Braytoncycle(布雷顿循环)
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第十章 第九章
气体的动力循环 气体的动力循环
-- Gas Power Cycles
10–1 9-1 分析动力循环的一般方法
一、分析动力循环的目的
•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
二、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
内燃机的应用
活塞式内燃机循环的特点： • 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
二、活塞式内燃机循环的简化
0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0
吸气 压缩 喷油、燃烧 燃烧 膨胀作功 排气
引用空气标准假设简化: 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
(10-7) (9-7)
讨论：
1 t 1 1 1 1
v1 v2
萨巴德循环
p3 p2 v4 v3
图10-4 9-4
混合加热循环的状态参数图
2.循环热效率
p
wnet t q1
wnet w12 w23 w34 w45 w51 w12 w34 w45
3
p4 s
5
T
v
2pBiblioteka 24v1
3
s
5
s
v
1 v
s
v
s
1 1 Rg R p p T1 1 2 p3 v4 v3 g T4 1 5 1 p1 1 p4
t
wnet q1
与实际循环相当的内部可逆循环的热效率 相对热效率(relative thermal efficiency) 反映该内部可逆循环因与高、低温热源 存在温差（外部不可逆）而造成的损失 相对内部效率(internal engine efficiency) 反映内部摩擦（内部不可逆）引起的损失
e
x
有效火用
提供的火用
(10-4) (9-4)
10–2 9-2 活塞式内燃机实际循环的简化
一、活塞式内燃机(internal combustion engine)简介 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 )
3) 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 wnet,act T wnet i Tt coT (10-1) q1 q1 (9-1)
其中
T0 wnet ,max c 1 与实际循环相当的卡诺循环热效率 T1 q1
或
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 c p T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
则
t 1
T5 T1 q2 1 T3 T2 T4 T3 q1
t o c
T
wnet,act wnet
4) 作功能力损失（取决于热力循环的熵产）
I T0 S g
j 1 n
(10-2) (9-2)
各热力设备（过程）的熵产
作功能力损失率
I
I Wnet ,max
I T (1 0 )Q1 T1
(10-3) (9-3)
5) 火用 效率（设备或系统的）
p
1
(10-6) (9-6)
3
利用、、表示t
v1 1 2 有 T2 T1 v 2 T1
1
p4 s
5
v
2
s
p3 2 3 有 T3 T2 T1 1 p2
v 3 4 有 T4 T3 4 T1 1 v3 p5 5 1 有 T5 T1 ？ p1
T
p
2
4
p5 T5 T1 p1
v
1
3
s
5
T5 T1
s
v
s
把T2、T3、T4和T5代入 式（10-6）：
t 1
T5 T1 T3 T2 T4 T3
（ b）
图10-4 混合加热理想循环T-s图 图9-4
1 t 1 1 1 1
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 有用功损失的部位、大小、原因及改进办法
三、分析动力循环的方法 1）第一定늋枀法 2）第二定律分析法
以第一定律为基础 以能量的数量守恒为立足点
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析
熵产
熵分析法
火用分析法
作功能力损失
火用损
火用效率
10–3 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） 1. p-v图及T-s图 12 定熵压缩；23 定容吸热； 34 定压吸热；45 定熵膨胀； 51 定容放热 特征参数： 压缩比compression ratio 定容增压比pressure ratio 定压预胀比 cutoff ratio
v
1 v
T
p
2
4
v
1
3
s
5
s
v
S
图10-4 混合加热理想循环 图9-4
p5 求 p1
因 p1v1 p2v2
p5 v5 p4v4
两式相除，考虑到
p4 p3 v1 v5 v2 v3
p5 p4 v4 p3 v4 p1 p2 v3 p2 v3
气体的动力循环 气体的动力循环
-- Gas Power Cycles
10–1 9-1 分析动力循环的一般方法
一、分析动力循环的目的
•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
二、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
内燃机的应用
活塞式内燃机循环的特点： • 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
二、活塞式内燃机循环的简化
0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0
吸气 压缩 喷油、燃烧 燃烧 膨胀作功 排气
引用空气标准假设简化: 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
(10-7) (9-7)
讨论：
1 t 1 1 1 1
v1 v2
萨巴德循环
p3 p2 v4 v3
图10-4 9-4
混合加热循环的状态参数图
2.循环热效率
p
wnet t q1
wnet w12 w23 w34 w45 w51 w12 w34 w45
3
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5
T
v
2pBiblioteka 24v1
3
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v
1 v
s
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1 1 Rg R p p T1 1 2 p3 v4 v3 g T4 1 5 1 p1 1 p4
t
wnet q1
与实际循环相当的内部可逆循环的热效率 相对热效率(relative thermal efficiency) 反映该内部可逆循环因与高、低温热源 存在温差（外部不可逆）而造成的损失 相对内部效率(internal engine efficiency) 反映内部摩擦（内部不可逆）引起的损失
e
x
有效火用
提供的火用
(10-4) (9-4)
10–2 9-2 活塞式内燃机实际循环的简化
一、活塞式内燃机(internal combustion engine)简介 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 )
3) 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 wnet,act T wnet i Tt coT (10-1) q1 q1 (9-1)
其中
T0 wnet ,max c 1 与实际循环相当的卡诺循环热效率 T1 q1
或
wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 c p T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
则
t 1
T5 T1 q2 1 T3 T2 T4 T3 q1
t o c
T
wnet,act wnet
4) 作功能力损失（取决于热力循环的熵产）
I T0 S g
j 1 n
(10-2) (9-2)
各热力设备（过程）的熵产
作功能力损失率
I
I Wnet ,max
I T (1 0 )Q1 T1
(10-3) (9-3)
5) 火用 效率（设备或系统的）
p
1
(10-6) (9-6)
3
利用、、表示t
v1 1 2 有 T2 T1 v 2 T1
1
p4 s
5
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2
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p3 2 3 有 T3 T2 T1 1 p2
v 3 4 有 T4 T3 4 T1 1 v3 p5 5 1 有 T5 T1 ？ p1
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1
3
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T5 T1
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把T2、T3、T4和T5代入 式（10-6）：
t 1
T5 T1 T3 T2 T4 T3
（ b）
图10-4 混合加热理想循环T-s图 图9-4
1 t 1 1 1 1
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 有用功损失的部位、大小、原因及改进办法
三、分析动力循环的方法 1）第一定늋枀法 2）第二定律分析法
以第一定律为基础 以能量的数量守恒为立足点
综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析
熵产
熵分析法
火用分析法
作功能力损失
火用损
火用效率
10–3 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） 1. p-v图及T-s图 12 定熵压缩；23 定容吸热； 34 定压吸热；45 定熵膨胀； 51 定容放热 特征参数： 压缩比compression ratio 定容增压比pressure ratio 定压预胀比 cutoff ratio
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1 v
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2
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图10-4 混合加热理想循环 图9-4
p5 求 p1
因 p1v1 p2v2
p5 v5 p4v4
两式相除，考虑到
p4 p3 v1 v5 v2 v3
p5 p4 v4 p3 v4 p1 p2 v3 p2 v3