气体动力循环内燃机循环精品PPT课件

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
工程热力学
动力循环研究目的和方法
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
2 2’
P-V图p-v图
5
2. 0-1和1’ -0抵消 开口闭口循环
p0 0
1’ 1
3. 燃烧外界加热
4. 排气向外界放热
V
5. 多变绝热
6. 不可逆可逆
工程热力学
活塞式内燃机循环的简化
工程热力学
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
v1 v2
T1 k 1
1
4 5
T3
p3 p2
T2
T1 k1
T4
v4 v3
T3
T1 k1
s
工程热力学
理想混合加热循环的计算
热效率
T
t
1
T3
T5 T1
T2 k T4
T3
4 3
5
k 1
2
T5
v4 v5
T4 kT1
1
t
1
k 1
k 1
1 k
1
s
工程热力学
各因素对混合加热循环的影响
1
热效率
t
w q1
q1 q2 q1
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
s
工程热力学
热效率定容加热循环T的TT12 计 vv算12 k1
T3 T4
3
t
1 T4 T1 T3 T2
2
4
1
T1
T4 T1
T2
T3 T2
1
1
1 T1 T2
1
1
v1 v2
k 1
1
s
1
1
k 1
p
3
4
T
4
3
2
2
5
5
1 1
v
s
工程热力学
理想混合加热循环的计算
吸热量
T
4
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
3
放热量(取绝对值）
2
5
q2 cv T5 T1
1
热效率
q = w
t
w q1 q2
q1
q1
1 q2 q1
1
T3
T5 T2
Biblioteka Baidu
T1
k T4
T3
s
工程热力学
定义几个指标性参数
3—4 边喷油，边膨胀
p3 4
近似 p 膨胀
2
t4可达1700~1800℃
2’
4 停止喷柴油
5
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
工程热力学
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
p
3 2
工程热力学
Compression ratio 压缩比
4
v1 v2
反映 气缸 容积
5
定容增压比
p3 p2
1
v
预胀比 Cutoff ratio
v4
v3
反映 供油 规律
理想混合加热循环的计算
热效率
t
1
T3
T5 T1
T2 k T4
T3
T vvpp1v2v3243
3
k 1
2
T2
T1
研究目的：合理安排循环，提高热效率
分析动力循环的一般步骤
1. 实际循环（复杂不可逆） 抽象、简化 可逆理论循环
分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径
指导改善 实际循环
2. 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法
工程热力学
四冲程汽油机和柴油机
开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、 压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍 有变化。
动力设备的不断发展
工程热力学
如何实现动力转换？
工程热力学
气体动力循环
Gas Power Cycle
工程热力学
气体动力循环
本章基本要求
熟练掌握分析动力循环的一般方法，活塞式内 燃机循环以及燃气轮机装置循环的组成、热效率计 算及提高气体动力循环效率的方法和途径。
本章重点
➢ 熟悉理想气体动力循环图示与计算 ➢ 理想气体动力循环的热力学比较 ➢ 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施
定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)
p
已被淘汰 T
3
23 4 1
2
4
1
v
s
工程热力学
例题
解：
p3
点1 v1 RgT1 p1 287 333.15 98.1103 0.974m3/kg
t
1
k 1
k
1
1
k
1
1、当 、 不变
k
t
t
受气缸材料限制 一般柴油机 14 21
潜艇用氦气，k=1.66
工程热力学
k 1.4 k 1.3 k 1.2
各因素对混合加热循环的影响
t
1
k 1
k
1
1
k
1
2、当 不变
p
t
3
t
2
t
注意：
图示的研究方法
不必记忆 t 的复杂式
工程热力学
工程热力学
动力循环的分类
internal combustion engine
气体动力循环：内燃机
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
external combustion engine
工程热力学
气体动力循环分类
活塞式 piston engine
按结构
汽车，摩托，小型轮船
1.5 2 3
4
1
5 1
v
柴油机与汽油机动力循环图示
p 3
2
4 5
p 3
2
1
4
1 v 柴油机，压燃式
工程热力学
1 v 汽油机，点燃式
定容加热循环（奥图OTTO循环)
p
T
3
3
2
2
4
4
1
1
v
s
工程热力学
定容加热循环的计算
吸热量
T
3
q1 cv T3 T2
放热量(取绝对值）
2
4
q2 cv T4 T1
叶轮式 Gas turbine cycle
航空，大型轮船，移动电站 联合循环的顶循环
工程热力学
活塞式
工程热力学
叶轮式
工程热力学
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
工程热力学
工程热力学
定容加热循环的计算
t
1
k 1
k 1
1 k
1
1
t
1
1 k1
k
t
汽油易爆燃
一般汽油机 5 10
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
工程热力学
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
23 4
1 v 低速柴油机，压燃式
工程热力学
工程热力学
四冲程高速柴油机工作过程
0—1 吸空气
p3
1—2’ 多变压缩
2
一般n=1.34~1.37
2’
p2’=3~5MPa t2’=600~800℃
柴油自燃t=335℃
p0
2’ 喷柴油 Autoiginition
0
1
2 开始燃烧
V
2—3 迅速燃烧，近似 V
p↑5~9MPa
工程热力学
四冲程高速柴油机工作过程