热力循环与热工设备简介

q2cvT4T1
2
4
热效率
1
t
wq1q2
q1
q1
1q2 q1
s
定压加热循环的计算
热效率
t
1
k 1 k1k( 1)
t
当 不变 t 当 不变 t
已被淘汰
1.5
2 2.5
§5-2 活塞式内燃机循环比较
比较的条件
压缩比 反映气缸结构尺寸、工艺材料 吸热量 q 1 反映作功量（马力）
煤油机 kerosene oil engine
航空
气体动力循环分类
按点燃方式：点燃式 spark ignition 压燃式 compression ignition
按冲程数： 二冲程 two-stroke 四冲程 four-stroke
动力循环研究方法
实际动力循环非常复杂 不可逆，多变指数变化，燃烧等
1
热效率
s
t
w q1 q2
q1
q1
1q21 T5T1
q1 T3T2kT4T3
定义几个指标性参数
p
3
2
Compression ratio 压缩比
v1
4
v2
反映 气缸 容积
5
定容增压比
p3 p2
1
预胀比 v 4
v Cutoff ratio v 3
反映 供油 规律
理想混合加热循环的计算
热效率
废气
Exhaust valve
吸气 Intake
压缩 Compression
膨胀 Expansion
排气 Exhaust
四冲程高速柴油机工作过程
下止点 Bottom dead center 上止点 Top dead center
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸空气
p3
1—2’ 多变压缩
一般n=1.34~1.37
2 2’
p2’=3~5MPa t2’=600~800℃
2’
柴油自燃t=335℃ 喷柴油 Autoiginition
p0
0
1
2 开始燃烧
V
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
t4可达1700~1800℃
2 2’
4 停止喷柴油
5
q1 T 3T 2
定容加热循环的计算k1
热效率
T2 TT1
v1 v2
t
1 T4 T3
T1 T2
1
T1
T4 T1
T2
T3 T2
1
1
1 T1 T2
2
1
11
k 1
v1 v2
T3 T4 3 4
s
1
1
k 1
定容加热循环的计算
t 1k11kk11
1
tBaidu Nhomakorabea
1
1
k 1
k
t
汽油易爆燃
一般汽油机 510
柴油机14 21
一般柴油机效率高于汽油机的效率
但汽油机小巧
柴油机与低速柴油机循环图示
p 3
2
4 5
1
v 柴油机，压燃式
p
1
2
3
4
1
v 低速柴油机，压燃式
定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)
p
T
3
2
3
4
1
2
4
1
v
s
定压加热循环的计算
吸热量
q1cpT3T2
T
3
放热量(取绝对值）
V
5. 多变绝热
6. 不可逆可逆
理想混合加热循环（萨巴德循环） (Sabathe) Dual cycle
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
理想混合加热循环的计算
吸热量
T
q 1 c vT 3 T 2 c pT 4 T 3
4 3
放热量(取绝对值）
2
5
q2 cvT5T1
最高压力 p m a x 反映材料耐压、壁厚、成本 最高压力 T m a x 反映材料耐温
比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热
t
1
q2 q1
和 q 1 相同
T
q2v q2mq2p 2
tv tmtp
平均温度法
1
3v 3m 3p 4p
4m 4v
s
p m ax
和
T
m
a
相同
x
t
1
q2 q1
T
3
q 2 相等
4
1
5 1
v
柴油机与汽油机动力循环图示
p 3
2
4 5
1
v 柴油机，压燃式
p 3
2
1
4
1
v 汽油机，点燃式
定容加热循环（奥图OTTO循环)
p 3
T
3
2
2
4
4
1
1
v
s
定容加热循环的计算
吸热量
T
3
q1cvT3T2
放热量(取绝对值）
2
4
q2cvT4T1
1
热效率
s
t
wq1q21q21T 4T 1
q1 q1
t 1T3T2T5kTT14T3
T
v
pv
1
v p2v
34 23
3
4 5
T2
T1
v1 v2
k1
T1k1
2 1
T3
p3 p2
T2
T1k1
T4
v4 v3
T3
T1k1
s
理想混合加热循环的计算
热效率
T
t 1T3T2T5kTT14T3
4 3
5
T5 vv54k1T4 pp15T1kT1
2 1
t 1k11kk11
s
各因素对混合加热循环的影响
t 1k11kk11
1、当 、 不变
k
t
t
受气缸材料限制
一般柴油机 1421
潜艇用氦气，k=1.66
k 1.4 k 1.3
k 1.2
各因素对混合加热循环的影响
t 1k11kk11
2、当 不变
p
t
t
3
t
2
注意：
图示的研究方法
1.5
2
不必记忆 t 的复杂式 3
气体动力循环分类
活塞式 piston engine
按结构
汽车，摩托，小型轮船
叶轮式 Gas turbine cycle
航空，大型轮船，移动电站 联合循环的顶循环
气体动力循环分类
汽油机 petrol (gasoline) engine
小型汽车，摩托
按燃料 柴油机diesel engine
中、大型汽车，火车， 轮船，移动电站
作业
5-1 5-2
第五章 热力循环 与热工设备简介
编辑ppt
2
热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
研究目的：合理安排循环，提高热效率
按工质
气体动力循环：内燃机 ICE
空气为主的燃气 按理想气体处理
蒸汽动力循环：外燃机 ECE
水蒸气等 实际气体
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。
§5-1 内燃机的基本构造及循环
一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）
high-speed diesel engin
四冲程柴油机工作原理
Air 空气
Fuel 油
Intake valve
Exhaust gas
q1p q1mq1v
tp tmtv
2p
2m
4
2v
1
s
p m a x 和 q 1 相同
4—5 多变膨胀
p0
1’
p5=0.3~0.5MPa
0
1
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
p3 4
定比热理想气体
工质数量不变
2
P-V图p-v图
2’
2. 0-1和1’ -0抵消 开口闭口循环
3. 燃烧外界加热
p0 0
5 1’
1
4. 排气向外界放热