第十一讲 气体动力循环.
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任务三气体动力循环(情景任务一).pptx
定压加热循环的计算
q1 cp T3 T2
T
放热量(取绝对值）
q2 cv T4 T1
2
热效率
1
t
w q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
轮机工程基础模块
3 4
s
项目五：工程热力学
定压加热循环的计算
热效率
t
k 1 1 k1k( 1)
t
当 不变 t 当 不变 t
轮机工程基础模块
1.5 2 2.5
项目五：工程热力学
轮机工程基础模块
任务三 气体动力循环
情景任务一
情景任务二
项目五：工程热力学
轮机工程基础模块
【学习情境一】 提高柴油机热效率的途径
能力目标：1.掌握往复式内燃机的实际工作循环； 2.掌握往复式内燃机的理想工作循环；
3. 掌握循环热效率的计算方法
学习任务：1. 分析四冲程柴油机的工作过程 2. 往复式内燃机的理想工作循环分析
课内实践：指出提高柴油机效率的方法
教学方法：引导文教学法
项目五：工程热力学
学习领域：气体动力循环 学习情境：四冲程柴油机的气体动力循环 工作任务：四冲程柴油机的工作过程及其理想化分析 具体任务：分析四冲程柴油机的循环过程
1. 往复式内燃机的组成？ 2. 四冲程柴油机的工作过程？
3. 现代四冲程柴油机的理想循环过程？
2
5 定容升压比 p3
p2
反映供
1
定压预胀比 v4
v Cutoff ratio
v3
油规律
项目五：工程热力学
轮机工程基础模块
柴油机特性参数的意义
（1）压缩比：压缩前的比体积与压缩后的比体积之比，绝热压 缩过程中工质被压缩的程度，内燃机工作体积大小的结构参数。
工程热力学培训之气体动力循环
理想循环的假设条件
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。
THANKS
感谢观看
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。
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。
THANKS
感谢观看
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2011_B
4 v
3
P 4
2
1
P
s
Brayton循环分析
v1 v2
k 1
T2 T1
p2 p1
k 1
k
k 1
k
增压比
p 23
p2
p1
T3 v3 T4 v4 T2 v2 T1 v1
SS
1
4
v
v4 v1
k 1
T3 T4
p3 p4
k 1
k
p2 p1
k 1
k
k 1
k
T2 T1
第九章 气体动力循环
§ 9-4. 斯特林(Stirling)循环 § 9-5. 燃气轮机装置 § 9-6. 定压加热理想(Brayton)循环 § 9-7. Brayton循环的改进 § 9-8. 喷气发动机理想循环
斯特林(Stirling)循环
能不能使内部可逆循环的热效率
等于卡诺循环的热效率？
regeneration
T
2
3
T
回热器
?
2
3
C V
V
R
qR V
1
4
1
4
s
s
q12 u2 u1 u3 u4 q43 qR Stirling循环
1816年提出，近20年才实施(核潜艇，制冷…)
活塞外燃式Stirling热机
热端
冷端
有缝
T
2
3
V
R
qR V
1
4
位移活塞A
动力活塞B 2 3
回热器
p 3’ 3 4
② 涡轮轴功近似等于 压气机轴功
5’
5
2’
wT45 wi45 wT32 wi32
3
P 4
2
1
P
s
Brayton循环分析
v1 v2
k 1
T2 T1
p2 p1
k 1
k
k 1
k
增压比
p 23
p2
p1
T3 v3 T4 v4 T2 v2 T1 v1
SS
1
4
v
v4 v1
k 1
T3 T4
p3 p4
k 1
k
p2 p1
k 1
k
k 1
k
T2 T1
第九章 气体动力循环
§ 9-4. 斯特林(Stirling)循环 § 9-5. 燃气轮机装置 § 9-6. 定压加热理想(Brayton)循环 § 9-7. Brayton循环的改进 § 9-8. 喷气发动机理想循环
斯特林(Stirling)循环
能不能使内部可逆循环的热效率
等于卡诺循环的热效率？
regeneration
T
2
3
T
回热器
?
2
3
C V
V
R
qR V
1
4
1
4
s
s
q12 u2 u1 u3 u4 q43 qR Stirling循环
1816年提出，近20年才实施(核潜艇，制冷…)
活塞外燃式Stirling热机
热端
冷端
有缝
T
2
3
V
R
qR V
1
4
位移活塞A
动力活塞B 2 3
回热器
p 3’ 3 4
② 涡轮轴功近似等于 压气机轴功
5’
5
2’
wT45 wi45 wT32 wi32
分析气体动力循环方法
气体动力循环
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
分析动力循环的一般方法 活塞式内燃机实际循环的简化 活塞式内燃机的理想循环 活塞式内燃机各种理想循环的比较 斯特林循环 埃里克森循环 燃气轮机装置循环 燃气轮机装置的定压加热实际循环
课件目录
本章作业
10-1 分析动力循环的一般方法
（10-2）
当两个相同尺寸发动机比较时，MEP大的比MEP小的可 产生更多净输出功。
10-3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环（Sabathe循环）
v1
p 3
4
T
4
v2
3
v4
2
v3
2 5
5
p3
p2
11
o
vo
s
图10-4 混合加热理想循环的p-v图和T-s图
混合加热循环的热效率为:
解: 由已知条件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K
点1：
v1
R gT1 p1
0.562
m3 / kg
点2：
v2
v1
0.0387
m 3 / kg
1 – 2 是定熵过程，有
p2
p
1
(
v v
1 2
)
p1
7.18
kPa
T2
p2v2 Rg
968
K
点3：p3 = 10.3 MPa，v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg
1
O
V
图10-2 定压燃烧柴油机示功图
2 ＋
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
分析动力循环的一般方法 活塞式内燃机实际循环的简化 活塞式内燃机的理想循环 活塞式内燃机各种理想循环的比较 斯特林循环 埃里克森循环 燃气轮机装置循环 燃气轮机装置的定压加热实际循环
课件目录
本章作业
10-1 分析动力循环的一般方法
（10-2）
当两个相同尺寸发动机比较时，MEP大的比MEP小的可 产生更多净输出功。
10-3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环（Sabathe循环）
v1
p 3
4
T
4
v2
3
v4
2
v3
2 5
5
p3
p2
11
o
vo
s
图10-4 混合加热理想循环的p-v图和T-s图
混合加热循环的热效率为:
解: 由已知条件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K
点1：
v1
R gT1 p1
0.562
m3 / kg
点2：
v2
v1
0.0387
m 3 / kg
1 – 2 是定熵过程，有
p2
p
1
(
v v
1 2
)
p1
7.18
kPa
T2
p2v2 Rg
968
K
点3：p3 = 10.3 MPa，v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg
1
O
V
图10-2 定压燃烧柴油机示功图
2 ＋
气体动力循环
书P277页例10-1
§10–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一.压缩比相同，吸热量相同时的比较
q1v q1m q1 p
q2 v q2 m q2 p
得 T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
1 t 1 1 1 1
讨论：
a) t
b) t
c) t
v1 二、定压加热理想循环 —Diesel cycle v2 v1 v3 v2 v2
二. 实际工作循环的抽象与简化
简化原则为:
（1）不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作是 气缸内工 质进行状态变化的封闭循环。 （2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，
并认为2－3是定容加热过程，3－4是定压加热过程。
（3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量 交换,近似地认为是绝热过程。
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
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) 按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
气体而增大。
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1 v2
p3 p2
热效率
q1 cV T3 T2
v1 v2
q2 cV T4 T1
§10–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一.压缩比相同，吸热量相同时的比较
q1v q1m q1 p
q2 v q2 m q2 p
得 T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
1 t 1 1 1 1
讨论：
a) t
b) t
c) t
v1 二、定压加热理想循环 —Diesel cycle v2 v1 v3 v2 v2
二. 实际工作循环的抽象与简化
简化原则为:
（1）不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作是 气缸内工 质进行状态变化的封闭循环。 （2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，
并认为2－3是定容加热过程，3－4是定压加热过程。
（3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量 交换,近似地认为是绝热过程。
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
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) 按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
气体而增大。
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1 v2
p3 p2
热效率
q1 cV T3 T2
v1 v2
q2 cV T4 T1
工程热力学_曾丹苓_第十一章蒸气动力循环
第十一章蒸汽动力循环（5+1学时）1. 教学目标及基本要求掌握蒸汽动力循环的分析方法；理解提高蒸汽动力循环热效率的途径和措施；掌握利用蒸汽性质图表进行有回热和再热的蒸汽动力循环计算的方法；熟悉在h-s和T-s图上表示和分析动力循环的方法。
了解新型动力循环。
2. 各节教学内容及学时分配11-1 概述（0.5学时）11-2 蒸汽卡诺循环（0.5学时）11-3 朗肯循环（0.5学时）11-4 蒸汽参数对循环热效率的影响（1学时）11-5 蒸汽再热循环（0.5学时）11-6 回热循环（1学时）11-7 热电循环（0.5学时）11-8 工质性质对循环热效率的影响，联合循环（0.5学时）★习题课：回热循环计算（1学时）3. 重点难点蒸汽卡诺循环；朗肯循环；复杂循环（回热、再热）的计算。
循环分析的一般方法。
4. 教学内容的深化和拓宽新型动力循环。
5. 教学方式讲授，讨论，.ppt6. 教学过程中应注意的问题蒸汽不要当理想气体计算，如∆h = c p∆T。
计算流速开平方前勿忘单位制统一。
7. 思考题和习题思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）习题：教材习题1~68. 师生互动设计讲授中提问并启发讨论：蒸汽动力循环的热效率不高，其冷源损失很大，若取消冷凝器而代以压缩机将湿蒸汽压回锅炉，如何？若保持给水温度不变，回热抽汽的压力是高些好是低些好（只讨论一级回站）？9. 讲课提纲、板书设计第十一章 蒸汽动力循环 11-1 概述水蒸气：使用最早且最广泛。
“外燃动力装置”：可使用各种固体、液体、气体燃料及核燃料，可使用劣质煤，还可利用太阳能和地热等能源。
（比较：内燃机）循环的热力学分析：Law I ： w q =21q q q q −==∫δP T w w w w −==∫δ循环热效率 1212111q q q q q q w t −=−==η平均吸热温度 s q T ∆=/11 平均放热温度 s q T ∆=/22 121T T− 121q q t =−=η11-2 蒸汽卡诺循环用湿蒸汽可实现卡诺循环。
工程热力学与传热学9)_气体动力循环PPT课件
1压缩 2-3：定容吸热 3-4：定压吸热
4-5：绝热膨胀
5-1：定容放热
三、柴油机理想循环及其热效率
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
定义几个柴油机特性参数
p
3
2
压缩比 v1
反映 气缸
4
v2 容积
5
定容升压比
p3 p2
1 定压预胀比 v4
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。
§9-1 柴油机实际循环和理想循环
一、四冲程柴油机实际工作循环
进气
压缩 燃烧和膨胀
排气
温度370~400 K， 压力
0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
下止点 上止点
活塞
P
进气门开启
大气压力线 r a
下止点 上止点
活塞
Z P
c
大气压力线 r
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图
b
a V
下止点 上止点
活塞
进气门关闭 排气行程
排气门打开
Z P
残余废气
c b
大气压力线 r
V 示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
温度300-370K 压力0.0785～ 0.0932MPa
第九章 气体动力循环
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
《气体动力循环》课件
3
卡诺循环定理
热机工作最高效率与温度之间的关系可以通过卡诺循环来表达。
涡轮机
单级涡轮机
利用单一的轮盘（旋转的部件）和静子（静止 的部件）转换压缩气流为动能或反之。这种设 计可用于航空发动机、小型电站和低效率发动 机。
多级涡轮机
使用多个轮盘和静子提高效率，但需要更多的 空间和重量，和更昂贵的制造成本。
气体动力循环
本课程将介绍气体动力循环及其设计过程。我们会深入探讨现代热力学与涡 轮机技术之间的相互作用，同时讨论若干案例研究。
热力学定律
1
热力学第一定律
能量守恒定律。它表明，在任何一个系统中，能量不能被创造或消失，只是在转化的过程中 产生能量交换。
2
热力学第二定律
热量只能从高温区流向低温区，这种现象被称为热量的不可逆性。
热交换器
热交换器帮助将空气和热能传输到另一个容器中， 在各种情况下提高了效率和性能。
气体动力循环的性能与措施
1 热力系统的性能分析
对气体动力循环的性能进行综合评估，考虑 功率、效率、节能和环境等因素。
2 节能措施
节能措施通常包括降低系统内能量损失、增 加能量利用效率和改进热交换性能等措施。
3 性能指标计算方法
不同类型的热力循环
卡诺循环
卡诺循环是工程中最重要的热力学概念之一，它是 一种完全可逆的热力学过程。
布雷顿循环
是一种常用的气体动力循环，广泛应用于燃气轮机、 航空发动机和工业应用。
斯特林循环
斯特林循环是另一种常用的气体动力循环，主要用 于制冷、加热和转换工作。
燃气轮机
1
工作原理
燃气轮机是通过将压气机所吸入的空气
提供实现气体动力循环的一些计算方法和公 式。
气体动力循环演示
T3 1 T2 T3 1 T2
k
T4 T1 1 T1 T t 1 1 1 kT2 T3 kT2 1 T2
T1 v2 T2 v1
k 1
T3 1 T2 T3 1 T2
p 3
T 3
2
s
2
v
4
s
4 1 1
v
v
s
定容加热循环的计算
吸热量 q1 cv T3 T2 放热量 q2 cv T4 T1 循环净功 w0 q1 q2
w0 q2 1 循环热效率 t q1 q1 T4 T1 tV 1 T3 T2
2
T
3
v
T5 1 T1 tp 1 T3 T4 T2 T3 1 k 1 T1 T2 T1 T3
4
T
3
p
v
2
5
而
s24 s23 s34 s15
T5 s15 cv ln T1
1
v
s
k T3 T3 T3 T4 T4 T4 s24 cv ln c p ln cv ln k ln cv ln T2 T3 T3 T T T2 2 3
第十三章 气体动力循环
工质—燃气（理想气体） 循环—热机循环
按工作方式不同可分为 叶轮式燃气轮机 喷气发动机
活塞式内燃机
活塞式内燃机
点燃式内燃机
汽油机 煤气机
压燃式内燃机 —柴油机
第一节
汽油机的实际循环和理想循环
一、汽油机的实际工作循环
1、实际循环
《气体动力循环》ppt课件
任务过程： 喷气式发动机以一定飞行速度前进时，空气以一样速度进入。高 速气流在前端扩压管1中降速升压后进入压气机2，经绝热紧缩进一 步升压。紧缩空气在熄灭室3中和喷入的燃料一同进展定压熄灭。 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。 喷气式发动机分量轻、体积小、功率大，其功率随本身运动速度 提高而增大，特别适宜用做航空发动机。
(4)定容回热过程 ：动力活塞1 位于其下死点，配气活塞2从其下 死点上移。使膨胀腔内工质经连 通管流入紧缩腔。此时工质容积 不变，并在流过回热器3时向回热 器放热，降低温度。当配气活塞2 移至其上死点时，工质全部进入 紧缩腔，定容回热过程终了。
活塞式热气发动机的热力循环及热效率
活塞式热气发动机理想循环：
v1 v2
RgTmaxln
v4 v3
在活塞式热气发动机中，v1＝v4，v2＝v3，故可得到
t
1
Tmin Tmax
即在一样温度范围内，活塞式热气发动机理想循环热效率与卡诺循 环热效率一样。因此，该循环以及类似的与卡诺循环有一样热效率 的一类理想循环称为概括性卡诺循环。
压气机耗功： (w s)ch2h1cp0(T2T 1)
所以 w0(ws)T(ws)c
cp0 T3 1(1 1)/ T1
(1)/1
(1)/
当
maxw, 0
T1 T3
循环净功有极大值。
二、燃气轮机的实践循环
压气机耗功： 燃气轮机轴功：
(ws )c
h2 h1
c,s
(w s)TT(h3h4)
理想化： 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 ②紧缩过程→1-2定熵紧缩 ③熄灭过程→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
(4)定容回热过程 ：动力活塞1 位于其下死点，配气活塞2从其下 死点上移。使膨胀腔内工质经连 通管流入紧缩腔。此时工质容积 不变，并在流过回热器3时向回热 器放热，降低温度。当配气活塞2 移至其上死点时，工质全部进入 紧缩腔，定容回热过程终了。
活塞式热气发动机的热力循环及热效率
活塞式热气发动机理想循环：
v1 v2
RgTmaxln
v4 v3
在活塞式热气发动机中，v1＝v4，v2＝v3，故可得到
t
1
Tmin Tmax
即在一样温度范围内，活塞式热气发动机理想循环热效率与卡诺循 环热效率一样。因此，该循环以及类似的与卡诺循环有一样热效率 的一类理想循环称为概括性卡诺循环。
压气机耗功： (w s)ch2h1cp0(T2T 1)
所以 w0(ws)T(ws)c
cp0 T3 1(1 1)/ T1
(1)/1
(1)/
当
maxw, 0
T1 T3
循环净功有极大值。
二、燃气轮机的实践循环
压气机耗功： 燃气轮机轴功：
(ws )c
h2 h1
c,s
(w s)TT(h3h4)
理想化： 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 ②紧缩过程→1-2定熵紧缩 ③熄灭过程→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
10气体动力循环
参数，对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采
用“增压”等措施来提高柴油机的净功。
(1) 在一定的λ 、ρ 条件下，压缩比ε 愈大,热效率愈高。
（2）在一定的ε 值条件下,提高定容升压比λ 和降低定压预胀 比ρ ,混合加热循环的热效率增高。 混合加热循环的热效率随压缩比ε 、定容升压比λ 的增大而增 大，随定压预胀比ρ 的减小而增大。因此，在组织燃烧过程时，应 尽可能增加定容燃烧部分的比例，减少定压部分的比例。
T 4 a 3
T1
b
1 c 2
d
T2
sa sc s
q2 T2 t 1 1 q1 T1
提高平均进热温度或降低平均放热温度的措 施,均能提高循环的热效率。
对各循环的 吸热平均温度和 放热平均温度进 行比较。从图， 根据 , q
t 1
2
q1
从而可以得出：
tv t tp
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点加入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↓。
四、定容加热理想循环和定压加热理想循环
排气过程：活塞接近下死点时，排气门开， 在压差的作用下废气流出气缸。随后，活 塞左行，将残余气体推出气缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。
第一节 分析动力循环的一般方法
第二节 往复式内燃机的动力循环
第三节 内燃机三种理想循环的比较及循环的 平均压力 第四节 其他气体动力循环简介
第一节:分析动力循环的一般方法
1、定容加热理想循环(汽油机的理想循环)
用“增压”等措施来提高柴油机的净功。
(1) 在一定的λ 、ρ 条件下，压缩比ε 愈大,热效率愈高。
（2）在一定的ε 值条件下,提高定容升压比λ 和降低定压预胀 比ρ ,混合加热循环的热效率增高。 混合加热循环的热效率随压缩比ε 、定容升压比λ 的增大而增 大，随定压预胀比ρ 的减小而增大。因此，在组织燃烧过程时，应 尽可能增加定容燃烧部分的比例，减少定压部分的比例。
T 4 a 3
T1
b
1 c 2
d
T2
sa sc s
q2 T2 t 1 1 q1 T1
提高平均进热温度或降低平均放热温度的措 施,均能提高循环的热效率。
对各循环的 吸热平均温度和 放热平均温度进 行比较。从图， 根据 , q
t 1
2
q1
从而可以得出：
tv t tp
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点加入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↓。
四、定容加热理想循环和定压加热理想循环
排气过程：活塞接近下死点时，排气门开， 在压差的作用下废气流出气缸。随后，活 塞左行，将残余气体推出气缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。
第一节 分析动力循环的一般方法
第二节 往复式内燃机的动力循环
第三节 内燃机三种理想循环的比较及循环的 平均压力 第四节 其他气体动力循环简介
第一节:分析动力循环的一般方法
1、定容加热理想循环(汽油机的理想循环)
第十一讲 气体动力循环
动力装置： 将燃料燃烧释放的能量的一部分，持续地转换 为机械能的装置。 内燃机：
直接以燃料燃烧产物作为工质。
外燃机：
用燃料燃烧产物加热工质。
第一节 分析动力循环的一般方法
简化方法： 忽略各种不可逆因素，将实际过程简化为可 逆热力过程。 意义：
可作为实际热力循环的参照标准 明确改进方向
步骤：
将循环表示在 p v 图和 各典型点的参数 分析循环的性能
（1）燃气轮机装置的理想循环：
1-2: 定熵压缩过程 3-4：定熵膨胀过程
2-3：定压加热过程 4-1：定压冷却过程
例10-2 勃雷顿循环与卡诺循环和内燃机理想循环 的比较。
w0勃雷顿 w0卡诺
t勃雷顿 t卡诺
w0勃雷顿 w0狄塞尔 w0萨巴太 w0奥托尔
t勃雷顿 t狄塞尔 t萨巴太 t奥托
1
T5 T4
1
T1 1
1
T1
有
p5 p4 p1
三、混合加热循环的能量分析和性能分析 定容过程2-3中，工质吸热量
q1V cV (T3 T2 )
定压过程的吸热量 q1 p cp (T4 T3 ) 总的吸热量：
二、理想回热循环
(1)定温压缩过程：1-2 (2)定容吸热过程：2-3 (3)定温膨胀过程：3-4 (4)定容放热过程：4-1
2.艾利克松循环
T s
图上。
第二节 往复式内燃机的动力循环
一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化 0-1：吸气过程
压力略低于大气压力
1-2：压缩过程
前半阶段气体吸热， 后半阶段气体放热。
2-3-4-5：燃烧和 膨胀过程
直接以燃料燃烧产物作为工质。
外燃机：
用燃料燃烧产物加热工质。
第一节 分析动力循环的一般方法
简化方法： 忽略各种不可逆因素，将实际过程简化为可 逆热力过程。 意义：
可作为实际热力循环的参照标准 明确改进方向
步骤：
将循环表示在 p v 图和 各典型点的参数 分析循环的性能
（1）燃气轮机装置的理想循环：
1-2: 定熵压缩过程 3-4：定熵膨胀过程
2-3：定压加热过程 4-1：定压冷却过程
例10-2 勃雷顿循环与卡诺循环和内燃机理想循环 的比较。
w0勃雷顿 w0卡诺
t勃雷顿 t卡诺
w0勃雷顿 w0狄塞尔 w0萨巴太 w0奥托尔
t勃雷顿 t狄塞尔 t萨巴太 t奥托
1
T5 T4
1
T1 1
1
T1
有
p5 p4 p1
三、混合加热循环的能量分析和性能分析 定容过程2-3中，工质吸热量
q1V cV (T3 T2 )
定压过程的吸热量 q1 p cp (T4 T3 ) 总的吸热量：
二、理想回热循环
(1)定温压缩过程：1-2 (2)定容吸热过程：2-3 (3)定温膨胀过程：3-4 (4)定容放热过程：4-1
2.艾利克松循环
T s
图上。
第二节 往复式内燃机的动力循环
一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化 0-1：吸气过程
压力略低于大气压力
1-2：压缩过程
前半阶段气体吸热， 后半阶段气体放热。
2-3-4-5：燃烧和 膨胀过程
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q1
a b c
Tds 面积 abcs
c a
s a
q2
cd a
Tds 面积 cdas
c a
s c
假想一定温过程， T1
q1
a b c
Tds T s
1
c
sa
q1 sc sa
q2 sc s a
所以平均进热温度： T
1
同理，平均放热温度： T 原循环的热效率： t
2.压缩比 一定，升压比 提高或定压预胀 比 降低，可提高热效率。
办法：尽量增加定容燃烧部分，减少定压燃烧 部分，可提高热效率。 在循环特性参数已定的情况下，提高初态参数， 可提高净功。
不能盲目提高燃烧温度：
防止氮氧化合物的生成。
四、定容加热理想循环和定压加热理想循环 1.定容加热理想循环
例10-1 一台按奥托循环工作的4缸四冲程发动机，压 缩比 8.6 ，活塞排量 Vh' 1000cm3 ，压缩过程 的初态为 p1 100kPa, t1 180 C ，每缸向工质供热 135J，求循环的热效率及加热过程终了的温 度和压力。
解：定容加热的热效率 t 1
v1 v2
(2)定容升压比
p3 p2
(3)定压预胀比
v4 v3
1-2定熵过程：
T2 T1 1
P2 P 1
2-3为定容加热过程： 所以
T3 T2 p3 p2
p3 p2 p1
T3 T2 T1 1
3-4为定压加热过程
1
1
1-2定熵过程：
1 1 TV T V 1 1 2 2
pV p V 1 1 2 2
V1 T2 T2 V2
1
=
V1 p2 p1 = V2
第三节 内燃机理想循环的比较及循环的平均压力
比较的前提： 吸入新鲜空气的初态相同 对单位质量工质，喷油量相同。 一、平均温度 任意可逆循环 abcda
2
T2 1 T1
Hale Waihona Puke 二、压缩比 相同的比较三种循环的从高温 热源的吸热量相同：
放热量各不相同：
热效率：
t ,v t t , p
三、循环的最高压力相同时的比较
循环的最高压相同时， 三种循环的加热量相同； 而放热量
q2 p q2 q2V
t , p t t ,v
动力装置： 将燃料燃烧释放的能量的一部分，持续地转换 为机械能的装置。 内燃机：
直接以燃料燃烧产物作为工质。
外燃机：
用燃料燃烧产物加热工质。
第一节 分析动力循环的一般方法
简化方法： 忽略各种不可逆因素，将实际过程简化为可 逆热力过程。 意义：
可作为实际热力循环的参照标准 明确改进方向
步骤：
将循环表示在 p v 图和 各典型点的参数 分析循环的性能
四、内燃机循环平均压力 pt
提高单位气缸体积的作功能力是增加内燃机 功率的重要方向。
循环总功：mw 单位气缸体积所 作的功：
mw pt Vs N m2
循环的平均压力：单位气缸体积的作功能力。
m q1 t p1q1 t pt VS RT1
第四节 其他气体动力循环
一、勃雷顿循环 燃气轮机
实际的循环过程：
并不封闭，也不可逆。
简化：
1.不计吸气和排气过程，视为气缸内工质的 封闭循环。 2.把燃烧过程视为外界对工质加热 3.略去压缩和膨胀过程中，工质与缸壁的热交换。 4.排气放热视为定容放热过程。
内燃机的理想热力循环： 混合加热循环(兼有定容和定压加热)
二、内燃机的特性参数及混合加热理想循环 各典型点的参数 (1)压缩比
t 1
1
1
1 1 1
循环的净功：
w0 q0 q1 q 2 p1v1 1 1 1 1 1
1.在 , 一定的条件下，压缩比 越大，热 效率 t 越高。
T s
图上。
第二节 往复式内燃机的动力循环
一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化 0-1：吸气过程
压力略低于大气压力
1-2：压缩过程
前半阶段气体吸热， 后半阶段气体放热。
2-3-4-5：燃烧和 膨胀过程
2-3：定容过程 3-4：定压过程
4-5：膨胀过程，n 1.2 ~ 1.38 5-6-0：排气过程
1
T5 T4
1
T1 1
1
T1
有
p5 p4 p1
三、混合加热循环的能量分析和性能分析 定容过程2-3中，工质吸热量
q1V cV (T3 T2 )
定压过程的吸热量 q1 p cp (T4 T3 ) 总的吸热量：
p4 p3 p1
T4 T3 T1 1
4-5为定熵过程、5-1，2-3为定容过程：
T5 v4 T4 v5
1
v 4 v1
1
v v 4 2 v3v1
1
燃烧时活塞位移很小
1
t 1
1
1
w0
p1v1 1 1 1
2.定压加热理想循环
燃烧主要在活塞离开上止点后进行。 1
t 1
1
1
1 1
p1v1 w0 1 1 1 1
（1）燃气轮机装置的理想循环：
1-2: 定熵压缩过程 3-4：定熵膨胀过程
2-3：定压加热过程 4-1：定压冷却过程
q1 q1v q1 p cv (T3 T2 ) c p (T4 T3 )
5-1定容过程中的放热量：
q2 cV (T5 T1 )
循环的热效率：
T5 T1 1 q2 t 1 1 T3 T1 T2 T1 T4 T1 T3 T1 q1
a b c
Tds 面积 abcs
c a
s a
q2
cd a
Tds 面积 cdas
c a
s c
假想一定温过程， T1
q1
a b c
Tds T s
1
c
sa
q1 sc sa
q2 sc s a
所以平均进热温度： T
1
同理，平均放热温度： T 原循环的热效率： t
2.压缩比 一定，升压比 提高或定压预胀 比 降低，可提高热效率。
办法：尽量增加定容燃烧部分，减少定压燃烧 部分，可提高热效率。 在循环特性参数已定的情况下，提高初态参数， 可提高净功。
不能盲目提高燃烧温度：
防止氮氧化合物的生成。
四、定容加热理想循环和定压加热理想循环 1.定容加热理想循环
例10-1 一台按奥托循环工作的4缸四冲程发动机，压 缩比 8.6 ，活塞排量 Vh' 1000cm3 ，压缩过程 的初态为 p1 100kPa, t1 180 C ，每缸向工质供热 135J，求循环的热效率及加热过程终了的温 度和压力。
解：定容加热的热效率 t 1
v1 v2
(2)定容升压比
p3 p2
(3)定压预胀比
v4 v3
1-2定熵过程：
T2 T1 1
P2 P 1
2-3为定容加热过程： 所以
T3 T2 p3 p2
p3 p2 p1
T3 T2 T1 1
3-4为定压加热过程
1
1
1-2定熵过程：
1 1 TV T V 1 1 2 2
pV p V 1 1 2 2
V1 T2 T2 V2
1
=
V1 p2 p1 = V2
第三节 内燃机理想循环的比较及循环的平均压力
比较的前提： 吸入新鲜空气的初态相同 对单位质量工质，喷油量相同。 一、平均温度 任意可逆循环 abcda
2
T2 1 T1
Hale Waihona Puke 二、压缩比 相同的比较三种循环的从高温 热源的吸热量相同：
放热量各不相同：
热效率：
t ,v t t , p
三、循环的最高压力相同时的比较
循环的最高压相同时， 三种循环的加热量相同； 而放热量
q2 p q2 q2V
t , p t t ,v
动力装置： 将燃料燃烧释放的能量的一部分，持续地转换 为机械能的装置。 内燃机：
直接以燃料燃烧产物作为工质。
外燃机：
用燃料燃烧产物加热工质。
第一节 分析动力循环的一般方法
简化方法： 忽略各种不可逆因素，将实际过程简化为可 逆热力过程。 意义：
可作为实际热力循环的参照标准 明确改进方向
步骤：
将循环表示在 p v 图和 各典型点的参数 分析循环的性能
四、内燃机循环平均压力 pt
提高单位气缸体积的作功能力是增加内燃机 功率的重要方向。
循环总功：mw 单位气缸体积所 作的功：
mw pt Vs N m2
循环的平均压力：单位气缸体积的作功能力。
m q1 t p1q1 t pt VS RT1
第四节 其他气体动力循环
一、勃雷顿循环 燃气轮机
实际的循环过程：
并不封闭，也不可逆。
简化：
1.不计吸气和排气过程，视为气缸内工质的 封闭循环。 2.把燃烧过程视为外界对工质加热 3.略去压缩和膨胀过程中，工质与缸壁的热交换。 4.排气放热视为定容放热过程。
内燃机的理想热力循环： 混合加热循环(兼有定容和定压加热)
二、内燃机的特性参数及混合加热理想循环 各典型点的参数 (1)压缩比
t 1
1
1
1 1 1
循环的净功：
w0 q0 q1 q 2 p1v1 1 1 1 1 1
1.在 , 一定的条件下，压缩比 越大，热 效率 t 越高。
T s
图上。
第二节 往复式内燃机的动力循环
一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化 0-1：吸气过程
压力略低于大气压力
1-2：压缩过程
前半阶段气体吸热， 后半阶段气体放热。
2-3-4-5：燃烧和 膨胀过程
2-3：定容过程 3-4：定压过程
4-5：膨胀过程，n 1.2 ~ 1.38 5-6-0：排气过程
1
T5 T4
1
T1 1
1
T1
有
p5 p4 p1
三、混合加热循环的能量分析和性能分析 定容过程2-3中，工质吸热量
q1V cV (T3 T2 )
定压过程的吸热量 q1 p cp (T4 T3 ) 总的吸热量：
p4 p3 p1
T4 T3 T1 1
4-5为定熵过程、5-1，2-3为定容过程：
T5 v4 T4 v5
1
v 4 v1
1
v v 4 2 v3v1
1
燃烧时活塞位移很小
1
t 1
1
1
w0
p1v1 1 1 1
2.定压加热理想循环
燃烧主要在活塞离开上止点后进行。 1
t 1
1
1
1 1
p1v1 w0 1 1 1 1
（1）燃气轮机装置的理想循环：
1-2: 定熵压缩过程 3-4：定熵膨胀过程
2-3：定压加热过程 4-1：定压冷却过程
q1 q1v q1 p cv (T3 T2 ) c p (T4 T3 )
5-1定容过程中的放热量：
q2 cV (T5 T1 )
循环的热效率：
T5 T1 1 q2 t 1 1 T3 T1 T2 T1 T4 T1 T3 T1 q1