工程热力学 六动力装置循环

1
1 ( 1)
, t
w0

p1v1 [ 1( 1
1)] (
1)]
, w0
四 内燃机三种理想循环的比较
平均温度概念： 假想定温加热过程与原来的加热过程的熵和热量变化 相同时的温度。
1、压缩比相同、放热量相同比较；
②当升温比τ及回热度μ一定时，随着增压比π的提高，回 热循环的热效率有一个极大值，如图所示。当回热度增大时， 与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低。
（2）采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环
采用多级压缩中间冷却，可使压缩终了温度降低。而采用 多级膨胀中间再热，可使膨胀终了温度提高。这两方面都可 使回热的温度范围大为扩展，从而提高平均吸热温度及降低 平均放热温度，使循环热效率得到较大的提高。
（4）利用空气冷却器降低空气温度T1。
§6–3 燃气轮机装置的理想循环
一、定压加热燃气轮机循环（勃雷登循环）
燃气轮机装置
闭式燃气轮机装置
燃气轮机装置循环的四个过程： 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）。
6、混合加热循环的循环净功为
w0 (q1 q1) q2 cV 0 (T3 T2 ) c p0 (T4 T3 ) cV 0 (T5 T1) 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
1.定容加热循环（奥图循环）：汽油机理想循环
特点：ρ＝1,为混合 加热循环的一个特例， 将其代入混合加热循环 的热效率及循环净功的 表达式，即分别有：
T1
(
T2 T1
1)
T3 (1
T4 T3
)

T2 (1
)
代入参数间的关系式 ，可得： T2 T3 ( 1) /
T1 T4
t

(


( 1)
/
1)( ( 1) /
1)
(1


( 1) /
)

(1
)
( 1) /
①增大升温比τ，可提高燃气轮机回热循环的热效率；
得到如下理论循环：
4、内燃机的特性参数以及各点的状态参数：
特性参数：
①压缩比：
v1
v2
②压力升高比：
p3
p2
③定压予胀比：
v4
v3
状态参数： 1-2为绝热过程 2-3为定容过程 3-4为定压过程 4-5为绝热过程
T2 T1
( v1 ) 1 v2
1 T2
＋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；
2、工质以理想气体对待；
3、开口系统简化为闭口系统。（进排气功近似相等，相 互抵消）
（二）循环热效率：
t
1
q2 q1
1
c p0 (T4 c p0 (T3
T1 ) T2 )
h2
1
T1
(
T4 T1
T2
(
T3 T2
1) 1)
将参数关系代入，有：
t
1
1
( 1) /
可见，π ↑ ，热效率提高。
（三）功量 —燃气轮机轴功：
(ws )T h3 h4 cp0 (T3 T4 )
• 采用所谓“回热”、“再热”等措施， 来提高循环的平均吸热温度。
• 另外，可以采取“热电联产”措施来提 高热能利用的有效利用率。
§6–2 往复式内燃机的动力循环
分析动力循环的一般方法 A.分析动力循环的目的
在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。
B.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 , • 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。
环热效率有一个极大值。
③ c,s , T t
（三）、提高热效率的措施 （1）燃气轮机装置的回热循环
1-2—压气机中的绝热压缩过程；2-6—回热器中的定压预热 过程；6-3—燃烧室中的定压加热过程；3-4—燃气轮机中的 绝热膨胀过程；4-5—回热器中的定压放热过程；5-1—大气 中的定压放热过程。
理想情况下，空气从T2 升温至T4，实际只能达到T6。定义：回 热度：
q h6 h2
q h4 h2
t

w0 q1
(ws )T (ws )c q1
(h3 h4 ) (h2 h1) h3 h6
比热为定值时，上式可写为：
t

T4
(
T3 T4
1)

Pt= mq1ηt / Vs= p1q1 ηt / RT1 P1 q1 ηt 提高T1下降，平均压力升高。
4.影响因素：
（1）吸入一定空气量，喷入燃油量是一定的，循环加热
量q1基本不变，对Pt影响不大； （2）循环热效率ηt的提高值很小，对Pt影响不大；
（3）现代柴油机利用废气涡轮增压器提高空气压力p1；
• 此过程中水的总吸热量为ｑ1＝ｈ1－ｈ4。
三．郎肯循环热效率厂、汽耗率 • 1.循环热效率
t
1
q2 q1

wT wp q1
1 h2 h3 h1 h4
• 2.汽耗率d=3600/h1-h2
• 四、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 • 提高朗肯循环热效率的基本途径是提高工质
• 一．装置组成及流程 • 主要由锅炉（含过热器）、汽轮机、
凝汽器及给水泵等设备组成。 • 工作流程如图所示。工质为水蒸汽。 • 二．工作原理
• 其工作原理为：
• １→２过程
• 来自锅炉及过热器的过热水蒸汽１在汽 轮机中可逆绝热膨胀对外输出机械功 ｗ s1＝ｈ1－ｈ2
• 然后变为湿饱和蒸汽（乏汽）２。
C.分析动力循环的方法
1.实际过程简化为可逆理想循环，在p-v图,T-s图 上表示。
2.确定理想循环各过程交点的状态参数，和循环 特性参数。
3.进行循环性能分析，确定循环整体性能的各种 指标，分析循环特征参数对循环的影响。
一、机械喷射式柴油机工作过程： 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
的平均吸热温度和降低平均放热温度。
• 从改变工质参数角度上来讲有：
• 1提高新汽（即过热蒸汽）的初压力、初温度 以提高平均吸热温度；
• 2降低乏汽压力以降低平均放热温度；
• 但分别受到材料耐压耐热性能、汽轮机安全 运行对乏汽干度的要求以及环境冷却水温度 等各方面因素的影响。
• 最有得的措施是在不改变新汽初压力、 初温及乏汽压力的前提下，从改善朗肯 循环本身入手，采取一系列措施，如：
（一）循环特性参数：
增压比—π=p2/p1 最高温度—T3 升温比—τ= T3/T1
参数关系：
T2 ( p2 )( 1)/ ( p3 )( 1)/ T3 ( 1)/
T1 p1
p4
T4
循环加热量： q1 h3 h2 cp0 (T3 T2 )
循环放热量： q2 h4 h1 c p0 (T4 T1)
Tm1,V Tm1 Tm1, p
Tm2,V Tm2 Tm2, p
t
1
q2 q1
1 Tm2 Tm1
t,V t t, p
2、最高压力相同、最高温度相同比较：
Tm1, p Tm1 Tm1,V Tm2,V Tm2 Tm2, p
t 1
q2 q1
压气机耗功：
(ws )c h2 h1 c p0 (T2 T1)
w0 (ws )T (ws )c

c
p0
[T3
(1


1
( 1)
/
) T1( ( 1)/
1)]
可见w0仅为增压比π的函数，当π为
max, w0
( T1 ) ( 1) / T3
时循环净功W0有极大值。
1)
可见：
①
const, const, t
②
const, , t
由图可见，ε、 λ↑→Tm1↑，所以热 效率ηt↑。
予胀比ρ对热效率ηt影响的分析 ρ—描述了定压过程中加热量的多少，加热量↑→ρ↑
4‘
显然，在3-4（4’）的加热过程伴随膨胀过程同时进行， 因而，不同时刻加入系统的热量转换为功量的机会是不相 同的。3点假如的热量在整个膨胀过程中均有机会转换为 功，而随后加入的热量转换为功量的机会越来越少，在 4‘点加入的热量转换为功的机会为零。可见ρ↑→ ηt↓。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T1 1
T3 T2

p3 p2
T3
T2
T1 1
T4 T3

v4 v3
T4
T3
T1 1
T5 ( v4 ) 1 ( v4 ) 1 ( v4 v3 ) 1 ( ) 1