工程热力学-10气体动力循环

2020年8月4日
第九章 气体动力循环
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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)
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9-2 燃气轮机装置循环
一、定压加热燃气轮机循环
燃气轮机装置循环（勃雷登循环）的组成： ①绝热压缩过程（压气机） ②定压加热过程（燃烧室、加热器） ③绝热膨胀过程（燃气轮机、气轮机） ④定压放热过程（大气、冷却器）
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循环特性：
增压比——π=p2/p1
最高温度——T3
升温比——τ= T3/T1
参数关系：
T2 T1
p2 p1
( 1) /
p3 p4
( 1) /
T3 T4
( 1) /
循环加热量：
q1 h3 h2 cp0 (T3 T2 )
循环放热量：
q2 h4 h1 cp0 (T4 T1)
所以 w0 (ws )T (ws )c
c
p0
T3
1
1
( 1) /
T1
( 1) /
1
( 1) /
当
max, w0
①压缩比相同、放热量相同
Tm1,V Tm1 Tm1, p Tm2,V Tm2 Tm2, p
t,V t t, p
②最高压力相同、最高温度相同
Tm1, p Tm1 Tm1,V
Tm2,V Tm2 Tm2, p
t, p t t,V
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例9-1 (p160-162) 本章作业 9-1, 9-2, 9-5
1 T1 T2
Why? t 但ε= 6.5～11 .
随着压缩比的提高，点燃式内燃机的热效率增大。 实际上，当压缩终了的温度及压力超过一定的限度时，点燃式内 燃机如汽油机等会产生不正常的爆燃现象，因此压缩比不能过高， 一般汽油发动机的压缩比在6.5～11之间。
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柴油机的压缩比一般在14～20之间。
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混合加热循环热效率
t
1
q2 q1
1
1
1
(
1 1) (
1)
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二、定容加热循环（奥托循环, Otto Cycle ）
1
w0
p1v1 ( 1
1)( 1
1)
t
1
1
1
f (,)
第九章 气体动力循环
9-1 活塞式内燃机的理想循环 9-2 燃气轮机装置循环 9-3 增压内燃机及其循环 9-4 自由活塞燃气轮机装置及其循环 9-5 喷气式发动机及其循环 9-6 活塞式热气发动机及其循环 本章作业及小结
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9-1 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热循环（萨巴特循环）
循环热效率：
t
1
q2 q1
1
cp0 (T4
T1)
1
T1
T4 T1
1
cp0 (T3 T2 )
T2
T3 T2
1
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整理上式，有
t
1
1
( 1) /
可见，↑π，热效率↑。
功量—燃气轮机轴功： (ws )T h3 h4 cp0 (T3 T4 )
压气机耗功： (ws )c h2 h1 cp0 (T2 T1)
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 膨胀(作功)过程 5-1 自由排气过程
＋强制排气过程
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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
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三、定压加热循环（笛塞尔循环， Diesel Cycle ）
1
t
1
1
1
1 ( 1)
w0
p1v1 [ 1( 1
1)] (
1)]
可见： , t
, w0
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四、活塞式内燃机各种理想循环的比较
t 1
q2 q1
1 Tm2 Tm1
如果λ与ρ不变，提高ε可提高混合加热循环的 热效率，但随着压缩比的逐渐增大，热效率增长 的速率逐渐减缓。
实际上，当压缩比数值较高时，提高压缩比 不仅热效率增长较少，而且由于压缩终了压力及 燃烧终了压力太高，发动机的机件摩擦消耗的功 太多，以致发动机的实际效率无明显增加，甚至 反而减小。因此，一般压燃式内燃机的压缩比主 要按燃料可靠地起燃和正常燃烧来确定。
1
百度文库
1
1
(
1 1) (
1)
f (,, ,)
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混合加热循环热效率 thermal efficiency
t
1
q2 q1
1
1
1
(
1 1) (
1)
Question：How to improve the thermal efficiency ?
（1）压缩比的影响
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)
循环净功 w0 q23 q34 q51
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特性参数：
压缩比 compression ratio
v1
v2
升压比 pressure step-up ratio
p3
p2
预胀比 pre-expand ratio
v4
v3
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参数分析：
T1, p1 ε
T2 T1 k1
T3 T2 T1 k1
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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 )
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