第九章 氣體動力循環(huán)

1、 第九章 氣體動力循環(huán)9-19-1 分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般方法9-29-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化9-39-3 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)9-4 9-4 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的比較活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的比較* *9-5 9-5 活塞式熱氣發(fā)動機(jī)及其循環(huán)活塞式熱氣發(fā)動機(jī)及其循環(huán)9-69-6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)9-7 9-7 燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)* * 9-8 9-8 提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的措施提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的措施* * 9-9 9-9 噴氣發(fā)動機(jī)簡介噴

2、氣發(fā)動機(jī)簡介教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：掌握掌握分析分析動力循環(huán)的一般動力循環(huán)的一般方法方法；了解活塞式；了解活塞式內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的分析方法；了解實(shí)際循環(huán)的分析方法；了解燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的分析循環(huán)的分析方法。方法。知識點(diǎn)：知識點(diǎn)：分析動力循環(huán)的一般方法；分析動力循環(huán)的一般方法；活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化循環(huán)的簡化；活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)；活塞式內(nèi)燃機(jī)；活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)；活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較；燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)；燃?xì)?；燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)；燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)。輪機(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)。重重 點(diǎn)：點(diǎn)：分析分析動力循環(huán)的一般動力

3、循環(huán)的一般方法方法；活塞式內(nèi)燃機(jī)循；活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)分析環(huán)分析; ;燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的分析方法，提高燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的分析方法，提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)效率的方法和途徑。裝置循環(huán)效率的方法和途徑。難難 點(diǎn)：點(diǎn)：實(shí)際循環(huán)簡化成理想循環(huán)的方法；實(shí)際循環(huán)簡化成理想循環(huán)的方法；提高內(nèi)燃提高內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)效率的方法和途徑機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)效率的方法和途徑。9-1 9-1 分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的分析動力循環(huán)的目的目的是在熱力學(xué)基本定律的基礎(chǔ)上是在熱力學(xué)基本定律的基礎(chǔ)上分析動力循分析動力循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性環(huán)的能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性，尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方向及途徑

4、。，尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方向及途徑。 方法與步驟方法與步驟：1 1、將實(shí)際循環(huán)將實(shí)際循環(huán)抽象和簡化抽象和簡化成理想循環(huán)成理想循環(huán)任何實(shí)際熱力裝置中的工作過程都是不可逆的，且十任何實(shí)際熱力裝置中的工作過程都是不可逆的，且十分復(fù)雜。為了進(jìn)行熱力分析，需要建立實(shí)際循環(huán)相對應(yīng)的分復(fù)雜。為了進(jìn)行熱力分析，需要建立實(shí)際循環(huán)相對應(yīng)的熱力學(xué)模型，即可用理想的可逆循環(huán)熱力學(xué)模型，即可用理想的可逆循環(huán)代替代替實(shí)際不可逆循環(huán)。實(shí)際不可逆循環(huán)。如將實(shí)際不可逆的燃燒過程簡化為可逆的吸熱過程如將實(shí)際不可逆的燃燒過程簡化為可逆的吸熱過程動力循環(huán)的熱效率：動力循環(huán)的熱效率：1211qqqwnett2 2、將簡化好的理想可逆循環(huán)表

5、示在將簡化好的理想可逆循環(huán)表示在p-vp-v、T-sT-s圖圖上上3 3、對理想循環(huán)進(jìn)行分析計(jì)算對理想循環(huán)進(jìn)行分析計(jì)算計(jì)算循環(huán)中有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)（如最高壓力點(diǎn)、最高溫度計(jì)算循環(huán)中有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)（如最高壓力點(diǎn)、最高溫度點(diǎn)）的參數(shù)，與外界交換的熱量、功量以及循環(huán)熱效率點(diǎn)）的參數(shù)，與外界交換的熱量、功量以及循環(huán)熱效率或工作系數(shù)。或工作系數(shù)。5 5、對理想循環(huán)的計(jì)算結(jié)果引入必要的、對理想循環(huán)的計(jì)算結(jié)果引入必要的修正修正考慮考慮實(shí)際實(shí)際存在的不可逆性對理想循環(huán)的結(jié)果進(jìn)行存在的不可逆性對理想循環(huán)的結(jié)果進(jìn)行修正修正。4 4、定性分析各主要參數(shù)對理想循環(huán)的定性分析各主要參數(shù)對理想循環(huán)的吸熱量、放熱量及凈功吸熱量、放熱量

6、及凈功量的影響量的影響，進(jìn)而分析對循環(huán)，進(jìn)而分析對循環(huán)熱效率熱效率（或工作系數(shù)）的（或工作系數(shù)）的影響影響，提出提出提高提高循環(huán)循環(huán)熱效率熱效率（或工作系數(shù)）的主要（或工作系數(shù)）的主要措施措施。平均溫度分析法：平均溫度分析法：121TTt目前，分析熱能動力裝置循環(huán)主要采用熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的目前，分析熱能動力裝置循環(huán)主要采用熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的“第第一定律分析一定律分析”法。這種方法從能量轉(zhuǎn)換的法。這種方法從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系來評價循環(huán)的經(jīng)濟(jì)來評價循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，以性，以熱效率熱效率為其指標(biāo)。另一種方法是綜合熱力學(xué)第一定律、第二定為其指標(biāo)。另一種方法是綜合熱力學(xué)第一定律、第二定律作為

7、依據(jù)，從能量的律作為依據(jù)，從能量的數(shù)量和質(zhì)量數(shù)量和質(zhì)量來分析，以來分析，以“作功能力損失和火用作功能力損失和火用效率效率”為其指標(biāo)的為其指標(biāo)的“第二定律分析第二定律分析”法。兩類方法所揭示的法。兩類方法所揭示的不完善部不完善部位及損失的大小是不同位及損失的大小是不同的。為了全面地反映循環(huán)的真實(shí)經(jīng)濟(jì)性，在分的。為了全面地反映循環(huán)的真實(shí)經(jīng)濟(jì)性，在分析熱能動力裝置循環(huán)時，不僅要考慮能的析熱能動力裝置循環(huán)時，不僅要考慮能的數(shù)量數(shù)量，還應(yīng)考慮能的，還應(yīng)考慮能的質(zhì)量質(zhì)量。 6 6、對實(shí)際循環(huán)進(jìn)行、對實(shí)際循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)第二定律分析熱力學(xué)第二定律分析熵分析：作功能力損失熵分析：作功能力損失分析：分析：效率效率

8、空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)氣體動力循環(huán)在簡化時常應(yīng)用所謂氣體動力循環(huán)在簡化時常應(yīng)用所謂“空氣標(biāo)準(zhǔn)空氣標(biāo)準(zhǔn)”假設(shè)：假定工假設(shè)：假定工作流體是一種作流體是一種理想氣體理想氣體；假設(shè)它具有與；假設(shè)它具有與空氣相同空氣相同的熱力性質(zhì)；的熱力性質(zhì)；將將排氣過程排氣過程和和燃燒過程燃燒過程用向低溫?zé)嵩吹挠孟虻蜏責(zé)嵩吹姆艧岱艧徇^程和自高溫?zé)嵩催^程和自高溫?zé)嵩吹牡奈鼰嵛鼰徇^程取代。過程取代。實(shí)際氣體循環(huán)中工質(zhì)主要是燃?xì)?，且在循環(huán)的不同部位其成分不同。用空氣實(shí)際氣體循環(huán)中工質(zhì)主要是燃?xì)?，且在循環(huán)的不同部位其成分不同。用空氣替代燃?xì)馐欠駮斐珊艽蟮恼`差？替代燃?xì)馐欠駮斐珊艽蟮恼`差？A:A: 會有一定的誤差，但會有

9、一定的誤差，但過量過量的空氣中占的空氣中占絕大部分的氮?dú)饨^大部分的氮?dú)鉀]有參與燃燒反應(yīng)，沒有參與燃燒反應(yīng)，進(jìn)行進(jìn)行燃燒的燃料質(zhì)量相對于空氣質(zhì)量也很小燃燒的燃料質(zhì)量相對于空氣質(zhì)量也很小，所以可以認(rèn)為在不同部位燃?xì)?，所以可以認(rèn)為在不同部位燃?xì)獾牡某煞肿兓淮蟪煞肿兓淮?，且燃?xì)夂涂諝獾臒嵛镄韵嘟?，在作理論分析時假定工質(zhì)全，且燃?xì)夂涂諝獾臒嵛镄韵嘟谧骼碚摲治鰰r假定工質(zhì)全部由空氣構(gòu)成通常不會造成很大的誤差。但空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)不能在水蒸氣動力部由空氣構(gòu)成通常不會造成很大的誤差。但空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)不能在水蒸氣動力裝置的循環(huán)中應(yīng)用！裝置的循環(huán)中應(yīng)用！itTcoT 循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評價（內(nèi)部熱效率）：循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評價

10、（內(nèi)部熱效率）：（9-1）c為卡諾循環(huán)熱效率為卡諾循環(huán)熱效率1-(T0/T1)o為相對熱效率，反映內(nèi)部可逆理論循環(huán)因與為相對熱效率，反映內(nèi)部可逆理論循環(huán)因與高、低溫?zé)嵩创嬖诟摺⒌蜏責(zé)嵩创嬖跍夭顪夭疃斐傻膿p失而造成的損失t為實(shí)際循環(huán)相為實(shí)際循環(huán)相應(yīng)的內(nèi)部可逆循應(yīng)的內(nèi)部可逆循環(huán)的熱效率環(huán)的熱效率T為循環(huán)相對內(nèi)部效率，為循環(huán)相對內(nèi)部效率，反映內(nèi)部反映內(nèi)部摩擦摩擦引起的損失引起的損失最高效率為卡諾循環(huán)效率最高效率為卡諾循環(huán)效率（ c ），考慮存在，考慮存在溫差溫差的外部不可逆損的外部不可逆損失（失（o），再考慮，再考慮內(nèi)部內(nèi)部摩擦摩擦等不可逆損失（等不可逆損失（T）。活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃料燃燒、工質(zhì)膨脹

11、、壓縮等過程都是在同一帶活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃料燃燒、工質(zhì)膨脹、壓縮等過程都是在同一帶有活塞的氣缸內(nèi)進(jìn)行的，因此結(jié)構(gòu)比較緊湊。有活塞的氣缸內(nèi)進(jìn)行的，因此結(jié)構(gòu)比較緊湊。9-2 9-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化一、幾種活塞式內(nèi)燃機(jī)簡介一、幾種活塞式內(nèi)燃機(jī)簡介汽油機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī)煤氣機(jī)煤氣機(jī)按按燃料燃料分：分：壓燃式壓燃式點(diǎn)燃式點(diǎn)燃式按按點(diǎn)火方式點(diǎn)火方式分：分：2 2沖程沖程4 4沖程沖程按按完成一個循環(huán)所需要的沖程完成一個循環(huán)所需要的沖程分：分：吸入燃料和空氣的混合物，經(jīng)壓縮后，由電火花吸入燃料和空氣的混合物，經(jīng)壓縮后，由電火花點(diǎn)燃點(diǎn)燃吸入的僅僅是空氣，經(jīng)壓縮后使空氣的溫

12、度吸入的僅僅是空氣，經(jīng)壓縮后使空氣的溫度上升到燃料自燃的溫度，再噴入燃料燃燒上升到燃料自燃的溫度，再噴入燃料燃燒一般是一般是點(diǎn)燃式點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)則是則是壓燃式壓燃式內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)裝置內(nèi)燃機(jī)裝置四四沖沖程程內(nèi)燃機(jī)工作過程內(nèi)燃機(jī)工作過程(four-stroke cycle engine)(four-stroke cycle engine)兩沖兩沖程程內(nèi)燃機(jī)工作過程內(nèi)燃機(jī)工作過程(two-stroke cycle engine)(two-stroke cycle engine)二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（p-p-V V圖）圖）下面以下面以四沖程柴油機(jī)四沖程柴油機(jī)為例，討論如何

13、從實(shí)際循環(huán)抽象、概括得出理論循環(huán)。為例，討論如何從實(shí)際循環(huán)抽象、概括得出理論循環(huán)。通過一種叫通過一種叫示功器示功器的設(shè)備記錄四沖程柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)中的設(shè)備記錄四沖程柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)中壓力和容積壓力和容積變化的關(guān)系如變化的關(guān)系如圖圖9-19-1所示。下圖是四沖程柴油機(jī)（混合加熱）的示功圖所示。下圖是四沖程柴油機(jī)（混合加熱）的示功圖VPb0121:1:下止點(diǎn)，進(jìn)氣閥關(guān)閉下止點(diǎn)，進(jìn)氣閥關(guān)閉2 ：柴油噴入高壓高溫的氣缸內(nèi)：柴油噴入高壓高溫的氣缸內(nèi)0-10-1：吸氣過程。：吸氣過程。由于閥門阻力，吸入氣缸內(nèi)空氣由于閥門阻力，吸入氣缸內(nèi)空氣的的壓力略低于壓力略低于P Pb b。1-21-2：壓縮過程壓縮過程，

14、由于缸壁夾層中，由于缸壁夾層中有水冷卻，所以壓縮過程是個多有水冷卻，所以壓縮過程是個多變過程，平均變過程，平均多變多變指數(shù)在指數(shù)在1.34-1.1.34-1.3737。 23-5MPa3-5MPa，600-800600-8002：經(jīng)過一段滯燃期后開始燃燒；：經(jīng)過一段滯燃期后開始燃燒；圖圖9-1 四沖程柴油機(jī)的四沖程柴油機(jī)的示功圖示功圖二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（p-p-V V圖）圖）VPb2342 23 3：燃燒過程十分迅猛，壓力：燃燒過程十分迅猛，壓力迅速上升，而活塞移動并不顯著，迅速上升，而活塞移動并不顯著，接近接近定容加熱定容加熱。3-43-4：接近：接近定壓加熱定壓加熱

15、過程；過程；5-9MPa5-9MPa3：上止點(diǎn)，開始右行，此時：上止點(diǎn)，開始右行，此時燃燒燃燒在在繼續(xù)繼續(xù)進(jìn)行，氣缸內(nèi)氣體的壓力進(jìn)行，氣缸內(nèi)氣體的壓力變化很少；變化很少；4 4：達(dá)到最高溫度；：達(dá)到最高溫度；01221700-18001700-18003-5MPa3-5MPa，600-800600-800圖圖9-1 四沖程柴油機(jī)的四沖程柴油機(jī)的示功圖示功圖二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（p-p-V V圖）圖）VPb01234515 51：部分：部分廢氣排入大氣廢氣排入大氣，氣，氣缸中壓力突然下降，接近于缸中壓力突然下降，接近于定定容降壓容降壓過程；過程；4 45 5 ：活塞繼續(xù)右行

16、，氣缸內(nèi)：活塞繼續(xù)右行，氣缸內(nèi)高溫高壓氣體實(shí)現(xiàn)高溫高壓氣體實(shí)現(xiàn)膨脹作功膨脹作功，同時向冷卻水同時向冷卻水放熱放熱，所以也是，所以也是一個多變過程；一個多變過程；0.3-0.5MPa0.3-0.5MPa，500 500 5-9MPa5-9MPa5 5 ：排氣閥打開；：排氣閥打開；1 0：隨著活塞左行，廢氣在：隨著活塞左行，廢氣在壓力稍高于大氣壓壓力稍高于大氣壓下被排出氣下被排出氣缸；缸；3-5MPa3-5MPa，600-800600-8001700-18001700-1800圖圖9-1 四沖程柴油機(jī)的四沖程柴油機(jī)的示功圖示功圖活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡化活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡化 為了便于從理論上分析，忽

17、略一些次要因素，引用為了便于從理論上分析，忽略一些次要因素，引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)對實(shí)對實(shí)際循環(huán)加以合理的抽象和概括。主要有：際循環(huán)加以合理的抽象和概括。主要有：1 1）燃燒過程）燃燒過程可逆可逆定容定容或（和）或（和）定壓定壓吸熱過程；把排氣過程吸熱過程；把排氣過程向低溫向低溫?zé)嵩纯赡鏌嵩纯赡娑ㄈ荻ㄈ莘艧徇^程放熱過程； 2 2）工質(zhì)）工質(zhì)定值比熱定值比熱的的理想理想氣體（空氣）；氣體（空氣）；3 3）吸、排氣過程）吸、排氣過程忽略摩擦及節(jié)流損失，認(rèn)為進(jìn)、排氣推動功相抵消，忽略摩擦及節(jié)流損失，認(rèn)為進(jìn)、排氣推動功相抵消，即圖即圖9-19-1中中0-10-1和和1-01-0重合，加之把燃燒改

18、成加熱后，不必考慮燃燒耗重合，加之把燃燒改成加熱后，不必考慮燃燒耗氧問題，因而氧問題，因而開式循環(huán)就可抽象為閉式循環(huán)開式循環(huán)就可抽象為閉式循環(huán)；4 4）膨脹和壓縮過程）膨脹和壓縮過程可逆絕熱可逆絕熱（等熵）過程。（等熵）過程。通過上述簡化，整個循環(huán)理想化為以空氣為工質(zhì)的通過上述簡化，整個循環(huán)理想化為以空氣為工質(zhì)的混合加熱混合加熱可逆循環(huán)?？赡嫜h(huán)。此抽象和概括的方法同樣適用于其它以氣體為工質(zhì)的熱機(jī)循環(huán)。此抽象和概括的方法同樣適用于其它以氣體為工質(zhì)的熱機(jī)循環(huán)。簡化結(jié)果簡化結(jié)果經(jīng)過抽象和概括，現(xiàn)代柴油機(jī)的實(shí)際循環(huán)被理想化為經(jīng)過抽象和概括，現(xiàn)代柴油機(jī)的實(shí)際循環(huán)被理想化為混合加熱理想可混合加熱理想可逆

19、循環(huán)逆循環(huán)，又稱，又稱薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)，如圖，如圖9-49-4所示。所示。圖圖9-4 混合加熱循環(huán)的狀態(tài)參數(shù)圖混合加熱循環(huán)的狀態(tài)參數(shù)圖 絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱壓縮絕熱壓縮定壓吸熱定壓吸熱定容吸熱定容吸熱定容放熱定容放熱絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱壓縮絕熱壓縮定壓吸熱定壓吸熱定容吸熱定容吸熱定容放熱定容放熱pv1122334455pvTsssvVST9-3 9-3 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán) Sabathe cycleSabathe cycle圖圖9-4 混合加熱理想循環(huán)混合加熱理想循環(huán)21vv23pp（1）壓縮比：壓縮比：壓縮前、后比體積之比

20、，表壓縮前、后比體積之比，表征征內(nèi)燃機(jī)工作體積大小內(nèi)燃機(jī)工作體積大小。（2）定容升壓比定容升壓比: : 定容加熱后與加熱前壓定容加熱后與加熱前壓力之比，表示內(nèi)燃機(jī)力之比，表示內(nèi)燃機(jī)定容燃燒情況定容燃燒情況。（3）定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比: : 定壓加熱后與加熱前比定壓加熱后與加熱前比體積之比，表示內(nèi)燃機(jī)體積之比，表示內(nèi)燃機(jī)定壓燃燒情況定壓燃燒情況。34vvpv12345Tsv2345pvss1一、混合加熱理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán) Sabathe cycleSabathe cycle12 33 43243()()Vpqqqc TTc TT吸熱量：吸熱量：放熱量：放熱量：循環(huán)凈功：循環(huán)凈功：25

21、151()Vqqc TT循環(huán)熱效率：循環(huán)熱效率：12netwqq512113243513243()11()()1()()netVtVpwc TTqqqc TTc TTTTTTk TT 圖圖9-4 混合加熱理想循環(huán)混合加熱理想循環(huán)pv12345Tsv12345pvss通常把氣體動力循環(huán)的熱效率表示為通常把氣體動力循環(huán)的熱效率表示為循環(huán)特性參數(shù)（壓縮比循環(huán)特性參數(shù)（壓縮比、定容升壓比定容升壓比、定壓預(yù)脹比、定壓預(yù)脹比）的函數(shù)。因?yàn)榈暮瘮?shù)。因?yàn)?-21-2與與4-54-5是定熵過是定熵過程，故有程，故有: : 1 122445 5,kkkkp vp vp vp v注意到注意到v v1 1=v=v5

22、5、 p p4 4p p3 3、v v2 2=v=v3 3, ,并將上兩式相除得并將上兩式相除得: : 5344412223kkkpppvvppvpv12345pvss3-43-4是定壓過程，有是定壓過程，有: : 2-32-3是定容過程，有是定容過程，有: : 1-21-2是定熵過程，有是定熵過程，有: : 由于由于5-15-1是定容過程，所以是定容過程，所以: :55111kpTTTp1112112kkvTTTv1332212kpTTTTp 1443313kvTTTTv 上式說明：上式說明：t t隨隨壓縮比壓縮比和和定容增壓定容增壓比比的增大而提高。的增大而提高。 t t隨隨定壓預(yù)脹比定壓

23、預(yù)脹比的增的增大而降低。大而降低。* *在循環(huán)特性參數(shù)（在循環(huán)特性參數(shù)（、及及）一定的條）一定的條件下，提高初態(tài)參數(shù)，對熱效率雖然并無件下，提高初態(tài)參數(shù)，對熱效率雖然并無影響，但可以提高凈功。因此可以采用影響，但可以提高凈功。因此可以采用“增壓增壓”等措施來提高柴油機(jī)的凈功。等措施來提高柴油機(jī)的凈功?；旌霞訜嵫h(huán)的熱效率為混合加熱循環(huán)的熱效率為: :（9-79-7）=v=v1 1/v/v2 2, T, T2 2=p=p3 3/p/p2 2,T,T3 3=v=v4 4/v/v3 3,T,T4 4，但，但T T5 5也也111(1)(1)ktkk 平均吸熱溫度升高平均吸熱溫度升高因?yàn)槎ㄈ菥€比定壓線

24、陡，平均因?yàn)槎ㄈ菥€比定壓線陡，平均放熱溫度的提高比平均吸熱溫放熱溫度的提高比平均吸熱溫度的提高要大度的提高要大pv1 12 23 34 45 5T Ts sv二、定壓加熱理想循環(huán)二、定壓加熱理想循環(huán) Diesel cycleDiesel cycle 近年來，有些近年來，有些高增壓柴油機(jī)及船用高速柴油機(jī)高增壓柴油機(jī)及船用高速柴油機(jī)，它們的燃燒過程主要在活塞，它們的燃燒過程主要在活塞離開上止點(diǎn)后的一段行程中進(jìn)行，這時燃料離開上止點(diǎn)后的一段行程中進(jìn)行，這時燃料燃燒和燃燒和燃?xì)馊細(xì)馀蛎浲瑫r進(jìn)行膨脹同時進(jìn)行，氣缸，氣缸內(nèi)內(nèi)壓力基本保持不變壓力基本保持不變簡化成簡化成定壓加熱定壓加熱理想循環(huán)，理想循環(huán)，可

25、以看成混合加熱理想循可以看成混合加熱理想循環(huán)的特例環(huán)的特例沒有定容加熱沒有定容加熱過程過程=1=1：圖圖9-5 9-5 定壓加熱理想循環(huán)的定壓加熱理想循環(huán)的p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖圖3241pvss3241Tspv其其定壓加熱理想循環(huán)熱效率定壓加熱理想循環(huán)熱效率t t隨隨壓縮比壓縮比的增大而提高，隨的增大而提高，隨預(yù)脹預(yù)脹比比的增大而降低。的增大而降低。111(1)ktkk 在重負(fù)荷（即油門開大，在重負(fù)荷（即油門開大， q q1 1 ,預(yù)脹比預(yù)脹比）時）時, ,實(shí)際內(nèi)部熱效實(shí)際內(nèi)部熱效率要降低，除率要降低，除的影響外，還有絕熱指數(shù)的影響外，還有絕熱指數(shù)k k的影響，當(dāng)溫度升高的影響，

26、當(dāng)溫度升高時，時，k k相應(yīng)地變小，熱效率也會降低。相應(yīng)地變小，熱效率也會降低。 圖圖9-6 9-6 定壓加熱理想循環(huán)定壓加熱理想循環(huán)t t32324411pvTssspv3344pv0Atmosphere火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的

27、工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)2pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)2pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)2pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atm

28、osphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)32pv0Atmosphere1火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere1火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞續(xù)3舉

29、例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)324pv0Atmosphere11火花塞火花塞續(xù)3舉例:汽油機(jī)的工作循環(huán)三、定容加熱理想循環(huán)三、定容加熱理想循環(huán) Otto cycleOtto cycle由于煤氣機(jī)、汽油機(jī)和柴油機(jī)由于煤氣機(jī)、汽油機(jī)和柴油機(jī)燃料性質(zhì)燃料性質(zhì)不同，機(jī)器的構(gòu)造也不同，其不同，機(jī)器的構(gòu)造也不同，其燃燒過程接近于燃燒過程接近于定容定容過程，不再有邊燃燒邊膨脹接近于定壓的過程，過程，不

30、再有邊燃燒邊膨脹接近于定壓的過程，故而在熱力學(xué)分析中，奧托循環(huán)可以看作故而在熱力學(xué)分析中，奧托循環(huán)可以看作不存在定壓加熱不存在定壓加熱過程，相當(dāng)過程，相當(dāng)于于預(yù)脹比預(yù)脹比1 1時的混合加熱循環(huán)：時的混合加熱循環(huán)：圖圖9-7 定容加熱理想循環(huán)的定容加熱理想循環(huán)的p-v圖和圖和T-s圖圖32324411pvT Tsssvv3241Tsvv132vqcTT241vqcTT02111twqqq 012wqq41321tVTTTT 411413232211TTTTTTTTTT上式說明上式說明，（，（1 1）定容加熱理想循環(huán)熱）定容加熱理想循環(huán)熱t(yī) t隨著壓縮比隨著壓縮比增大而增大而提高；（提高；（2 2

31、）隨著）隨著負(fù)荷增加負(fù)荷增加（表現(xiàn)為（表現(xiàn)為q q1 1增大），因?yàn)閴嚎s比不變增大），因?yàn)閴嚎s比不變，循環(huán)效率理論上并不變化循環(huán)效率理論上并不變化，但是因循環(huán)凈功增大，所以輸出功，但是因循環(huán)凈功增大，所以輸出功率增大。實(shí)際上由于壓縮比的增大及吸熱量的增加，都會使氣率增大。實(shí)際上由于壓縮比的增大及吸熱量的增加，都會使氣體加熱過程終了時體加熱過程終了時溫度上升溫度上升，造成值，造成值k k有所減小有所減小，而使，而使循環(huán)熱效循環(huán)熱效率稍稍下降率稍稍下降。 111kt由于由于汽油機(jī)里被壓縮的是燃料和空氣的混合物汽油機(jī)里被壓縮的是燃料和空氣的混合物，要受混合氣體，要受混合氣體自燃溫度的限制，自燃溫度的

32、限制，不能采用大壓縮比不能采用大壓縮比，不然混合氣就會，不然混合氣就會“爆爆燃燃”，使發(fā)動機(jī)不能正常工作。實(shí)際，使發(fā)動機(jī)不能正常工作。實(shí)際汽油機(jī)壓縮比汽油機(jī)壓縮比大多在大多在8-128-12的范圍內(nèi)。而的范圍內(nèi)。而柴油機(jī)因壓縮的僅僅是空氣柴油機(jī)因壓縮的僅僅是空氣，所以壓縮比可以較，所以壓縮比可以較高，一般高，一般柴油機(jī)壓縮比柴油機(jī)壓縮比多在多在16-2216-22的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。 某柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)的某柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)的p p1 1=0.17MPa=0.17MPa，t t1 1=60=60，壓縮比，壓縮比=14.5=14.5，氣缸中氣體最大壓力，氣缸中氣體最大壓力p p3 3=

33、10.3MPa=10.3MPa，循環(huán)加熱量，循環(huán)加熱量q q1 1=900kJ/kg=900kJ/kg。設(shè)工質(zhì)為空氣，比熱容為定值并取。設(shè)工質(zhì)為空氣，比熱容為定值并取c cp p=1004 =1004 J/(kgK)J/(kgK)、c cv v=718J/(kgK)=718J/(kgK)，=1.4=1.4；環(huán)境溫度；環(huán)境溫度t t0 0=20=20，壓力，壓力p p0 0=0.1MPa=0.1MPa。試分析該循環(huán)并求循環(huán)熱效率及火用效率。試分析該循環(huán)并求循環(huán)熱效率及火用效率。解解: 由已知條件：由已知條件：p1 1 = 0.17 MPa，T1 1 = 333.15 K 點(diǎn)點(diǎn)1： 點(diǎn)點(diǎn)2：kg/

34、m562. 0pTRv311g1 kg/m0387.0vv312 P293P293例例 9-19-1pv12345Tsv12345pvsskPa18. 7p)vv(pp12112 K968RvpTg222 K1389RvpTg333 43.1pp23 1 2 是定熵過程，有是定熵過程，有點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)點(diǎn)4：p4 = p3 = 10.3 MPa，因，因q1p = cp(T4 T3)，所以，所以點(diǎn)點(diǎn)5：v5 = v1 = 0

35、.562 m3/kgK1985cqTTpp134 kg/m055. 0pTRv344g4 42.1vv34 或或K779RvpTg555 MPa398. 0)vv(pp5445 639. 0)1()1(111t 644.01qwnettkgkJqqwkgkJTTcqnetv/580/320)(21152在吸熱過程中空氣熵增為在吸熱過程中空氣熵增為所以平均吸熱溫度為所以平均吸熱溫度為循環(huán)吸熱量循環(huán)吸熱量q q1 1中的可用能為中的可用能為循環(huán)火用效率循環(huán)火用效率)Kkg/(kJ6174. 0pplnRTTlncs24g24p24 K6 .1457sqT241m1 kg/kJ1 .719q)TT1

36、(e1m10Q,x 806.0,Qxneteewx或者，根據(jù)循環(huán)是或者，根據(jù)循環(huán)是內(nèi)部可逆內(nèi)部可逆的，且只是放熱過程中系統(tǒng)（工的，且只是放熱過程中系統(tǒng)（工質(zhì)）與環(huán)境有質(zhì)）與環(huán)境有溫差溫差，從而有作功能力損失：，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，即為循環(huán)吸熱量中的可用能，即 ex,Q = wnet + i = 719.1 kJ/kgkg/kJ1 .139)Tqs(TsTi02240g0 例例有一定壓加熱理想循環(huán)的壓縮比有一定壓加熱理想循環(huán)的壓縮比=20=20，作功沖程的作功沖程的4%4%為定壓加熱過程

37、。壓縮沖程為定壓加熱過程。壓縮沖程的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為p p1 1=100kPa=100kPa，t t1 1=20=20。求：。求：(1)(1)循環(huán)中每個過程的初始壓力和溫度；循環(huán)中每個過程的初始壓力和溫度；(2)(2)循環(huán)熱效率。（工質(zhì)取空氣，其比熱循環(huán)熱效率。（工質(zhì)取空氣，其比熱容取定值，容取定值，k=1.4k=1.4） 3241pvss3241Tspv定壓加熱過程是作功沖程的定壓加熱過程是作功沖程的4%4%，即有已知，即有已知 ，所以據(jù)上式，所以據(jù)上式=1.76=1.76。1-21-2是定熵過程，有是定熵過程，有由于由于所以所以 因因2-32-3是定壓過程，故有是定壓過程，故有3-4

38、3-4是定熵過程，有是定熵過程，有可得循環(huán)熱效率為可得循環(huán)熱效率為: :或或9-4 9-4 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較的熱力學(xué)比較 在作各種理想循環(huán)比較時，一般在初始在作各種理想循環(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)，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。此時應(yīng)用溫熵圖最為方便。一、一、 壓縮比壓縮比相同相同, , q q1 1相同相同的比較的比較Tsq q1 1相同，相同，1-21-2等熵壓縮過程相等熵壓縮過程相同，而同，而定容放熱過

39、程都在通定容放熱過程都在通過點(diǎn)過點(diǎn)1 1的定容線上。的定容線上。 31224334121qqtabbbtpttv1-2-2-3-4-1為混合加熱循環(huán)為混合加熱循環(huán); 1-2-3-4-1為定容加熱循環(huán)為定容加熱循環(huán);1-2-3-4-1為定壓加熱循環(huán)。為定壓加熱循環(huán)。各循環(huán)放熱量各不相同：各循環(huán)放熱量各不相同： 根據(jù)循環(huán)熱效率：根據(jù)循環(huán)熱效率： 222Vmpqqq比較的前提，否則不同的機(jī)型可有比較的前提，否則不同的機(jī)型可有不同的壓縮比不同的壓縮比 圖圖9-11 相同時理想循環(huán)的比較相同時理想循環(huán)的比較1-21-2-3-3-3-4-1-3-4-1為混合加熱為混合加熱; ;1-21-2-3-4-1-3

40、-4-1為定壓加熱為定壓加熱; ;1-2-3-4-11-2-3-4-1為定容加熱。為定容加熱。 分析可得：分析可得：332”221564T T0 0s s二、循環(huán)最高壓力和最高溫度相同時比較圖圖9-12 Tmax、pmax相同時相同時 理想循環(huán)的比較理想循環(huán)的比較三種循環(huán)的最高壓力和最高溫度三種循環(huán)的最高壓力和最高溫度重合在點(diǎn)重合在點(diǎn)3，壓縮的初始狀態(tài)都，壓縮的初始狀態(tài)都重合在點(diǎn)重合在點(diǎn)1，放熱過程亦相同。，放熱過程亦相同。 TmaxpmaxT1V,mT1m,mT1p,mT2mTminpmin111pmVqqq1 ,1 ,1 ,p mm mV mTTTtptmtV3a32a22b1564aT

41、T0 0s s圖圖 Tmax、q1相同時理想循環(huán)的相同時理想循環(huán)的比較比較TmaxTminpmin44b3 3b3a321564aT T0 0s s圖圖 Tmax、q1相同時理想循環(huán)的相同時理想循環(huán)的比較比較TmaxTminpmin44b33b78從內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的分析、比較發(fā)現(xiàn)各種理想循環(huán)在加熱前從內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的分析、比較發(fā)現(xiàn)各種理想循環(huán)在加熱前都有絕熱壓縮過程，這是否是必然的？都有絕熱壓縮過程，這是否是必然的？熱力學(xué)第二定律指出，熱力學(xué)第二定律指出，提高吸熱溫度可以提高循環(huán)的熱提高吸熱溫度可以提高循環(huán)的熱效率效率。氣體絕熱壓縮溫度升高，所以在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中，。氣體絕熱壓縮溫度升高，所以在內(nèi)燃機(jī)循環(huán)

42、中，加熱前進(jìn)行絕熱壓縮過程，是提高平均吸熱溫度的措施，加熱前進(jìn)行絕熱壓縮過程，是提高平均吸熱溫度的措施，體現(xiàn)了第二定律的指導(dǎo)意義。體現(xiàn)了第二定律的指導(dǎo)意義。9-6 9-6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置簡介一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置簡介分分壓氣機(jī)壓氣機(jī)、燃燒室燃燒室和和燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)三個部分。三個部分。1 1、連接發(fā)電機(jī)、連接發(fā)電機(jī) 2 2、進(jìn)氣道主軸固定支架、進(jìn)氣道主軸固定支架 3 3、軸頸軸承、軸頸軸承 4 4、壓氣機(jī)葉片、壓氣機(jī)葉片 5 5、壓氣機(jī)模塊、壓氣機(jī)模塊 6 6、燃?xì)廨啓C(jī)固定支架、燃?xì)廨啓C(jī)固定支架 7 7、葉輪、葉輪 8 8、葉輪貫穿螺栓、葉輪貫穿螺栓 9 9、進(jìn)氣道

43、定位進(jìn)氣道定位 1010、水平缸封、水平缸封 1111、燃燒室防護(hù)罩、燃燒室防護(hù)罩 1212、逆流燃燒室、逆流燃燒室 1313、燃料注入系統(tǒng)燃料注入系統(tǒng) 1414、燃燒室（火焰筒）、燃燒室（火焰筒） 1515、燃燒室冷卻部件、燃燒室冷卻部件1616、噴嘴、噴嘴構(gòu)造構(gòu)造 1717、一級渦輪固定構(gòu)造、一級渦輪固定構(gòu)造 1818、動力渦輪構(gòu)造、動力渦輪構(gòu)造 1919、排氣擴(kuò)散構(gòu)造、排氣擴(kuò)散構(gòu)造 2020、排氣煙氣探測器、排氣煙氣探測器燃?xì)廨啓C(jī)示意圖燃?xì)廨啓C(jī)示意圖和燃油混合燃燒，燃?xì)鉁睾腿加突旌先紵?，燃?xì)鉁囟韧ǔ？筛哌_(dá)度通?？筛哌_(dá)1800-2300K1800-2300K二次冷卻空氣（約占二次冷卻空氣（

44、約占總空氣量的總空氣量的60-80%60-80%）與高溫燃?xì)饣旌吓c高溫燃?xì)饣旌先細(xì)廨啓C(jī)裝置功率重量比大，啟停和增減負(fù)燃?xì)廨啓C(jī)裝置功率重量比大，啟停和增減負(fù)荷可較快，在飛機(jī)、艦船、峰荷電站等場合荷可較快，在飛機(jī)、艦船、峰荷電站等場合有廣泛用途。缺點(diǎn)是葉片材料、設(shè)計(jì)、加工、有廣泛用途。缺點(diǎn)是葉片材料、設(shè)計(jì)、加工、裝配要求很高。裝配要求很高。Combustion chamberAir inCompressorpumpExhaust gases Gas turbineFuel12341q2q二、布雷頓二、布雷頓(Brayton)(Brayton)循環(huán)：循環(huán)：3 32 21 14 4pfe0v3 3n

45、n2 21 14 4m ms sT0p2p1圖圖9-17 9-17 定壓加熱理想循環(huán)定壓加熱理想循環(huán)利用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)把實(shí)際循環(huán)加以理想化：利用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)把實(shí)際循環(huán)加以理想化：（1 1）在燃燒室的燃燒過程中，忽略流動壓）在燃燒室的燃燒過程中，忽略流動壓降，并將之視為可逆降，并將之視為可逆定壓加熱定壓加熱過程，把燃?xì)膺^程，把燃?xì)廨啓C(jī)排出廢氣的過程近似為輪機(jī)排出廢氣的過程近似為定壓放熱定壓放熱過程；過程；（2 2）忽略噴入的燃油質(zhì)量并把工質(zhì)看作空）忽略噴入的燃油質(zhì)量并把工質(zhì)看作空氣，且作氣，且作理想氣體理想氣體處理，處理，比熱容取定值比熱容取定值；（3 3）氣體在壓氣機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)經(jīng)歷可逆）氣體在

46、壓氣機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)經(jīng)歷可逆絕熱壓縮絕熱壓縮和可逆和可逆絕熱膨脹絕熱膨脹過程。過程。這樣循環(huán)就簡化成封閉的燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓這樣循環(huán)就簡化成封閉的燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱的理想循環(huán)，又稱加熱的理想循環(huán)，又稱布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)，其，其p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖如圖圖如圖9-179-17所示。所示。 絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱壓縮定壓吸熱定壓吸熱定壓吸熱定壓吸熱絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹定壓放熱定壓放熱定壓放熱定壓放熱1. 1. p-vp-v圖和圖和T-sT-s圖圖若比熱容為定值，則：若比熱容為定值，則：定壓加熱的理想循環(huán)的循環(huán)的特性參數(shù)是定壓加熱的理想循環(huán)的循環(huán)的特性參數(shù)是循環(huán)增壓比循

47、環(huán)增壓比和和循環(huán)增溫比循環(huán)增溫比，分別表示，分別表示循環(huán)壓力和溫度的最大值與最小值之比。循環(huán)壓力和溫度的最大值與最小值之比。21pp31TT11133221144kkkkkkTpTpTpTp3 32 21 14 4pfe0v3 3n n2 21 14 4m ms sT0p2p12. 2. 熱效率熱效率412132411132221()11()(1)11(1)11ptpkkc TTqqc TTTTTTTTTT 燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)中燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)中，初態(tài)、循環(huán)增溫比和循，初態(tài)、循環(huán)增溫比和循環(huán)增壓比都相同的情況下環(huán)增壓比都相同的情況下，若采用定溫壓縮可減少，若采用定溫壓縮可減少壓縮過程的耗

48、功，但為何壓縮過程的耗功，但為何在實(shí)際當(dāng)中未予以采用。在實(shí)際當(dāng)中未予以采用。試在試在T-sT-s圖上表示的兩種圖上表示的兩種循環(huán)，循環(huán)， 并說明其循環(huán)凈并說明其循環(huán)凈功和熱效率的差異。功和熱效率的差異。 3 3n n2 21 14 4m ms sT0p2p1k k卡諾循環(huán)和卡諾定理指出熱源溫度越高循環(huán)熱效率越高卡諾循環(huán)和卡諾定理指出熱源溫度越高循環(huán)熱效率越高, ,循環(huán)循環(huán)增溫比高增溫比高, ,循環(huán)的最高溫度就越高循環(huán)的最高溫度就越高, ,為什么定壓加熱理想循環(huán)的為什么定壓加熱理想循環(huán)的熱效率與循環(huán)增溫比無關(guān)而取決于循環(huán)增壓比熱效率與循環(huán)增溫比無關(guān)而取決于循環(huán)增壓比? ?定壓加熱理想循環(huán)的定壓加

49、熱理想循環(huán)的增壓比確定了循環(huán)的溫增壓比確定了循環(huán)的溫差差，所以定壓加熱理想循環(huán)的熱效率取決于，所以定壓加熱理想循環(huán)的熱效率取決于增壓比，這是符合卡諾定理的。由于循環(huán)的增壓比，這是符合卡諾定理的。由于循環(huán)的吸熱過程和放熱過程都是定壓過程，在工質(zhì)吸熱過程和放熱過程都是定壓過程，在工質(zhì)取定比熱容時，取定比熱容時，增溫比增大增溫比增大雖然指示了循環(huán)雖然指示了循環(huán)的的最高溫度和最低溫度差值增大最高溫度和最低溫度差值增大，但，但平均吸平均吸熱溫度和平均放熱溫度的差值并不變化熱溫度和平均放熱溫度的差值并不變化，所，所以熱效率與增溫比無關(guān)，這并不與卡諾循環(huán)以熱效率與增溫比無關(guān)，這并不與卡諾循環(huán)和卡諾定理相矛盾

50、。和卡諾定理相矛盾。3 32 21 14 4pfe0v3 3n n2 21 14 4m ms sT0p2p1絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱壓縮絕熱壓縮定壓吸熱定壓吸熱定壓吸熱定壓吸熱絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹絕熱膨脹定壓放熱定壓放熱定壓放熱定壓放熱定壓吸熱定壓吸熱3 34 43.3.最佳增壓比最佳增壓比在定壓加熱理想循環(huán)中當(dāng)在定壓加熱理想循環(huán)中當(dāng)循環(huán)增溫比一定循環(huán)增溫比一定時，隨著循環(huán)增壓比提時，隨著循環(huán)增壓比提高，單位質(zhì)量的工質(zhì)在循環(huán)中輸出的凈功高，單位質(zhì)量的工質(zhì)在循環(huán)中輸出的凈功w wnetnet并不是越來越大，而并不是越來越大，而是存在一個是存在一個最佳增壓比最佳增壓比，使循環(huán)的，使循環(huán)的凈功輸出為

51、最大凈功輸出為最大。 因定壓加熱理想循環(huán)的循環(huán)凈功為燃?xì)廨啓C(jī)作功和壓氣機(jī)耗功之因定壓加熱理想循環(huán)的循環(huán)凈功為燃?xì)廨啓C(jī)作功和壓氣機(jī)耗功之差，即差，即: :342134213334242111111311()()()()(1)(1)netTCppppwwwhhhhc TTc TTTTTTTTTc Tc TTTTTT TT1-21-2和和3-43-4都是定熵過程，并引入循環(huán)增壓比都是定熵過程，并引入循環(huán)增壓比，上式可寫為：，上式可寫為： 111(1)kkkknetpwc T上式表明，當(dāng)上式表明，當(dāng)最低溫度最低溫度T T1 1、最高、最高溫度溫度T T3 3確定確定，循環(huán)凈功，循環(huán)凈功w wnetne

52、t僅僅是僅僅是增壓比的函數(shù)。將增壓比的函數(shù)。將 w wnetnet 對增壓比對增壓比 求導(dǎo)并令之為零，即可求得最求導(dǎo)并令之為零，即可求得最佳增壓比和最大循環(huán)凈功。佳增壓比和最大循環(huán)凈功。隨隨的增大，的增大，w wnetnet，maxmax顯著增大。顯著增大。因此在因此在材料熱強(qiáng)度許可的前提下材料熱強(qiáng)度許可的前提下應(yīng)盡可能提高應(yīng)盡可能提高T T3 3，從而，從而有利于提有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)的比功率高燃?xì)廨啓C(jī)的比功率。 由于燃?xì)廨啓C(jī)裝置實(shí)際循環(huán)各過程都伴隨有不可逆損失，主要是壓由于燃?xì)廨啓C(jī)裝置實(shí)際循環(huán)各過程都伴隨有不可逆損失，主要是壓縮過程和膨脹過程存在的縮過程和膨脹過程存在的摩擦摩擦等不可逆性等不

53、可逆性熵增、焓（溫）升熵增、焓（溫）升。 9-7 9-7 燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán)分析：分析： 壓氣機(jī)實(shí)際耗功壓氣機(jī)實(shí)際耗功w w C C =h =h2 2 h h1 1(h(h2 2h h1 1)/)/ C,C,s s (9-16) (9-16) 燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際作功燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際作功w w T T =h=h3 3h h4 4 T T(h(h3 3h h4 4) ) (9-17)(9-17)利用兩個效率參數(shù)利用兩個效率參數(shù) ，可把循環(huán)內(nèi)部熱，可把循環(huán)內(nèi)部熱效率表示為：效率表示為：3 3h h1 12 2224 44 4Toefgs圖圖9-19 9-19 燃?xì)廨啓C(jī)

54、裝置實(shí)燃?xì)廨啓C(jī)裝置實(shí)際循環(huán)的際循環(huán)的T-sT-s圖圖sCkksCkkTi,1,11111壓縮機(jī)的絕熱效率壓縮機(jī)的絕熱效率燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率越大，越大，i i越高。越高。分析上式可以得出如下結(jié)論：分析上式可以得出如下結(jié)論：增溫比的加大，意味著要提高增溫比的加大，意味著要提高T T3 3，它與冶金工業(yè)和材料科學(xué)及，它與冶金工業(yè)和材料科學(xué)及傳熱學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。目前采用高溫合金及氣膜冷卻等措傳熱學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。目前采用高溫合金及氣膜冷卻等措施，施，T T3 3已可達(dá)已可達(dá)1200K1200K到到1800K1800K。目前在研究用特種陶瓷材料作葉。目前在研究用特種陶瓷材料作

55、葉片，以求達(dá)到更高的溫度。片，以求達(dá)到更高的溫度。和和T、c,s一定時，一定時，i 隨隨有一極大值。有一極大值。當(dāng)增溫比增大時，和內(nèi)部效率的當(dāng)增溫比增大時，和內(nèi)部效率的極大值相對應(yīng)的增壓比的值也提極大值相對應(yīng)的增壓比的值也提高，因而可進(jìn)一步提高內(nèi)部熱效高，因而可進(jìn)一步提高內(nèi)部熱效率。因此，從循環(huán)特性參數(shù)方面率。因此，從循環(huán)特性參數(shù)方面說，提高說，提高T T3 3是提高循環(huán)熱效率的是提高循環(huán)熱效率的主要方向。主要方向。 壓縮和膨脹過程的不可逆性壓縮和膨脹過程的不可逆性( C,C,s s、 T T),i。 C,C,s s和和 T T主要取決于壓氣機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的擴(kuò)壓管、噴管以及動主要取決于壓氣機(jī)和燃

56、氣輪機(jī)的擴(kuò)壓管、噴管以及動葉片之間氣流通道的設(shè)計(jì)完善程度和加工工藝精度，也和空葉片之間氣流通道的設(shè)計(jì)完善程度和加工工藝精度，也和空氣動力學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。目前的水平為氣動力學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。目前的水平為 C,C,s s=0.85-0.90=0.85-0.90， T T=0.85-0.92=0.85-0.92。從熱力學(xué)角度探討提高定壓加熱理想循環(huán)的熱效率，除上述從熱力學(xué)角度探討提高定壓加熱理想循環(huán)的熱效率，除上述討論的通過改變循環(huán)特性參數(shù)的方法外，還可以從改進(jìn)循環(huán)討論的通過改變循環(huán)特性參數(shù)的方法外，還可以從改進(jìn)循環(huán)著手，如采用回?zé)帷Ｔ诨責(zé)峄A(chǔ)上采用分級壓縮中間冷卻和著手，如采用回?zé)帷Ｔ诨責(zé)峄A(chǔ)上

57、采用分級壓縮中間冷卻和在回?zé)岬幕A(chǔ)上采用分級膨脹中間再熱等方法。在回?zé)岬幕A(chǔ)上采用分級膨脹中間再熱等方法。例題例題一燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)，其空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時參數(shù)為一燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)，其空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時參數(shù)為p p1 1=100KPa=100KPa，t t1 1=22=22。在壓氣機(jī)內(nèi)氣體壓力提高到。在壓氣機(jī)內(nèi)氣體壓力提高到p p2 2=600KPa=600KPa，燃?xì)廨啓C(jī)的入，燃?xì)廨啓C(jī)的入口溫度為口溫度為t t3 3=800=800。工質(zhì)可視為理想氣體，比熱容取定值，。工質(zhì)可視為理想氣體，比熱容取定值，k=1.4k=1.4，c cp p=1.03kJ/(kgK)=1.03kJ/(kgK)。壓縮機(jī)的

58、絕熱效率為。壓縮機(jī)的絕熱效率為0.90.9，燃?xì)廨?，燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)效率為機(jī)的相對內(nèi)效率為5.求此循環(huán)中壓氣機(jī)耗功、燃?xì)廨啓C(jī)輸出求此循環(huán)中壓氣機(jī)耗功、燃?xì)廨啓C(jī)輸出的功及循環(huán)理論熱效率。的功及循環(huán)理論熱效率。 解：循環(huán)解：循環(huán)T-sT-s圖見右圖。先求圖見右圖。先求T T2 2和和T T4 4據(jù)題意，工質(zhì)是理想氣體且取定值比熱容，所以據(jù)題意，工質(zhì)是理想氣體且取定值比熱容，所以 根據(jù)壓縮機(jī)絕熱效率的定義：根據(jù)壓縮機(jī)絕熱效率的定義：根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率的定義：根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率的定義：所以，壓氣機(jī)耗功所以，壓氣機(jī)耗功: :燃?xì)廨啓C(jī)作功燃?xì)廨啓C(jī)作功: :循環(huán)實(shí)際吸熱量和凈

59、功量循環(huán)實(shí)際吸熱量和凈功量: : 所以，循環(huán)熱效率所以，循環(huán)熱效率: :燃?xì)廨啓C(jī)是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，連續(xù)工作，它不像活塞式內(nèi)燃機(jī)間斷性燃?xì)廨啓C(jī)是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，連續(xù)工作，它不像活塞式內(nèi)燃機(jī)間斷性工作；燃?xì)廨啓C(jī)裝置又不需要象蒸汽輪機(jī)裝置必須在系統(tǒng)內(nèi)保留工作；燃?xì)廨啓C(jī)裝置又不需要象蒸汽輪機(jī)裝置必須在系統(tǒng)內(nèi)保留大量的水，所以雖然燃?xì)廨啓C(jī)裝置中壓氣機(jī)耗功通常要占燃?xì)廨喆罅康乃?，所以雖然燃?xì)廨啓C(jī)裝置中壓氣機(jī)耗功通常要占燃?xì)廨啓C(jī)做功的機(jī)做功的6060或以上，但相比于內(nèi)燃機(jī)和蒸汽動力裝置，燃?xì)廨喕蛞陨希啾扔趦?nèi)燃機(jī)和蒸汽動力裝置，燃?xì)廨啓C(jī)的功率重量比還是較大。機(jī)的功率重量比還是較大。9.89.8* * 提高燃?xì)廨啓C(jī)

60、裝置的循環(huán)效率的措施提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置的循環(huán)效率的措施回?zé)峄責(zé)酭egeneratorFuel26534Combustion hamberCompressorAir inExhaust gasesGas turbine124653s2T2T1T1T124653s13535pqhhcTT26161pqhhcTT02111tpvwqqq 012Tcwqqww2121()cpwhhc TT34twhh34()pc TT本章作業(yè)本章作業(yè)第九章第九章9-59-5、 1111、1212、1515、2 20 0pp. 31231pp. 312314 49-19-1某活塞式內(nèi)燃機(jī)某活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱定容加熱理想