工程热力学ch10-11 气体动力循环

熵分析法 分析法
熵产 火用损失
作功能力损失 火用效率
内部热效率i(internal thermal efficiency )
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比
i
wnet ,act q1
T wnet
q1
Tt
其
t
wnet q1
与实际循环相当的内可逆循环的热效率
中
T
wnet,act wnet
按冲程：二冲程 (two-stroke ) 四冲程 (four-stroke )
活塞式内燃机简介(internal combustion engine)
分类——
按燃料：煤气机 汽油机 柴油机
按点火方式：点燃式 压燃式
按冲程：二冲程 四冲程
有余隙
活塞式内燃机循环特点
实际工作循环的抽象与简化： 1. 把实际开式循环抽象成闭式的以空气为工质的理想循环； 2. 把定容及定压燃烧加热燃气的过程简化成工质从高温热源可逆定
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 改进装置热力性能的方法与措施。
第一节 循环分析的目的与一般方法
分析循环的目的：
在热力学基本定律的基础上分析循 环过程中能量转换的经济性，寻求提高 经济性的方向及途径。
分析循环的方法与步骤
1、将实际循环抽象和简化为理想循环 任何实际热力装置中的工作过程都
定容吸热
等熵膨胀
等熵压缩
定容吸热
等熵膨胀
定
等熵压缩
定容放热
容
放
热
混合加热理想循环的热效率
t
wnet q1
wnet q1 q2
q1 q23 q34 ? ?
q2 q51 ?
混合加热理想循环的热效率
q23 qv ? qv u w
w pdv 0
qv u cv T3 T2 q23 cV T3 T2
相对内部效率(internal engine efficiency) 反映内部摩擦引起的损失
★ ★ ★空气标准假设(the air-standard hypothesis)
气体动力循环中工作流体 理想气体 空气 定比热
燃烧和排气过程
将其看作纯粹的吸热和放热过程
燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计
混合加热理想循环的热效率
t
wnet q1
或：
wnet
w12
w定容 过2程3
w34
w45
w定容 过5程1
w12 w34 w45
Rg
1
T1
1 p2 p1来自1 p3v4
v3
Rg
1
T4
1
p5 p4
1
热效率为：t
1
q2 q1
1
T3
是不可逆的，且十分复杂。 为了进行热力分析，需要建立实际
循环相对应的热力学模型，即可理想的 可逆循环代替实际不可逆循环。
2、将简化好的理想可逆循环表示在p-v、 T-s图上
3、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。
平均温度分析法： 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分析
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
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。
不同循环的热力分析指标
热动力循环的热效率： t
wnet q1
1 q2 q1
制冷循环的制冷系数： q2 q2
wnet q1 q2
热泵循环的热泵系数： q1 q1
wnet q1 q2
4、分析各主要参数对理想循环的吸热量、 放热量及净功量的影响，进而分析对循 环热效率（或工作系数）的影响，提出 提高循环热效率（或工作系数）的主要 措施。
气体动力循环
（第四版第十章）
动力装置：将热量通过能量的传递和转换，转变成人们所需要的功 。
热
力
制冷装置：将热量不断地从系统排向环境以使系统温度降到所要求 的某一低于环境温度的水平。
装
置
热泵装置：将热量不断地传给系统使系统温度提高到所要求的某一高于 环境温度的水平。
本章要点：
分析以气体为工质的内燃机循环、燃气轮机循环，以及以蒸气为 工质的蒸汽动力循环、制冷循环的热力性能；
第二节 活塞式内燃机循环
活塞式内燃机简介(internal combustion engine)
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)
混合加热理想循环的热效率
q34 qp ? qp h wt
wt vdp 0
qp h cp T4 T3 q43 cp T4 T3
同理可得：q2 q51 cV T5 T1
混合加热理想循环的热效率
t
wnet q1
wnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3 q2 q51 cV T5 T1
容及定压吸热过程； 3. 忽略实际过程的摩擦阻力及进
气、排气阀的节流损失； 4. 忽略膨胀和压缩过程中的热交
换，简化为可逆绝热过程（ 等熵）。
循环过程的图示
活塞式内燃机循环特点
冲程
活塞式内燃机循环过程
简化
9–3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环 （dual combustion cycle）
燃油质量忽略
燃气成分改变忽略
12 压缩—等熵 23 喷油、燃烧—定容吸热 34 燃烧—定压吸热 45 膨胀—等熵 51 定容放热
活塞式内燃机的混合加热理想循环(萨巴德循环) （Sabathe Cycle）
活塞式内燃机的混合加热理想循环(萨巴德循环) （Sabathe Cycle）
定压吸热
定压吸热
Sabathe Cycle
01 吸气 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 50 排气
简化：引用空气标准假设
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
排气5-1等容放热 压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略 燃油质量忽略 燃气成分改变忽略
简化：引用空气标准假设
吸、排气线重合、忽略