsp h3 h3 v3 ( p1 p2 )
蒸汽在3’-1中从锅炉吸收的热量： q1 h1 h3
2-3中向冷凝器放出的热量：
q2 h2 h3
取整个装置作热力系统，有：
q w
t
w0 q1
w s,t w s, p q1
二、定压加热循环
工质吸热、放热和循环热效率：
q1 cp(T3 T2), q2 cv(T4 T1)
t
1q2 q1
1cp(T4 T1) cv(T3 T2)
11 T1(T4T11)
T2(T3T2 1)
T1 T2
v2 v1
1
1 1
,
T4 T1
v3 v2
t,p
1
1 ( 1) 1
1 (
1)
第五节 燃气轮机循环
燃气轮机主要有三部分组成：燃气轮机、压气机和燃烧 室
工质的吸热量 放热量
循环的热效率
q1 c p (T3 T2 )
q 2 c p (T4 T1 )
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
T1 (T4 T2 (T3
T 1 1) T 2 1)
内燃机
内燃机使用气体或者液体燃料，以燃料在气缸中燃 烧时生成的燃气作为工质。活塞式内燃机分为点燃式内 燃机（汽油机）和压燃式内燃机（柴油机）。相应的内 燃机理论循环分为定容加热循环、定压加热循环和混合 加热循环。
汽 油 机
柴 油 机
一、定容加热循环
定容加热理想循环是汽油机实际工作循环的理想化， 又称奥托循环。
1cv(T4T1) 1T1(T4T11)
cv(T3T2)
T2(T3T21)
v3=v2，v4=v1，故
T2 T1
vv121
T3 T4
vv431
T2 T3 , T1 T4
T4 T3 T1 T2
t
1 T1 T2
1 1
T2 T1
1
1
v1 v2
1
1
1 k1
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
h3)
(h1 h6 ) (h1 h2 ) (h1 h3) (h1 h6 )
第三节 热电循环
一、背压式热电循环 排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机
二、调节抽气式热电循环
第四章 内燃机循环
气体动力循环按热机的工作原理分类，可分为内燃 机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的燃烧过程在热机 的汽缸中进行，燃气轮机的燃烧过程在热机外的燃烧室 中进行。
工程热力学第十章 动力循环
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。
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
t
w0 q1
ห้องสมุดไป่ตู้
(h1 h6)(1a1)(h6 h8)(1a1 a2)(h8 h1 h7
h2)
二、再热循环
再热循环热效率计算
q1 (h1 h3) (h1 h6 )
q2 h2 h3
t
q1 q2 q1
(h1 h3) (h1 h6 ) (h2 (h1 h3) (h1 h6 )
1
T2 T1
p2 p1
,
1
T3 T4
p3 p4
p3 p2, p1 p4
T4 T3 , T1 T2
p2 p1
t
1
1
( 1)
由上式可见，燃气轮装置循环的热效率仅与增 压比 有关。 越大，热效率越高。一般 燃气轮机装置增压比为3~10。
增长的程度，它取决于喷入气缸的燃料量。
三、混合加热循环
既有定压加热又有定容加热：
q1 cv (T 2 T 2 ) c p (T3 T 2)
q 2 cv (T 4 T1)
v 1 压缩比 v2
v 3 定压预胀比 v2
p 2 定容升压比 p2
t,c
1
1
1
(
1)
q1 q2 q1
(h1 h3) (h2 h3 ) (h1 h3)
h1 h2 h1 h3
(h3 h3 )
三、提高朗肯循环热效率的基本途径
工质在锅炉中的吸热量和 等效卡诺循环的热效率
1
q1 3 Tds Tm1 (s6 s7 )
t
1 T2 Tm1
1、提高平均吸热温度的直接方法是提高蒸汽压 力和温度。
吸气冲程 压缩冲程 工作冲程 排气冲程
为了便于从热力学上对实际工作进行分析，需 加以合理的抽象和简化，使之成为闭口的、可 逆的理想循环。
实际工作与对应P-V图
吸热量 q 1 c v ( T 3 T 2 ) 放热量 q 2 c v ( T 4 T 1 )
循环热效率
t
1q2 q1
2、降低排汽温度。
第二节 回热循环与再热循环
一、回热循环 1、极限回热循环
2、抽汽回热循环
效率计算
a1 (1 a1 ) 1
a1h6 (1 a1 ) h9 h7
a1
h7 h6
h9 h9
a2 (1a1 a2) 1a1
a2h8 (1a1 a2)h3 (1a1)h9
a2
(1a1)(h9 h3) h8 h3
T3 v3 T2 v2
可以看出，压缩比 大，热效率高；定压预胀
比 大，则热效率低。柴油机吸入的是单纯空气，
压缩后不会发上爆燃，所以压缩比 可 以比汽油
机大，同时也只有提高压缩比，才有可能使压缩 终了的空气温度高于燃料的燃点。
柴油机的压缩比一般为14~18。
定压预胀比 表示工质在燃烧过程中比容
二、朗肯循环的能量分析及热效率
1-2中所作理论轴功：
ws,t h1 h2
3-3‘消耗轴功：
wsp h3 h3 v3 ( p1 p2 )
蒸汽在3’-1中从锅炉吸收的热量： q1 h1 h3
2-3中向冷凝器放出的热量：
q2 h2 h3
取整个装置作热力系统，有：
q w
t
w0 q1
w s,t w s, p q1
二、定压加热循环
工质吸热、放热和循环热效率：
q1 cp(T3 T2), q2 cv(T4 T1)
t
1q2 q1
1cp(T4 T1) cv(T3 T2)
11 T1(T4T11)
T2(T3T2 1)
T1 T2
v2 v1
1
1 1
,
T4 T1
v3 v2
t,p
1
1 ( 1) 1
1 (
1)
第五节 燃气轮机循环
燃气轮机主要有三部分组成：燃气轮机、压气机和燃烧 室
工质的吸热量 放热量
循环的热效率
q1 c p (T3 T2 )
q 2 c p (T4 T1 )
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
T1 (T4 T2 (T3
T 1 1) T 2 1)