工程熱力學(xué)課件（第四版）：10章：氣體動力循環(huán)

1、第十章 氣體動力循環(huán),10-1 分析動力循環(huán)的一般方法 10-2 活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)的簡化 10-3 活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán) 10-4 活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的比較 10-5 斯特林循環(huán) 10-6 埃里克森循環(huán) 10-7 燃?xì)廨啓C裝置循環(huán) 10-8 燃?xì)廨啓C裝置的定壓加熱實際循環(huán),課件目錄,本章作業(yè),一、實際工作循環(huán)理想化成可逆循環(huán)； 二、找出影響循環(huán)熱效率的主要因素及提高循環(huán)效率的措施； 三、分析實際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實際損失的部位、大小、原因以及改進方法,10-1 分析動力循環(huán)的一般方法,其中：c為卡諾循環(huán)熱效率； t為內(nèi)部可逆循環(huán)的熱效率, 0為相對熱效率, T為循環(huán)相對

2、內(nèi)部效率,循環(huán)的經(jīng)濟性評價（內(nèi)部熱效率,10-1,10-2 活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)的簡化,一、幾種活塞式內(nèi)燃機簡介,船用柴油機,車用柴油機,發(fā)電用柴油機,建筑用柴油機,固定動力用柴油機,增壓柴油機,農(nóng)用柴油機,工程機械用柴油機,柴油發(fā)電機組,直噴柴油機,二、實際循環(huán)的示功圖（p-V圖,右圖是四沖程柴油機（混合加熱）的示功圖，包括：0-1吸氣沖程、1-3壓縮沖程、3-1 膨脹沖程、1-0排氣沖程,其中：0、3是上死點； 1、1是下死點； 2-3-4是注燃過程。 2-3-4：燃燒過程； 5-1-0：排氣過程,圖10-1 四沖程柴油機的示功圖,三、實際循環(huán)的理想化過程,燃燒過程 可逆定容或（和）定壓吸

3、熱過程； 工質(zhì)比熱為定值的理想氣體（空氣）； 膨脹和壓縮過程可逆絕熱（等熵）過程； 忽略摩擦阻力及節(jié)流損失，認(rèn)為進、排氣過程的 推動功抵消，兩個過程重合，進而把開式循環(huán)抽象成閉式循環(huán),通過上述簡化，實際循環(huán)可理想化為以空氣為工質(zhì)的可逆循環(huán)，且按加熱方式可分為,當(dāng)兩個相同尺寸發(fā)動機比較時，MEP大的比MEP小的可產(chǎn)生更多凈輸出功,有效壓力,Otto循環(huán)（定容加熱） Diesel循環(huán)（定壓加熱） Sabathe循環(huán)（混合加熱,10-2,這三種循環(huán)的圖示 見下節(jié)相關(guān)內(nèi)容,10-3 活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán),一、混合加熱理想循環(huán)（Sabathe循環(huán),圖10-4 混合加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,上式

4、說明： t隨和的增大而提高。 t隨的增大而降低,混合加熱循環(huán)的熱效率為,10-3,二、定壓加熱理想循環(huán)（Diesel 循環(huán),又稱荻塞爾循環(huán)，相當(dāng)于1時的混合加熱循環(huán)情況,其t隨的增大而提高，隨的增大而降低,熱效率公式 （略,圖10-5 定壓加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,三、定容加熱理想循環(huán)(Otto循環(huán),定容加熱理想循環(huán)又稱奧托循環(huán)，相當(dāng)于預(yù)脹比1時的混合加熱循環(huán),上式說明，t隨壓縮比的增加而提高,熱效率,圖10-6 定容加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,10-4,某柴油機混合加熱理想循環(huán)(見幻燈片6中的圖) 的p1=0.17MPa，t1=60，壓縮比=14.5，氣缸中氣體最大壓力p3=1

5、0.3MPa，循環(huán)加熱量q1=900kJ/kg。設(shè)工質(zhì)為空氣，比熱容為定值并取cp=1004 J/(kgK)、cv=718J/(kgK)，=1.4；環(huán)境溫度t0=20，壓力p0=0.1MPa。試分析該循環(huán)并求循環(huán)熱效率及 效率,解: 由已知條件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K 點1： 點2,例 10-1,1 2 是定熵過程，有 點3：p3 = 10.3 MPa，v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg,q1v = cv(T3 T2) = 302 kJ/kg q1p = q1 q1v = 598 kJ/kg 點4：p4 = p3 = 10.3 MPa，因q1p =

6、cp(T4 T3)，所以 點5：v5 = v1 = 0.562 m3/kg,或,在吸熱過程中空氣熵增為 所以平均吸熱溫度為 循環(huán)吸熱量q1中的可用能為 循環(huán) 效率,本例中，循環(huán)是內(nèi)部可逆的，且只是放熱過程中 系統(tǒng)（工質(zhì)）與環(huán)境有溫差，從而有作功能力損失： 所以循環(huán)輸出凈功和放熱過程作功能力損失之和 為循環(huán)吸熱量中的可用能，即 ex,Q = wnet + i = 719.1 kJ/kg,10-4 活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較,在作各種理想循環(huán)比較時，一般在初始 狀態(tài)相同的情況下，分別以壓縮比、吸熱量 或最高壓力和最高溫度相同作為比較基礎(chǔ)， 此時應(yīng)用溫熵圖最為方便,一、壓縮比相同、吸熱量相

7、同時的比較,1-2-3-4-1為定容加熱循環(huán); 1-2-2-3-4-1為混合加熱循環(huán); 1-2-3-4-1為定壓加熱循環(huán),分析可得,圖10-7 相同、q1相同時 理想循環(huán)的比較,1-2-3-4-1為定容加熱; 1-2-3-3-4-1為混合加熱; 1-2”-3-4-1為定壓加熱,分析可得,二、循環(huán)最高壓力和最高溫度相同時比較,圖10-8 Tmax、pmax相同時 理想循環(huán)的比較,說明,上述兩種情況的比較是根據(jù)熱效率的定義式 進行的。也可從平均吸熱和（或）放熱溫度的角度進行分析，請同學(xué)們自己課后獨立完成（refer to pp. 126127,10-5 斯特林（Stirling)循環(huán),1816年提

8、出，近幾十年才實施,斯特林循環(huán)圖示,特點：1、概括性卡諾循環(huán)； 2、活塞式，外燃（可使用價廉易得燃料） 應(yīng)用：核潛艇，制冷。已有效率超過50%的實際Stirling發(fā)動機,10-6 埃里克森（Ericsson)循環(huán),埃里克森循環(huán)圖示,1,2,3,4,p,v,特點：1、概括性卡諾循環(huán)； 2、可以用活塞式，實現(xiàn)外燃（可用價廉易得燃料）。 兩個等溫吸放熱過程可以通過再熱和間冷去近似,10-7 燃?xì)廨啓C裝置循環(huán),一、燃?xì)廨啓C裝置簡介,分壓氣機、燃燒室和燃?xì)廨啓C三個部分,1、連接發(fā)電機 2、進氣道主軸固定支架 3、軸頸軸承 4、壓氣機葉片 5、壓氣機模塊 6、燃?xì)廨啓C固定支架 7、葉輪 8、葉輪貫穿螺栓 9、進氣道定位 10、水平缸封 11、燃燒室防護罩 12、逆流燃燒室 13、燃料注入系統(tǒng) 14、燃燒室（火焰筒） 15、燃燒室冷卻部件16、噴嘴構(gòu)造 17、一級渦輪固定構(gòu)造 18、動力渦輪構(gòu)造 19、排氣擴散構(gòu)造 20、排氣煙氣探測器,二、燃?xì)廨啓C理想定壓加熱 (Brayton)循環(huán),若比熱容為定值，則循環(huán)熱率為,圖10-9 定壓加熱理想循環(huán),10-8 燃?xì)廨啓C裝置的定壓加熱實際循環(huán),如果設(shè)壓縮和膨脹過程仍是等熵的，則