第八章 动力循环.
动力循环
燃料喷射停止后，燃烧随即结束，这时活 塞靠高温高压燃烧产物的绝热膨胀而继续 被推向右方而形成工作过程3-4；
排气过程4-0； 排气阀们打开，废气迅速排出，最后活塞 反向移动，继续将废气排出，排气过程为 4-0，从而完成一个实际循环。
（2）汽油机实际循环理想化
（3）能量分析及热效率的计算
（3）能量分析及热效率的计算
背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
调节抽汽式热电循环。
2、调节抽汽式热电循环
主要优点：
§10.4 内燃机循环
（1）
内燃机循环 燃气轮机循环
内燃机的燃烧过程在热机的气缸中进行。 燃气轮机的燃烧过程在热机之外的燃烧室中 进行。
（2）活塞式内燃机按燃烧方式的不同，分为：
即空气和燃料的混合物在气缸内 被压缩后，用电子火化塞点燃。
v1 v2 称为压缩 比，>1,表示工 质在燃烧前被压 缩的程度。
对于一般的汽油机， 7 - 9。
定容燃烧汽油柴油机压缩比的提高受到限制， 因而限制了其热效率的提高。
压缩比↑，
发展了空气和燃料分别压缩的
压燃式内燃机（柴油机）。
以柴油为燃料，定压加热 理想循环是柴油机实际工 作循环的理想化，常称狄 塞尔（Diesel）循环
（或称柴油机）
即空气在气缸内被压缩后，喷入 燃料，利用被压缩的高温空气的 温度直接将燃料点着燃烧。
（3）从热力过程的角度来分：
1、定容加热循环
（吸气过程中，气阀节流， 略低于大气压力）
（由于排气阀的阻力，排气压力略高于大气压力）
（1）
（2）
（3）
定熵膨胀做功
,t 。
但是，因为压缩比并不能任意提高， 压缩比越大，压缩终了温度过高，易 爆燃，对活塞和气缸造成危害。
工程热力学培训之气体动力循环
为了简化计算，理想循环假设没有任何摩擦、泄露、热损失或其它形式的能量损 失。因此，理想循环效率是一个理论上的最大值，实际循环效率通常会低于这个 值。
实际循环效率与损失分析
实际循环效率
实际气体动力循环过程中，由于各种原因（如摩擦、泄露、 热损失等）会导致能量损失，从而影响循环效率。实际循环 效率通常低于理想循环效率。
理想气体状态方程
气体性质
描述气体状态变化的基本方程，表示 气体的压力、体积和温度之间的关系 。
描述气体特性的物理量，如压力、体 积、温度、密度、比热容等。
真实气体与理想气体
真实气体在一定条件下可以近似为理 想气体，但理想气体模型忽略了分子 间相互作用和分子本身的体积。
热力过程与热效率
01
02
03
热力过程
余热回收
通过回收余热，减少热损失， 提高能量利用率。例如，利用 余热进行预热或发电等。
使用高效设备
采用高效的气体动力设备，如 高效涡轮机、压缩机等，可以
提高循环效率。
04
气体动力循环的应用实例
内燃机循环
总结词
内燃机循环是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、摩托车和船舶等领 域。
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损失分析
为了提高循环效率，需要对各种损失进行分析。这些损失包 括机械损失（如叶轮摩擦、泄露等）、热损失（如传热温差 、热辐射等）以及不完全燃烧损失等。
提高循环效率的途径与措施
优化设计
通过改进设计，降低机械和热 损失，提高循环效率。例如， 优化叶轮形状、减小泄露、改
善传热等。
提高燃烧效率
改善燃烧条件，使燃料充分燃 烧，减少不完全燃烧损失，从 而提高循环效率。
气体动力循环课程
循环热效率分析：
定温膨胀过程3-4中工质从外部 燃烧系统得到的热量为
q1
RgTmax
ln
v4 v3
定温压缩过程1-2中工质向冷却介质放出的热量为
q2
RgTmin
ln
v1 v2
热效率
t 1
q2 q1
1
RgTmin RgTmax
ln ln
v1 v2 v4 v3
利用循环中各状态间的参数关系，可以得到
w0 cV 0T1{ 1[( 1) ( 1)] ( 1)} p1v1 { 1[( 1) ( 1)] ( 1)} 1
可见： , , w0 。
二、定容加热循环和定压加热循环
①定容加热循环（奥图循环）
特点：ρ＝1，为混合加热循环的一个特例，将ρ＝1代入混合加 热循环的热效率及循环净功的表达式，即分别有
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）
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
理想化： 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 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（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
工作过程： 喷气式发动机以一定飞行速度前进时，空气以相同速度进入。高 速气流在前端扩压管1中降速升压后进入压气机2，经绝热压缩进一 步升压。压缩空气在燃烧室3中和喷入的燃料一起进行定压燃烧。 产生的高温燃气先在燃气轮机4中绝热膨胀产生轴功用于带动压气 机，然后进入尾部喷管5中，在其中继续膨胀获得高速，最后从尾 部喷向大气。 喷气式发动机重量轻、体积小、功率大，其功率随本身运动速度 提高而增大，特别适合用做航空发动机。
工程热力学—动力循环
7 动力循环（Power Cycles）热能向机械能转换需要通过工质地循环,理想地循环是卡诺循环,但卡诺循环并不实用,其中地等温过程就难以实现.利用相变过程固然可以实现等温过程,但在吸热温度、压力方面却不遂人愿,所以实际循环与卡诺循环地差异比较大.但实际循环与卡诺循环并不是一点关系也没有,实际循环与卡诺循环一样,也有吸热、作功、放热、压缩四种过程组成,其中吸热常常伴随燃料燃烧放热.为了提高动力循环地能量转换地经济性,必须依照热力学基本定律对动力循环进行分析,以寻求提高经济性地方向及途径.实际动力循环都是不可逆地,为提高循环地热经济性而采取地各种措施又使循环变得非常复杂.为使分析简化,突出热功转换地主要过程,一般采用下述手段：首先将实际循环抽象概括成为简单可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响其循环热效率地主要因素和提高热效率地可逆措施；然后分析实际循环与理论循环地偏离之处和偏离程度,找出实际损失地部位、大小、原因及改进办法.本课程主要关心循环中地能量转换关系,减少实际损失是具体设备课程地任务,因此我们主要论及前者.7.1 内燃动力循环内燃机地燃料燃烧（吸热）、工质膨胀、压缩等过程都是在同一设备——气缸–活塞装置中进行地,结构紧凑.由于燃烧是在作功设备内进行地,所以称为内燃机.汽车最常用地动力机是内燃机,但是随着技术地进步、环境保护标准地提高与石油天然气资源紧缺,使用蓄电池、燃料电池或太阳能电池地电动汽车已经呼之欲出.目前提到汽车发动机仍然主要是指内燃机.内燃机具有结构紧凑、体积小、移动灵活、热效率高和操作方便等特点,广泛用于交通运输、工程机械、农业机械和小型发电设备等领域.它是仿照蒸汽机地结构发明地,最初使用煤气作为燃料.随着石油工业地发展,内燃机获得了更合适地燃料——汽油和柴油.德国人奥托（Nicolaus A. Otto）首先于1877年制成了实用地点燃式四1—气缸盖和气缸体；2—活塞；3—连杆；4—水泵；5—飞轮；6—曲轴；7—润滑油管；8—油底壳；9—润滑油泵；10—化油器；11—进气管；12—进气门；13—排气门；14—火花塞图7-1 单缸四冲程内燃机结构冲程内燃机,狄塞尔（Rudoff Diesel）随后于1897年制成了压燃式内燃机.20世纪30年代出现地增压技术,使内燃机性能得到大幅度提高.目前内燃机在经济性能（主要指燃料和润滑油消耗）、动力性能（主要指功率、转矩、转速）、运转性能（主要指冷起动性能、噪声和排气质量）和耐久可靠性能等方面均有了长足地进步.7.1.1 四冲程内燃机地工作原理四冲程（行程）内燃机是指由进气、压缩、作功和排气等四个冲程组成一个工作循环地往复式内燃发动机,其工作原理如图7-2所示.1）进气冲程这是内燃机工作循环地第一个冲程.开始时进气门打开,曲轴旋转180︒,活塞由上止点运动到下止点,新鲜空气被吸入气缸.2）压缩冲程进、排气门全部关闭,气缸形成封闭系统,曲轴旋转180︒,活塞由下止点运动到上止点,将气缸内地充量压缩.3）作功（膨胀）冲程气缸内高温、高压气体膨胀作功,推动活塞由上止点运动到下止点,曲轴旋转180︒,对外作功.4）排气冲程膨胀冲程结束后,排气门打开,曲轴旋转180︒,推动活塞由下止点运动到上止点,将燃烧后地废气经排气门排出气缸.四冲程内燃机经历上述工作循环,曲轴共旋转720︒.四个冲程中仅有作功冲程是活塞对外作功,其他三个冲程都需要外界驱动活塞运动.四冲程柴油机和汽油机地工作过程都包括上述四个冲程,两者在工作原理上地区别是：柴油机压缩地是单一气体（空气）,当活塞到达上止点附近时,缸内空气地压力温度很高,适时地喷入柴油,在缸内形成可燃混合气并自行着火燃烧,所以称为压燃式内燃机；汽油机图7-2 四冲程内燃机工作原理则是在气缸外形成可燃混合气,然后充入气缸,压缩终了时靠火花塞打火点燃（其压缩终了时压力温度比压燃式内燃机低得多）,所以称为点燃式内燃机1.显然活塞地往复运动必然产生很大地振动,所以单缸内燃机需要一个又重又大地飞轮来减轻振动对曲轴及轴端输出功产生地冲击1由于汽油机里被压缩的是燃料和空气的混合物，受混合气体自燃温度的限制，不能采用大压缩比，不然混合气体就会“爆燃”，使发动机不能正常工作。
动力循环
回热循环
单位质量工质抽出部分蒸汽 αKg到回热加热器
回热循环与Rankine循环比较
优点： 缺点： (1)中压蒸气和水在水加 热器中不可逆混合，损 失了部分有效能。 (2)设备增加。 利大于弊！ ！
(1)提高了水在锅炉中吸热 的温位，从而增加了蒸汽有 效能量，做功本领变大。
(2)整个循环的工质只有一 部分通过冷凝器．排往自然 环境的有效能减少。
T J p H V T V T p Cp
（1） 理想气体
J p 0 H
T
J
理想气体在节流过程中温度不发生变化； 不能用于制冷。 （2）真实气体
μJ﹥0 节流后温度降低，制冷。 μJ = 0 节流后温度不变。 μJ﹤0 节流后温度升高，制热。
现代蒸汽动力循环普遍 (3)减少锅炉热负荷和冷凝 采用这种方式。根据需 器换热面积，节省金属材料。 要，可分为多次。
是非题
1、朗肯循环效率不高的原因是因为其等温放 热过程放热量大。 2、在朗肯循环基础上实行再热，可提高循环热 效率。
3、提高新蒸汽的温度、压力和降低乏汽压力 理论上都可提高朗肯循环的热效率。
t
h1 h2 h1 h3
影响热效率 的参数？
p1, t1, p2
s
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
优点： t • T1 缺点： • 对强度要求高
•
1' 1 6'
5
4'
6
2' 2
x2'
4
3
不利于汽轮机安全。 一般要求出口乏汽干 度大于0.85~ 0.88 s
动力循环和制冷循环
在 转 化 曲 线 右 侧 ， 等
焓线上，随P↘，T↗， μJ <0，致热区 转化线上, μJ =0
μJ <0
致热区 P
29
4 积分节流效应
1 V TH V dp T Cp p1 T p
p2
（6-14）
积分节流效应的求法:三种 （1） 公式法
特点： –① 工质部分供热，部分作功 –② 供热量与乏汽无关 –③ 热电循环效率
QRH QH
QH H 1 H 7
Q RH H 6 H 2 ws 热效率 QH
ws H 1 H 2 (1 )H 2 H 3
ws Q h 能量利用参数 QH
为乏汽从汽轮机流出后进
入冷凝器，乏汽在冷凝器
2
锅炉
冷 凝 器
中放出汽化潜热而变为该
压力下的饱和水，放出的
热量由冷却水带走，达到
状态3，饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉，在锅炉
4
水泵
3
吸收热量，使工质变化到
状态1，完成一个循环。
3
问题在于： （ 1 ）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵； （ 2 ）绝热可逆 过程实际上难以实现 。 第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是郎肯循环。
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热，可 简化为可逆过程。 （5）工作介质吸热过程不同 卡诺循环：等温过程 郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着 等压线变化
5
水
定压升温 沸点 定温定压汽化 饱和蒸汽 定压升温 过热蒸汽
演示版热力循环.ppt
23 凝汽器 p 放热
2
3 给水泵
33/ 给水泵 s 压缩 发电机
3/ 45 1 锅炉 p 吸热
凝汽器 郎肯循环
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
郎肯循环pv图 p
3/ 4
51
3
2
12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
33/ 给水泵 s 压缩 3/ 45 1 锅炉
p 吸热
v
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
按燃料
汽油机 小型汽车，摩托
柴油机 中、大型汽车，火车，轮船 移动电站
煤油机 航空 按点燃方式： 点燃式，压燃式 按冲程数： 二冲程，四冲程
四冲程往复活塞式 内燃机在四个活塞 行程内完成进气、 压缩、作功和排气 等四个过程，即在 一个活塞行程内只 进行一个过程。因 此，活塞行程可分 别用四个过程命 名——进气行程、 压缩行程、作功行 程和排气行程
➢气缸工作容积 上、下止点间所包容的气 缸容积称为气缸工作容积。
➢内燃机排量 内燃机所有气缸工作容积 的总和称为内燃机排量。 ➢燃烧室容积
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
1、 朗肯循环简介
锅 炉
汽轮机
➢朗肯循环是最简 单、最基本的理想 蒸汽动力循环
发电机 凝汽器
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
给水泵
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
5 锅 炉
4
3/
1 汽轮机
12 汽轮机 s 膨胀
第八章 热力循环
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
蒸汽动力基本循环—朗肯循环(重点) 压气机循环 活塞式内燃机循环 燃气轮机装置循环 压缩蒸汽制冷循环
动力循环一般方法、装置与分析
燃气轮机相对内效率：
ηT
实 理
际 想
膨 膨
胀 胀
作 作
出＝的 wT' 功 出 的 wT功
压气机绝热效率：
ηc,s
w c,s
w
' c
动力循环的一般方法、装 置和分析
二、 燃气轮机装置的实际循环
wneatc, twT ' wc' (h3h4)(h2 h1)
1 ηT(h3h4)ηc,s (h2h1)
1
q1a,c th3h2' h3h1ηc,s(h2h1)
朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示
T
4 4
3
3
1
1
p
4
1
2 2
3
2
s
v
动力循环的一般方法、装
置和分析
朗肯循环在h-s图上的表示
h
1
2
4
3
动力循环的一般方法、装
s
置和分析
2、朗肯循环的热效率 １
•工质在锅炉内吸入热量为:
q1 h1 h4
4
•汽轮机中工质对外做功为:
3
2
Wt h1 h2
s
•冷凝器中工质对外放热为:
平均温度分析法：
动力循环的一般方法、装 置和分析
t
1
T2 T1
5、对理想循环的计算结果引入必要的修正 考虑实际存在的不可逆性对理想循环的结果 进行修正。 6、对实际循环进行热力学第二定律分析
熵分析 火用分析
动力循环的一般方法、装 置和分析
7-2 活塞式内燃机循环
一、活塞式内燃机分类：
按燃料：燃气机、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
第八节 气体的动力循环
2-3：定容吸热； 4-5：绝热膨胀；
• 该循环由于兼有定容和定压加热过程，所以称为 “混合加热循环”，也称“萨巴太循环”。
二、影响循环热效率的主要因素 （1）压缩比：压缩前的比体积与压缩后的比体积之比，它是表 征内燃机工作体积大小的结构参数。
v1 v2
（2）定容升压比: 定容加热后的压力与加热前的压力之比，它
三、提高循环热效率的途径
前提条件：
1.循环初始状态点1相同
2.对每kg工质而言,加入的热量相同
1、平均温度的概念
T b a
T1
加热过程 a-b-c ：
q1
c
q1
a b c
a b c
Tds 面积abcs s a Tds T (s s )
c a 1 c a
d
加热过程的平均进热温度：
1-2为定熵过程：
T2 v1 k 1 T1 v 2 T2 T1 k 1 ; p 2 p1
k 1
k
v1 v2
p3 p 2
v 4 v3
2-3为定容加热过程：
T3 T2 p3 p 2 T3 T2 T1
tv t tp
3、 循环的最高压力相同时的比较
q1相同，初态1相同
T
4’’
2’’ 2 2’ 1 3
4 4’
5’
Pmax
q2 t 1 q1
q 2 面积51ab5 q 2v 面积5 '1ab' 5 ' q 2 p 面积5 ''1ab'' 5 ''
5’’
5
a
《工程热力学及内燃机原理》教学大纲
《工程热力学及内燃机原理》教学大纲开课单位：汽车工程系课程代号：学分：4 总学时：64 H课程类别：限选考核方式：考试基本面向：车辆工程专业一、本课程的目的、性质及任务本课程为车辆工程专业的一门专业课。
通过本课程的学习，学生掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，能对内燃机的性能进行全面的、系统的分析，具备一定的热力学过程和内燃机主要参数的计算能力，并为以后学习机械方面的专业课程打好基础。
二、本课程的基本要求掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，掌握热力学第一定律和热力学第二定律；了解各种常用工质的热力性质；能根据热力学基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环；了解提高热效率的正确途径和措施。
了解内燃机排污、噪声、振动的知识，掌握内燃机台架试验的基本知识和基本技能。
三、本课程与其他课程的关系学习本课程前，应先修“高等数学”、“大学物理学”、“机械原理”、“汽车构造”等课程。
只有在学好上述课程的基础上才能更好的学习本课程。
四、本课程的教学内容第一部分工程热力学部分绪论（一）热能及其利用（二）热力学发展简史（三）工程热力学的主要内容及研究方法第一章基本概念（一）热能在热机中转变成机械能的过程（二）热力系统（三）工质的热力学状态及其基本状态参数（四）平衡状态，状态方程式，坐标图（五）工质的状态变化过程（六）过程功和热量（七）热力循环第二章热力学第一定律（一）热力学第一定律的实质（二）热力学能和总能（三）能量的传递和转化（四）焓（五）热力学第一定律的基本能量方程式（六）开口系统能量方程式（七）能量方程式的应用第三章理想气体的性质（一）理想气体的概念（二）理想气体状态方程式（三）理想气体比热容（四）理想气体的热力学能、焓和熵（五）理想气体混合物第四章理想气体的热力过程（一）研究热力过程的目的及一般方法（二）定容过程（三）定压过程（四）定温过程（五）绝热过程（六）多变过程第五章热力学第二定律（一）热力学第二定律（二）可逆循环分析及其热效率（三）卡诺定理（四）熵参数、热过程方向的判据（五）熵增原理（六）熵方程第六章气体的流动（一）稳定流动基本方程（二）促进速度变化的条件（三）喷管的计算（四）定熵滞止参数第七章压气机的热力过程（一）单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量（二）余隙容积的影响（三）多级压缩和级间冷却（四）叶轮式压气机的工作原理第八章气体动力循环（一）活塞式内燃机动力循环（二）活塞式内燃机各种理想循环的比较（三）斯特林循环（四）燃气轮机装置循环（五）燃气轮机装置的定压加热实际循环（六）提高燃气轮机装置循环热效率的措施第二部分内燃机原理部分第一章绪论（一）20世纪的内燃机（二）内燃机面临能源与环境的严峻挑战（三）内燃机当前的发展水平（四）面向21世纪的内燃机第二章内燃机的工作循环（一）内燃机理想循环（二）涡轮增压内燃机理想循环（三）内燃机理想循环热效率（四）内燃机实际循环（五）内燃机工作循环举例第三章内燃机的工作指标与性能分析（一）内燃机的工作指标（二）内燃机的指示参数（三）内燃机的机械损失及机械效率（四）内燃机的有效参数（五）内燃机的强化指标与强化分析（六）内燃机的热平衡（七）内燃机的热计算第四章内燃机的燃烧（一）内燃机燃烧热化学（二）内燃机缸内的空气运动（三）点燃式内燃机的燃烧（四）点燃式内燃机的燃烧室（五）压燃式内燃机的燃烧（六）压燃式内燃机的燃烧室第五章内燃机的燃料与燃料供给（一）内燃机燃料（二）柴油机的燃油喷射系统（三）柴油机电控喷油系统（四）汽油机的燃油供给系统（五）电控汽油喷射系统（六）气体燃料内燃机的燃料供给第六章内燃机的换气过程（一）四冲程内燃机的换气过程（二）提高充气系数的措施（三）二冲程内燃机的换气过程及其品质评定（四）内燃机的换气可用能与缸盖气道稳流试验第七章内燃机增压（一）增压技术和增压方式（二）涡轮增压系统（三）高压比、超高压比涡轮增压系统（四）涡轮增压器与内燃机的配合（五）车用发动机增压（六）特殊工况下发动机的涡轮增压第八章内燃机的排放与控制（一）内燃机排放与环境污染（二）内燃机中的有害气相排放物（三）内燃机的颗粒物排放（四）光化学反应（五）内燃机的排气净化第九章内燃机工作过程数值计算（一）内燃机的工质及热力系统的划分（二）内燃机气缸内的热力过程（三）内燃机进排气系统内的热力过程（四）内燃机缸内过程计算的边界条件（五）内燃机与涡轮增压器的匹配计算第十章内燃机的运行特性（一）内燃机的运行工况和调节（二）内燃机的基本运行特性（三）内燃机的实用运行特性（四）内燃机功率及燃油消耗率的修正五、本课程重点、难点1、工程热力学部分：重点：热力学第一定律、理想气体的性质、热力学第二定律、理想气体的热力过程、气体动力循环、气体的流动难点：热力学第二定律、气体的流动。
工程热力学第四版课后思考题答案
第一章基本概念与定义1．答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11．答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定理1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空 气的热力学能不变。
热力循环
略去压缩和膨胀过程中工质与气缸壁间的热量交换近 似认为是绝热过程
用定容放热过程来代替废气排入大气的实际过程
第三节 活塞式内燃机循环
空气、油 四冲程柴油机工作原理 废气
吸气
压缩升温， 喷油燃烧
膨胀作功
排气
第三节 活塞式内燃机循环
p 四冲程高速柴油机工作过程(P-V图) 3
0—1 吸空气 1—2’ 多变压缩 一般n=1.34~1.37 p2’=3~5MPa t2’=600~800℃ 柴油自燃t=335℃ 2’ 喷柴油 2 开始燃烧 2—3 迅速燃烧，近似 V p↑5~9MPa p0 0
按工质 空气为主的燃气 按理想气体处理 蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
水蒸气：火力发电、核电 低沸点工质：氨、氟里昂 太阳能、余热、地热发电 动力循环：以获得功为目的 热机：将热能转换为机械能的设备。 热机的工作循环称为动力循环。 动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环
3、蒸汽参数对热效率的影响 T 1 5 4 3 2 s 6
h1 h2 t h1 h3
影响热效率的参数？ p1, t1, p2 h1 决定于p1, t1 h2 决定于p1, t1, p2 h3 决定于p2
第一节 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响 最有效的方法。 优点： p1 , p2不变，t1
O
m
n
s
第四节 燃气轮机装置循环
1-2和3-4过程为定熵过程，则：
T4 T1 1 q2 T4 T1 T1 1 t 1 1 T3 q1 T3 T2 T2 1 T2 T1 t 1 T2
k 1 k
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T
5
4’ 4 3
整个实际蒸汽动力循环热效率
h1 h3 tu h1'' h3h3 h1'' B qf T 5
收益 循环净功 wnet ＝ ＝ 代价 燃料热量 qf (h1 h2 )oi h1 h2' 1’’ 1’ qf (h1'' h3 ) / B 1 (h1 h2 ) B oi (h1 h3 ) / tu 4’ h1 h2' oi (h1 h2 ) h1 h2 4 3 2 2’ (h h ) B oi tu 1 3 h1 h2 t t B oi tu s h1 h3
闭口系由1 最大功 2的可逆过程，工质作的
wmax exu1 exu2 u1 u2 T0 s1 s2 p0 v1 v2
p0
稳定流动工质的焓Ex
exh h1 h0 T0 s1 s0
由初态1 终态2的可逆过程，工质作的 最大功
1
5
4
3
6 2
s
汽耗率的概念
工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸 汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h d 3600 功量所消耗的蒸汽量kg wnet wnet 的单位是kJ/kg 1kW=1 kJ/s
kg kg kg 3600kg 3600 d kW h kJ h kJ h kJ wnet s 1 h 3600
第八章 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。
研究目的：合理安排循环，提高热效率 热机：将热能转换为机械能的设备。 热机的工作循环即为动力循环。
动力循环分类
内燃式 燃气本身就是工质
按燃料燃 烧方式
如内燃机 空气为主的燃气 理想气体
p
实际生产中并不采用 蒸汽卡诺循环
5 3
1
缺点：
c
2 v
1、绝热压缩过程难以实现，因为缺少压缩水汽混 合物的合适设备。
2、定熵膨胀末期,蒸汽湿度较大,对汽轮机工作不利.
3、蒸气比体积比水大上千倍,压缩时设备庞大,耗功也大. 4、蒸气卡诺循环仅限于湿蒸气区,上限温度T受制于临界 温度,因此热效率不高,每循环完成的功也不大.
外燃式 燃料放出的热量通过间壁 传给工质。 如外燃机 水蒸气等 实际气体
气体动力循环：工质只发生状态改变
按工质 蒸汽动力循环：工质发生相变 只讨论
本章重点
1、熟悉朗肯循环图示与计算
2、朗肯循环与卡诺循环的比较 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理、图示及计算
§8-1 蒸汽卡诺循环
ws ,34 h4 h3
ws,3-4
wnet t q1
ws ,12 ws ,34 q1
一般很小，占 0.8~1%，忽 略泵功 T
ws ,34 h4 h3
0
h3 h4
t
ws ,12 q1 h1 h2 h1 h2 h1 h4 h1 h3
能量贬值原理 : 在不可逆过程中,虽然能量的数 量不变,但火用减少了,能级降低了,即能量的品 质下降了.
7.4 火用方程
exq (exh1 exh2 ) wt el exq (exu1 exu 2 ) wu el
7.5 火用效率与热效率
实际利用的火用值之和 ( Ex) a ex 提供的火用值之和 ( Ex)th
气体卡诺循环
缺点： 1、气体的定温吸热和定温放热过程难以实现。
2、每循环完成的功较小。
蒸气卡诺循环 1 2 c 5 p T 5 3 c 1 2 5 3 c 1 2
v 定温吸热可在锅炉内近似实现 1、 定温放热可在冷凝器内近似实现
s
2、 每循环可获得较多的功
p 实际生产中并不采用 蒸汽卡诺循环 5 3 1
cp=1.10kJ/kg.K
燃气轮机最大功
7.3 火用损失(作功能力损失)
El T0S g T0 Siso
• 工质因过程不可逆引起的作功能力的损
失是过程熵产与环境介质温度的乘积。 不论什么工质，不论何种不可逆过程， 也不论工质温度是高于还是低于环境温 度，工质的作功能力的损失均可用此式 计算。
郎肯循环pv和Ts图
p 4 T 1
5 6
3
1 4 2 v 3
5
6 2
郎肯循环与卡诺循环比较
① 乏气的凝结是完全； ② 冷凝水由泵泵入锅炉，简化了设备，但增 加了水的定压加热过程4→5，降低了平均 吸热温度，从而使热效率降低； ③ 蒸汽在过热器中的定压吸热 过程，提高了平均吸热温度， 而且提高了乏气的干度，改善 了汽轮机的工作条件。
T
5
4 38 6
1
72
s
郎肯循环热效率的计算
q h wt
锅炉、过热器中的定压吸热量：
T
5 4 3 6
1
q1 h1 h4
汽轮机作功：
2
s
ws ,12 h1 h2
冷凝器中的定压放热量：
q1 S B
6
4
1
2 p C
T ws,1-2
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
q2 3
如何提高郎肯循环的热效率
h1 h2 t h1 h3
T 5 4 3
1 6 2 s
影响热效率 的参数:
p1 t 1 p2
蒸汽初压对热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 5 优点：
• •
T1 v2'
t
，汽轮机出口
5'
1' 1 6'
6
4
4'
3
2' 2
s
尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽 轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
1 1kg
抽汽 T
7
α kg 2
冷凝水
S
B
6
5
C
3
p
R
4
回热器
p
(1-α )kg
去凝汽器 表面式回热器 抽汽 给水 冷凝水 混合式回热器
蒸汽初温对热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
T1 x2'
t
，有利于汽轮
机安全。 缺点： • 对耐热及强度要求 高，目前蒸汽初温 很少超过600℃。 • 汽机出口尺寸大
v2'
乏汽压力对热效率的影响
p1 , t1不变，p2
C T 5 4 1 6 优点：
T
发电机 4 2 C p
3
郎肯循环
凝汽器和冷却塔系统图
冷却塔
C
冷凝器
冷却塔实体图
郎肯循环pv图
S B 6
1 2
T
p 4
4
发电机
C 3
5 6
1
2
v p 12 汽轮机 s 膨胀 46 锅炉 p 吸热 23 凝汽器 p 放热 在汽轮机出口，工质达到低压 下湿蒸汽状态，称为乏汽。 61 过热器 p 吸热 34 给水泵 s 压缩
7.3 火用损失(作功能力损失)
El T0S g T0 Siso
• 工质因过程不可逆引起的作功能力的损
失是过程熵产与环境介质温度的乘积。 不论什么工质，不论何种不可逆过程， 也不论工质温度是高于还是低于环境温 度，工质的作功能力的损失均可用此式 计算。
7.3.3 能级与能量贬值原理
能量火用值 能量数量
T
5
4 38 6
1
72
s
郎肯循环热效率的计算
q1 h1 h4
ws ,12 h1 h2
T
1
5
q2 h2 h3
ws ,34 h4 h3
4
3
6 2
h3 h4
t
ws ,12 q1 h1 h2 h1 h3
s
§8-3 蒸汽回热循环(regenerative)
3. 尽管采用较高的蒸汽参数，但由于水蒸
汽性质的限制，郎肯循环平均吸热温度仍 然不高，热效率较低.故现代大、中型蒸汽 动力装置中所采用的较复杂的蒸汽动力循 环，都是在它的基础上加以改进后得到的。 例如后面即将介绍的再热循环与回热循环.
§实际蒸汽动力循环分析
非理想因素：
T 1’’ 1’ 1
蒸汽管道摩擦降 压，散热(1’’1’) 汽机汽门节流( 1’ 1 )
§8-2 郎肯循环
S T 发电机 C p
水蒸汽动力循环流程示意图
B
五个主要装置： 锅炉 过热器 汽轮机 冷凝器 凝汽器 给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）： S B 6 1 46 锅炉 p 吸热 61 过热器 p 吸热 12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 34 给水泵 s 压缩
wmax exh1 exh2 h1 h2 T0 s1 s2
1
2
稳定流动工质的焓Ex举例
燃烧室
压气机 t1=900℃ p1=8.5bar 燃气轮机
t0=25℃ p0=1.0bar
R=0.287kJ/kg.K 求: exh1, exh2
t2=477℃ p2=1.03bar
Wnet 动力装置 ex Exin Exout
耗功装置 Exout Exin ex
W
冷流体得到的Ex 换热设备 ex 热流体放出的Ex