第4章 氣體動力循環(huán)課件

1、2022-1-211第第4 4章章 氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)2022-1-2124.1 循環(huán)分析的目的和一般方法循環(huán)分析的目的和一般方法 分析動力循環(huán)的目的是為了得到能夠反映該循環(huán)特性分析動力循環(huán)的目的是為了得到能夠反映該循環(huán)特性的規(guī)律，并評價(jià)其在熱能對機(jī)械能連續(xù)轉(zhuǎn)換及能量有效的規(guī)律，并評價(jià)其在熱能對機(jī)械能連續(xù)轉(zhuǎn)換及能量有效利用上的工作性能。利用上的工作性能。分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般方法對實(shí)際過程加以抽象和概括，將實(shí)際循環(huán)簡化為理想對實(shí)際過程加以抽象和概括，將實(shí)際循環(huán)簡化為理想的可逆循環(huán)，分析其熱功轉(zhuǎn)換效果及影響因素的可逆循環(huán)，分析其熱功轉(zhuǎn)換效果及影響因素在理想可逆循環(huán)基礎(chǔ)上再

2、考慮實(shí)際循環(huán)有哪些不可逆在理想可逆循環(huán)基礎(chǔ)上再考慮實(shí)際循環(huán)有哪些不可逆損失，及其產(chǎn)生的原因、大小和改進(jìn)的辦法損失，及其產(chǎn)生的原因、大小和改進(jìn)的辦法 對于實(shí)際循環(huán)，從能量的有效利用考慮，除需要進(jìn)行對于實(shí)際循環(huán)，從能量的有效利用考慮，除需要進(jìn)行熱效率分析外，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行熵產(chǎn)或可用能損失方面的分熱效率分析外，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行熵產(chǎn)或可用能損失方面的分析，以便合理評估循環(huán)的完善性析，以便合理評估循環(huán)的完善性2022-1-213 本課程著重于分析動力循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，因而主本課程著重于分析動力循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，因而主要討論有關(guān)動力裝置的理論循環(huán)，但有時也涉及一些實(shí)要討論有關(guān)動力裝置的理論循環(huán)，但有時也涉及一些

3、實(shí)際循環(huán)的問題際循環(huán)的問題 實(shí)際氣體動力循環(huán)中的實(shí)際氣體動力循環(huán)中的工質(zhì)工質(zhì)有時是空氣，但主要是有時是空氣，但主要是燃?xì)?，而且在循環(huán)的不同過程中成份不同燃?xì)?，而且在循環(huán)的不同過程中成份不同 燃?xì)獾臒嵛镄耘c空氣相近，理論分析中燃?xì)獾臒嵛镄耘c空氣相近，理論分析中視工質(zhì)為類似于空氣的某種定比熱容理想氣體視工質(zhì)為類似于空氣的某種定比熱容理想氣體對實(shí)際氣體動力循環(huán)所作的理想化處理對實(shí)際氣體動力循環(huán)所作的理想化處理 實(shí)際裝置的工作循環(huán)是實(shí)際裝置的工作循環(huán)是開放式開放式的，每個工作循環(huán)后的，每個工作循環(huán)后均將廢氣排棄，更換新的工質(zhì)均將廢氣排棄，更換新的工質(zhì) 理論分析時抽象成理論分析時抽象成閉式閉式循環(huán)循環(huán)燃

4、燒過程燃燒過程視為對工質(zhì)的視為對工質(zhì)的加熱過程加熱過程排氣過程排氣過程視為工質(zhì)的視為工質(zhì)的放熱過程放熱過程2022-1-2144.2 內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)奧托（奧托（Otto）循環(huán)）循環(huán) 活塞式內(nèi)燃機(jī)屬往復(fù)式機(jī)器，亦稱往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)屬往復(fù)式機(jī)器，亦稱往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)式內(nèi)燃機(jī)(reciprocation internal engine) 按完成一個循環(huán)的沖程數(shù)分按完成一個循環(huán)的沖程數(shù)分二沖程內(nèi)燃機(jī)、四沖程內(nèi)燃機(jī)二沖程內(nèi)燃機(jī)、四沖程內(nèi)燃機(jī) 活塞式內(nèi)燃機(jī)每一工作循環(huán)包含進(jìn)氣、活塞式內(nèi)燃機(jī)每一工作循環(huán)包含進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等過程壓縮、燃燒、膨脹和排氣等過程 內(nèi)燃機(jī)按所用

5、燃料分類內(nèi)燃機(jī)按所用燃料分類汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī) 按著火方式分按著火方式分點(diǎn)燃式、壓燃式點(diǎn)燃式、壓燃式2022-1-215汽油機(jī)工作過程的示功圖汽油機(jī)工作過程的示功圖 示功圖示功圖氣缸中工質(zhì)的壓力隨容氣缸中工質(zhì)的壓力隨容積（活塞的移動）而變化的關(guān)系圖示積（活塞的移動）而變化的關(guān)系圖示 汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式(spark-ignition)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)燃機(jī) 四沖程汽油機(jī)示功圖中四沖程汽油機(jī)示功圖中 0-1 吸氣沖程，氣體壓力略低于大氣壓力吸氣沖程，氣體壓力略低于大氣壓力 1 -2-3 壓縮、燃燒沖程，在壓縮、燃燒沖程，在2處點(diǎn)燃，開始燃燒處點(diǎn)燃，開始燃燒 3-4 膨脹作

6、功沖程膨脹作功沖程 4-1 -0 排氣沖程，在排氣沖程，在4處排氣閥開啟處排氣閥開啟 定容燃燒汽油機(jī)示功圖定容燃燒汽油機(jī)示功圖0-1 與與0-1 過程接近重疊過程接近重疊 煤氣機(jī)的工作過程與汽油機(jī)類似煤氣機(jī)的工作過程與汽油機(jī)類似2022-1-216 汽油機(jī)工作循環(huán)理想化為汽油機(jī)工作循環(huán)理想化為可逆定容加熱循環(huán)可逆定容加熱循環(huán) 奧托循環(huán)奧托循環(huán)奧托循環(huán)的工作過程奧托循環(huán)的工作過程 奧托奧托 (Otto) 循環(huán)循環(huán) 奧托循環(huán)奧托循環(huán)P4213sT1234 奧托循環(huán)由奧托循環(huán)由4過程組成：過程組成： 1-2 絕熱壓縮過程絕熱壓縮過程 2-3 定容加熱過程定容加熱過程 3-4 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程

7、 4-1 定容放熱過程定容放熱過程 svsvsvsv2022-1-217奧托循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系奧托循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系奧托循環(huán)的奧托循環(huán)的P-v圖圖P4213svsv 由定容過程由定容過程2-3和和4-1， 3241vvvv；3421vvvv2323TTPP1414TTPP定義定義 壓縮比壓縮比 21vv 由絕熱過程由絕熱過程1-2和和3-4，以及式，以及式 43123421)()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk2022-1-21843123421)()(PPPPvvvvkkk43121TTTTk、兩式可改寫為兩式可改寫為4132PPPP3241TTTT 定義定義 定容升

8、壓比定容升壓比 23PP由式由式、 14231423TTTTPPPP2323TTPP1414TTPP 壓縮比壓縮比 和定容升壓比和定容升壓比 是奧托循環(huán)的兩個特征參數(shù)是奧托循環(huán)的兩個特征參數(shù) 2022-1-219 循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸熱量 奧托循環(huán)的效率奧托循環(huán)的效率(efficiency of Otto cycle) q1 = q23 = u23工質(zhì)視為定比熱容理想氣體工質(zhì)視為定比熱容理想氣體 q1 = cv(T3 T2) 循環(huán)的放熱量循環(huán)的放熱量 q2 = q41 = u41 = cv(T4 T1) P4213svsv 循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率 ) 1() 1(1)()(1)()(1123

9、2141231423v14v12Ot,TTTTTTTTTTTTcTTcqq奧托循環(huán)奧托循環(huán)2022-1-2110由式由式 121TTk2111TTk121Ot,111kTT) 1() 1(1232141Ot,TTTTTT由式由式 1423TTTT21Ot,1TT式中式中T1、T2分別為壓縮過程的初、終態(tài)溫度分別為壓縮過程的初、終態(tài)溫度并非循環(huán)的吸、放熱溫度并非循環(huán)的吸、放熱溫度! ! P4213svsv奧托循環(huán)奧托循環(huán)2022-1-21111Ot,11k奧托循環(huán)熱效率分析奧托循環(huán)熱效率分析 對給定的工質(zhì)熱容比對給定的工質(zhì)熱容比k已已知，奧托循環(huán)的熱效率僅與知，奧托循環(huán)的熱效率僅與壓縮過程的壓縮

10、比壓縮過程的壓縮比 有關(guān)有關(guān)依變關(guān)系如圖所示依變關(guān)系如圖所示 值較小時，循環(huán)熱效率值較小時，循環(huán)熱效率隨壓縮比增大會有顯著增加隨壓縮比增大會有顯著增加（ ， t,O） 值較大時，循環(huán)熱效率則隨壓縮比增大而增加較少值較大時，循環(huán)熱效率則隨壓縮比增大而增加較少（ ， t,O ） 定容加熱理想循環(huán)的定容加熱理想循環(huán)的 t- 關(guān)系曲線關(guān)系曲線壓縮比壓縮比 的影響的影響 壓縮比壓縮比 影響奧托循環(huán)熱效率的機(jī)理在于：影響奧托循環(huán)熱效率的機(jī)理在于：2022-1-2112sT12 34T323 4 1T2T1T2T狀態(tài)狀態(tài)1不變不變 定容加熱循環(huán)循環(huán)定容加熱循環(huán)循環(huán)12341 吸熱平均溫度吸熱平均溫度1T1T

11、循環(huán)循環(huán) 12 3 4 1循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t,12 3 4 1 t,12341放熱平均溫度放熱平均溫度2T2TT T3 3不變時壓縮比不變時壓縮比 對定容加對定容加熱理想循環(huán)熱效率的影響熱理想循環(huán)熱效率的影響循環(huán)最高溫度循環(huán)最高溫度T3不變不變壓縮比壓縮比 12t1TT 實(shí)際汽油機(jī)壓縮的為汽油與空氣混合成的可燃?xì)怏w實(shí)際汽油機(jī)壓縮的為汽油與空氣混合成的可燃?xì)怏w 為防止發(fā)生為防止發(fā)生“爆燃爆燃”一般取值一般取值 = 5122022-1-2113 負(fù)荷增加負(fù)荷增加要求循環(huán)吸熱量要求循環(huán)吸熱量q1 但實(shí)際工質(zhì)并非定比熱容理想氣體但實(shí)際工質(zhì)并非定比熱容理想氣體 TksT134234循環(huán)中工質(zhì)溫度水

12、平循環(huán)中工質(zhì)溫度水平總體上總體上提高提高循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t,123 4 1 t,12341熱容比熱容比k的影響的影響 負(fù)荷增加時負(fù)荷增加時進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài)1 1不會改變不會改變壓縮比壓縮比 不會改變不會改變 循環(huán)循環(huán)12341 123 4 11Ot,11kvg1cRk理論上奧托循環(huán)的熱效率不會變化理論上奧托循環(huán)的熱效率不會變化（注意：教材上（注意：教材上p.276圖圖10-810-8、9 9及相關(guān)論述有問題）及相關(guān)論述有問題）高負(fù)荷下機(jī)器的熱效率下降！高負(fù)荷下機(jī)器的熱效率下降！2022-1-21144.3 內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán) 柴油機(jī)屬于柴油機(jī)屬于壓燃式壓燃式內(nèi)燃

13、機(jī)內(nèi)燃機(jī)compression-ignition 工作中先吸入空氣工作中先吸入空氣 高壓油泵噴入霧化柴油高壓油泵噴入霧化柴油 燃燒（柴油自燃溫度約燃燒（柴油自燃溫度約335） 壓縮至壓縮至3.55 Mpa，600800 柴油會有滯燃，一旦起燃卻柴油會有滯燃，一旦起燃卻非常迅猛，但又需有燃盡期非常迅猛，但又需有燃盡期燃燒表現(xiàn)為先是接近定容燃燒表現(xiàn)為先是接近定容繼而接近為定壓過程繼而接近為定壓過程 排氣閥開啟后廢氣迅速降壓，近似為定容過程排氣閥開啟后廢氣迅速降壓，近似為定容過程四沖程柴油示功圖四沖程柴油示功圖2022-1-2115 柴油機(jī)工作過程的示功圖柴油機(jī)工作過程的示功圖 四沖程柴油機(jī)工作過程

14、的示功圖四沖程柴油機(jī)工作過程的示功圖 四沖程柴油示功圖四沖程柴油示功圖0-1 進(jìn)氣沖程進(jìn)氣沖程 1-2 -2-3 壓縮、燃燒沖程壓縮、燃燒沖程 3-4-5 燃盡、膨脹作功沖程燃盡、膨脹作功沖程 5-1 -0 排氣沖程排氣沖程 2 噴入柴油；噴入柴油； 2起燃起燃45膨脹作功，膨脹作功，P5 = =0.30.5MPa，t550050023迅猛燃燒，迅猛燃燒，59MPa34活塞回行，繼續(xù)燃盡，活塞回行，繼續(xù)燃盡，T4達(dá)達(dá)170018005排氣閥開啟，壓力迅速降至略高于大氣壓力排氣閥開啟，壓力迅速降至略高于大氣壓力2022-1-2116 柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)薩巴德循環(huán)（薩巴德

15、循環(huán)（Sabathe cycle, dual cycle ) 根據(jù)通常柴油機(jī)工作過程的示功圖根據(jù)通常柴油機(jī)工作過程的示功圖 大多數(shù)柴油機(jī)的工作循環(huán)可理想化為大多數(shù)柴油機(jī)的工作循環(huán)可理想化為混合加熱混合加熱循環(huán)循環(huán)薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)sT4321ssPvv5vP1234Pssvv5 1進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài) 12絕熱壓縮過程絕熱壓縮過程 23定容加熱過程定容加熱過程 34定壓加熱過程定壓加熱過程 51定容放熱過程定容放熱過程薩巴德循環(huán)的工作過程薩巴德循環(huán)的工作過程 45絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程2022-1-2117薩巴德循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系薩巴德循環(huán)中各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的參數(shù)關(guān)系 循環(huán)的

16、特征參數(shù)除循環(huán)的特征參數(shù)除sT4321ssPvv5vP1234Pssvv5壓縮比壓縮比 21vv定容升壓比定容升壓比 23PP尚有尚有定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比34vv 由絕熱過程由絕熱過程1-2 1112112)(kkTvvTT由定容加熱過程由定容加熱過程2-3 22323TPPTT由定壓加熱過程由定壓加熱過程3-4 33434)(TvvTT由絕熱過程由絕熱過程4-5 15445)(kvvTT2022-1-211815445)(kvvTT因?yàn)橐驗(yàn)?v5 = v1 11445)(kvvTT又因又因 v3 = v2 134vv 145)(kTT薩巴德循環(huán)的熱效率薩巴德循環(huán)的熱效率 循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸

17、熱量 薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)sT4321ssPvv534231qqq)()(34p23vTTcTTc 循環(huán)的放熱量循環(huán)的放熱量 )(15v512TTcqq133144)(kvvvvT134134)(kvvvvT2022-1-2119薩巴德循環(huán)薩巴德循環(huán)sT4321ssPvv5 循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率 12sab.t,1qq)()()(134p23v15vTTcTTcTTc)()()(1342315TTkTTTT1112112)(kkTvvTT22323TPPTT33434)(TvvTT145)(kTT整理整理)1()1(1111sab.t,kkk2022-1-2120薩巴德循環(huán)的熱效率分析薩巴

18、德循環(huán)的熱效率分析 工質(zhì)一定時，影響混合加熱循環(huán)熱工質(zhì)一定時，影響混合加熱循環(huán)熱效率的因素為效率的因素為 、 、 )1()1(1111sab.t,kkksT32154 3 2 4 保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變 放熱平均溫度將保持不變放熱平均溫度將保持不變 增大循環(huán)的壓縮比增大循環(huán)的壓縮比 、定容升壓比、定容升壓比 1T1T 循環(huán)循環(huán)123451 12 3 4 51吸熱平均溫度吸熱平均溫度提高提高循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t提高提高2022-1-2121)1()1(1111sab.t,kkksT32154 保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變保持進(jìn)氣狀態(tài)和排氣狀態(tài)不變 放熱平均溫度將保

19、持不變放熱平均溫度將保持不變 壓縮比壓縮比 不變，不變，增大定壓預(yù)脹比增大定壓預(yù)脹比 1T1T 循環(huán)循環(huán)123451 123 4 51吸熱平均溫度吸熱平均溫度下降下降循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 t降低降低3 4 由于絕熱膨脹作功份額減少由于絕熱膨脹作功份額減少 且定壓加熱過程的吸熱份額增大且定壓加熱過程的吸熱份額增大 預(yù)脹比預(yù)脹比 = 1時，即時，即v3=v4 時時混合加熱循環(huán)將成為定容加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)將成為定容加熱循環(huán) 2022-1-21224.4 內(nèi)燃機(jī)定壓加熱理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)定壓加熱理想循環(huán)狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán)（Diesel cycle） 近代生產(chǎn)的一些高增壓柴油機(jī)、汽車及船用高速柴油近代生

20、產(chǎn)的一些高增壓柴油機(jī)、汽車及船用高速柴油機(jī)采用接近為定壓的燃燒過程機(jī)采用接近為定壓的燃燒過程 理想化為定壓加熱循環(huán)理想化為定壓加熱循環(huán)狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán) 狄塞爾循環(huán)與薩巴德循環(huán)的不同僅在于狄塞爾循環(huán)與薩巴德循環(huán)的不同僅在于加熱過程加熱過程完全定壓完全定壓，定容部分消失，定容部分消失，即即 = 12022-1-2123狄塞爾循環(huán)的工作過程狄塞爾循環(huán)的工作過程 T4321ssPvvP1234Pssvs1為進(jìn)氣狀態(tài)為進(jìn)氣狀態(tài)12 絕熱壓縮過程絕熱壓縮過程 23 定壓加熱過程定壓加熱過程 3-4 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程 4-1 定容放熱過程定容放熱過程 4廢氣狀態(tài)，排氣閥開啟廢氣狀態(tài)，排氣閥開啟狄

21、塞爾循環(huán)的熱效率狄塞爾循環(huán)的熱效率 狄塞爾循環(huán)相當(dāng)于定容升壓比狄塞爾循環(huán)相當(dāng)于定容升壓比 = 1時的薩巴德循環(huán)時的薩巴德循環(huán) ) 1() 1(1111sab.t,kkk)1(111dieselt,kkk2022-1-2124狄塞爾循環(huán)的熱效率分析狄塞爾循環(huán)的熱效率分析 )1(111dieselt,kkk 工質(zhì)一定時工質(zhì)一定時壓縮比壓縮比 t t 預(yù)脹比預(yù)脹比 t t 關(guān)系如圖示關(guān)系如圖示綜合三種理論循環(huán)情況知，影綜合三種理論循環(huán)情況知，影響內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要因響內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比素是壓縮比 2022-1-21254.5 三種內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較三種內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較 初態(tài)

22、初態(tài) 1、壓縮比、壓縮比 及吸熱量及吸熱量q1 相同時相同時sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)1和壓縮比和壓縮比 相同時相同時壓縮過程同為定熵過程壓縮過程同為定熵過程12放熱過程在過點(diǎn)放熱過程在過點(diǎn)1的同一定容線上的同一定容線上 由于由于T-s圖上氣體的定容線陡于定壓線圖上氣體的定容線陡于定壓線循環(huán)吸熱量循環(huán)吸熱量q1相同時相同時加熱過程終態(tài)的加熱過程終態(tài)的熵熵s4Os4S q2S q2O 2O 2S 2D12t1qq由由按另一種方法比較按另一種方法比較圖中明顯看出圖中明顯看出D1S1O1TTTD2S2O2TTT由由12t1TT 2O 2S 2D202

23、2-1-2127sT13 S4O23O4S3S3D4Dsv 純粹從熱力學(xué)角度看來，定容加熱內(nèi)純粹從熱力學(xué)角度看來，定容加熱內(nèi)燃機(jī)循環(huán)比定壓加熱循環(huán)優(yōu)越。不過從燃機(jī)循環(huán)比定壓加熱循環(huán)優(yōu)越。不過從圖上可看出，這時定容加熱循環(huán)所達(dá)到圖上可看出，這時定容加熱循環(huán)所達(dá)到的循環(huán)最高溫度、最高壓力值都最大，的循環(huán)最高溫度、最高壓力值都最大，就是說，相比之下定容加熱循環(huán)機(jī)器的就是說，相比之下定容加熱循環(huán)機(jī)器的工作條件最為嚴(yán)酷工作條件最為嚴(yán)酷 而且，實(shí)際上點(diǎn)燃式汽油機(jī)因存在爆燃問題不可能像而且，實(shí)際上點(diǎn)燃式汽油機(jī)因存在爆燃問題不可能像壓燃式柴油機(jī)那樣采用較高的壓縮比，因此按壓縮比相壓燃式柴油機(jī)那樣采用較高的壓縮

24、比，因此按壓縮比相同來比較三種機(jī)器的前提條件不盡合理同來比較三種機(jī)器的前提條件不盡合理 若按同樣工作強(qiáng)度來比較三種機(jī)器，情況將發(fā)生變化若按同樣工作強(qiáng)度來比較三種機(jī)器，情況將發(fā)生變化2022-1-21283PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3S 初態(tài)初態(tài)1、最高溫度、最高溫度Tmax、最大壓力、最大壓力Pmax 相同相同 三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)三種循環(huán)進(jìn)氣狀態(tài)1相同時相同時壓縮過程在過點(diǎn)壓縮過程在過點(diǎn)1的同一定熵線上的同一定熵線上放熱過程在過點(diǎn)放熱過程在過點(diǎn)1的同一定容線上的同一定容線上ss 最高溫度相同最高溫度相同 最大壓力相同最大壓力相同vv三種循環(huán)加熱

25、過程到達(dá)同一終態(tài)三種循環(huán)加熱過程到達(dá)同一終態(tài)3最高溫度、最大壓力發(fā)生在加熱過程終態(tài)最高溫度、最大壓力發(fā)生在加熱過程終態(tài)定壓加熱定壓加熱(狄塞爾狄塞爾)循環(huán)循環(huán)12D341絕熱膨脹作功過程同為絕熱膨脹作功過程同為34ss定容加熱定容加熱(奧托奧托)循環(huán)循環(huán) 12O341v混合加熱混合加熱(薩巴德薩巴德)循環(huán)循環(huán)12S341P2022-1-21293PmaxTmax1P 2D42O2S3SsTTmaxPmax12D342O2S3SssvvssvP 比較比較3種循環(huán)顯見：種循環(huán)顯見： 壓縮比壓縮比不同不同 D S O 放熱量相同放熱量相同q2D=q2S=q2O= q41 吸熱量不同吸熱量不同q1Dq

26、1Sq1D（凈功不同（凈功不同 wD,netwS,netwO,net）12t1qq tD tS tO嚴(yán)格說來不同機(jī)器燃料不同無可比性嚴(yán)格說來不同機(jī)器燃料不同無可比性影響循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比影響循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比 內(nèi)燃機(jī)排氣溫度約為內(nèi)燃機(jī)排氣溫度約為500，但壓縮后的溫度，但壓縮后的溫度t t2 2可能可能更高更高無法作回?zé)崂脽o法作回?zé)崂?022-1-2130 現(xiàn)代汽油機(jī)和柴油機(jī)的有效效率及壓縮比大致如下：現(xiàn)代汽油機(jī)和柴油機(jī)的有效效率及壓縮比大致如下： 有效效率有效效率發(fā)動機(jī)曲軸上輸出的有效功與燃發(fā)動機(jī)曲軸上輸出的有效功與燃料燃燒所發(fā)出的全部熱量之比料燃燒所發(fā)出的全部熱量之

27、比 機(jī)機(jī) 器器 類類 別別有有 效效 效效 率率壓壓 縮縮 比比汽油機(jī)汽油機(jī)0.210.285.512低速混合加熱柴油機(jī)低速混合加熱柴油機(jī)0.380.431420高速混合加熱柴油機(jī)高速混合加熱柴油機(jī)0.340.371420第第4次作業(yè)：次作業(yè)：10-8，10-10( (僅要求按定比熱容計(jì)算僅要求按定比熱容計(jì)算) ) 2022-1-21314.6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán) 1壓縮機(jī)壓縮機(jī)燃燒室燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)234燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃?xì)廨啓C(jī)裝置燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)?燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作過程燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作過程 燃?xì)廨啓C(jī)裝置中的主要設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)裝置中的主要設(shè)

28、備為為透平式空氣壓縮機(jī)透平式空氣壓縮機(jī)燃燒室燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣機(jī)不斷將空氣壓送至燃燒室軸流式壓氣機(jī)不斷將空氣壓送至燃燒室 燃料噴入燃燒室中燃燒燃料噴入燃燒室中燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馑椭寥細(xì)廨啓C(jī)中膨脹作功產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馑椭寥細(xì)廨啓C(jī)中膨脹作功廢氣排放到大氣中廢氣排放到大氣中大氣大氣2022-1-2132 燃汽輪機(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)燃汽輪機(jī)裝置定壓加熱理想循環(huán)布雷敦循環(huán)布雷敦循環(huán)(Brayton cycle) 實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)工作過程理想化為定實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)工作過程理想化為定壓加熱的循環(huán)壓加熱的循環(huán) 工質(zhì)視為某種定比熱容理想氣體工質(zhì)視為某種定比熱容理想氣體工質(zhì)壓縮過程工質(zhì)壓縮過程12為

29、定熵的絕熱過程為定熵的絕熱過程燃燒過程燃燒過程23視為定壓加熱過程視為定壓加熱過程工質(zhì)在燃?xì)廨啓C(jī)中定熵絕熱膨脹工質(zhì)在燃?xì)廨啓C(jī)中定熵絕熱膨脹34廢氣排放到大氣視同定壓放熱過程廢氣排放到大氣視同定壓放熱過程41Ts1234PsPsP 4213PsPs布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)2022-1-2133 布雷頓循環(huán)的熱效率布雷頓循環(huán)的熱效率 循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸熱量 )(23p23231TTchhqq 循環(huán)的放熱量循環(huán)的放熱量 )(14p14412TTchhqq 布雷敦循環(huán)的熱效率布雷敦循環(huán)的熱效率 )()(1123p14p12Bt,TTcTTcqq) 1() 1(1)()(12321412314TTTTTT

30、TTTTTs1234PsPs2022-1-2134Ts1234PsPs由絕熱過程由絕熱過程12和和34 kkPPTT13434)(kkPPTT12121)(由定壓過程由定壓過程23和和41 P4=P1P3=P22134PPPP2134TTTT2314TTTT21Bt,1TT) 1() 1(1232141Bt,TTTTTT布雷頓循環(huán)的熱效率僅取決于布雷頓循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的始、末態(tài)溫度壓縮過程的始、末態(tài)溫度 布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)2022-1-213521Bt,1TT 不要與卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式混淆不要與卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式混淆 式中的式中的T1和和T2只不過是循環(huán)中只不過是循環(huán)中1點(diǎn)點(diǎn)

31、和和2點(diǎn)的溫度，并非吸熱過程和放熱點(diǎn)的溫度，并非吸熱過程和放熱過程的熱源溫度！過程的熱源溫度！ 12PP 增壓比增壓比kkkkPPTT111212)(Ts1234PsPs布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)kk 1Bt,11 布雷敦循環(huán)的熱效率僅取決布雷敦循環(huán)的熱效率僅取決于壓縮過程的增壓比于壓縮過程的增壓比 隨隨的增大而提高的增大而提高 2022-1-2136 布雷敦循環(huán)的功輸出布雷敦循環(huán)的功輸出 燃汽輪機(jī)裝置常用作航空、船艦動力燃汽輪機(jī)裝置常用作航空、船艦動力裝置，希望自重盡量小，輸出功率最大裝置，希望自重盡量小，輸出功率最大Ts1234PsPs 循環(huán)凈功循環(huán)凈功= =兩絕熱過程技術(shù)功代數(shù)和兩絕熱過程技術(shù)

32、功代數(shù)和 )()()()(12p43p1243netTTcTTchhhhw) 1()1 (121p343pTTTcTTTc按絕熱過程參數(shù)關(guān)系按絕熱過程參數(shù)關(guān)系 kkTTTT14312)()1()11 () 1()11 (1113111p13pnetkkkkpkkkkTTTcTcTcw2022-1-2137)1()11 (11131netkkkkpTTTcw定義定義增溫比增溫比循環(huán)的最高溫度與最低溫度之比循環(huán)的最高溫度與最低溫度之比13TT) 1)(1(111pnetkkkkTcw 當(dāng)工質(zhì)一定，初態(tài)當(dāng)工質(zhì)一定，初態(tài)1已知已知(cp、k和和T1)對一定的對一定的，循環(huán)凈功，循環(huán)凈功wo僅取決于僅取

33、決于wo隨增壓比隨增壓比提高先增大，到達(dá)極大值后提高先增大，到達(dá)極大值后反轉(zhuǎn)減少反轉(zhuǎn)減少 對應(yīng)于對應(yīng)于wo,max的為最佳增壓比的為最佳增壓比opt燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出的凈功輸出wo2022-1-2138 最佳增壓比最佳增壓比opt可利用可利用0ddnetw按此條件求得的該增壓比為按此條件求得的該增壓比為 求得求得)1(2optkk增溫比增溫比 愈大，愈大， opt也愈大也愈大對應(yīng)的對應(yīng)的wo,max值也愈大值也愈大 燃汽輪機(jī)裝置中壓氣機(jī)吸入的為大氣，因而布雷頓循燃汽輪機(jī)裝置中壓氣機(jī)吸入的為大氣，因而布雷頓循環(huán)的初始溫度環(huán)的初始溫度T1不可能隨意降低，為了提高循環(huán)的增溫不

34、可能隨意降低，為了提高循環(huán)的增溫比比 ，只有提高循環(huán)的最高溫度，只有提高循環(huán)的最高溫度T3在材料允許的條件下，可盡量采用高的增溫比在材料允許的條件下，可盡量采用高的增溫比，以便獲得盡可能大的循環(huán)熱效率和裝置功率輸出以便獲得盡可能大的循環(huán)熱效率和裝置功率輸出 2022-1-2139 實(shí)際實(shí)際(不可逆不可逆)定壓加熱循環(huán)分析定壓加熱循環(huán)分析 實(shí)際定壓加熱循環(huán)是不可逆的實(shí)際定壓加熱循環(huán)是不可逆的 就熱效率而言，只要吸熱量和放熱就熱效率而言，只要吸熱量和放熱量一定則循環(huán)熱效率一定量一定則循環(huán)熱效率一定 與加熱過程和放熱過程是否可逆無關(guān)與加熱過程和放熱過程是否可逆無關(guān) 壓氣機(jī)和燃汽輪機(jī)工作過程的不可逆壓

35、氣機(jī)和燃汽輪機(jī)工作過程的不可逆性則對實(shí)際循環(huán)的熱效率有影響性則對實(shí)際循環(huán)的熱效率有影響12t1qq 實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)12不可逆絕熱壓縮，非定熵過程不可逆絕熱壓縮，非定熵過程34不可逆絕熱膨脹，非定熵過程不可逆絕熱膨脹，非定熵過程23定壓加熱過程定壓加熱過程41定壓放熱過程定壓放熱過程Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)鈱?shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)輪機(jī)裝置循環(huán)12341布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)12s34s12022-1-2140Ts122s34s4實(shí)際定壓加熱燃?xì)鈱?shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)輪機(jī)裝置循環(huán)12341 壓氣機(jī)定熵效率壓氣機(jī)定熵效率1212csc,s

36、c,shhhhwws4343sT,TsT,hhhhww 燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率( (相對內(nèi)效率相對內(nèi)效率) ) 實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出實(shí)際定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的凈功輸出sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán)12s34s1 初態(tài)初態(tài)1、增壓比、增壓比 相同情況下相同情況下，實(shí)際，實(shí)際循環(huán)的壓氣機(jī)功耗和燃?xì)廨啓C(jī)的功輸循環(huán)的壓氣機(jī)功耗和燃?xì)廨啓C(jī)的功輸出與理想循環(huán)的差別由定熵效率表達(dá)出與理想循環(huán)的差別由定熵效率表達(dá)2022-1-2141Ts122s34s4sc,1243sT,cTnet)()(sshhhhwww 實(shí)際定壓加熱循環(huán)吸熱量

37、實(shí)際定壓加熱循環(huán)吸熱量23231hhqq1212sc,shhhh 實(shí)際定壓加熱循環(huán)熱效率實(shí)際定壓加熱循環(huán)熱效率)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(112sc,12shhhh)(112sc,131shhhhq2022-1-2142Ts122s34s4)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettssshhhhhhhhqw)(1)()(12sc,13sc,1243sT,1nettsssTTTTTTTTqwTchp) 1(1) 1() 1()1 ()(1) 1()1 (12sc,13sc,123413sT,12sc,13sc,12134

38、3sT,tssssssTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT2022-1-2143kkkkPPTTTT11124312)(ss13TT) 1(1) 1() 1()1 (12sc,13sc,123413sT,tsssTTTTTTTTTTsckkscsTkkt,1,11111 實(shí)際循環(huán)熱效率實(shí)際循環(huán)熱效率 t隨隨 及及 的的變化關(guān)系如圖示變化關(guān)系如圖示實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K;k=1.4)2022-1-2144實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的熱效率( c,s = c,s =0.85;T1=290K

39、;k=1.4) 初態(tài)、燃?xì)廨啓C(jī)及壓氣機(jī)定初態(tài)、燃?xì)廨啓C(jī)及壓氣機(jī)定熵效率一定的條件下：熵效率一定的條件下：增壓比增壓比 一定時，一定時，增溫比增溫比 越越大，循環(huán)的熱效率大，循環(huán)的熱效率 t越高越高增溫比增溫比 一定時，循環(huán)熱效率一定時，循環(huán)熱效率 t隨隨增壓比增壓比 增大而變化有一極增大而變化有一極大值；大值；增溫比增溫比 越大該極大值越越大該極大值越大，相應(yīng)的增壓比也越大大，相應(yīng)的增壓比也越大kk 1Bt,11增壓比增壓比 對實(shí)際循環(huán)熱效率的影對實(shí)際循環(huán)熱效率的影響與對布雷頓循環(huán)的影響不一樣響與對布雷頓循環(huán)的影響不一樣2022-1-2145 提高循環(huán)增溫比提高循環(huán)增溫比 在于提高燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口

40、處的溫度在于提高燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口處的溫度T3 涉及金屬材料耐熱強(qiáng)度極限問題涉及金屬材料耐熱強(qiáng)度極限問題 為尋找出路，正在研究使用為尋找出路，正在研究使用陶瓷陶瓷材料作為替代材料作為替代 從循環(huán)方式出發(fā)，提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的途從循環(huán)方式出發(fā)，提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的途徑尚有：徑尚有：實(shí)行回?zé)釋?shí)行回?zé)嵩诨責(zé)岬幕A(chǔ)上實(shí)行分級壓縮中間冷卻和分級膨在回?zé)岬幕A(chǔ)上實(shí)行分級壓縮中間冷卻和分級膨脹中間再熱脹中間再熱提高增溫比是提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的主要方向提高增溫比是提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)熱效率的主要方向 減小壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部過程的不可逆性，提高其減小壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部過程的不可逆性，提高其

41、定熵效率也會有助于提高循環(huán)的熱效率定熵效率也會有助于提高循環(huán)的熱效率 從影響從影響 t的參數(shù)角度考慮的參數(shù)角度考慮2022-1-21461燃燒室燃燒室234帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)564.6 燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱- -回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置由以下主要設(shè)備組成：由以下主要設(shè)備組成： 帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)裝置壓縮機(jī)壓縮機(jī)回?zé)崞骰責(zé)崞魅紵胰紵胰細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī) 裝置的工作過程為：裝置的工作過程為：壓縮機(jī)吸入狀態(tài)為壓縮機(jī)吸入狀態(tài)為1的空氣的空氣壓縮至狀態(tài)

42、壓縮至狀態(tài)2，送入回?zé)崞?，送入回?zé)崞髟诨責(zé)崞髦谢責(zé)嶂翣顟B(tài)在回?zé)崞髦谢責(zé)嶂翣顟B(tài)5后送入燃燒室后送入燃燒室燃料噴入燃燒室燃燒生成高溫高壓燃?xì)馊剂蠂娙肴紵胰紵筛邷馗邏喝細(xì)?，送入汽輪機(jī)送入汽輪機(jī)燃?xì)庠跉廨啓C(jī)中膨脹作功后燃?xì)庠跉廨啓C(jī)中膨脹作功后(4)排往回?zé)崞髋磐責(zé)崞髋艢庠诨責(zé)崞髦谢責(zé)崂鋮s至狀態(tài)排氣在回?zé)崞髦谢責(zé)崂鋮s至狀態(tài)6成廢氣，排入大氣中成廢氣，排入大氣中回?zé)崞骰責(zé)崞?022-1-2147 燃?xì)廨啓C(jī)定壓燃燒燃?xì)廨啓C(jī)定壓燃燒- -回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)1燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)56 回?zé)嵫h(huán)可理想化為：回?zé)嵫h(huán)可理想化為：回?zé)崞骰責(zé)崞鱐s12s

43、可逆絕熱可逆絕熱(定熵定熵)壓縮壓縮2s5定壓定壓回?zé)峄責(zé)?(回?zé)崞骰責(zé)崞?53定壓定壓加熱加熱 (燃燒室燃燒室)34s可逆絕熱可逆絕熱(定熵定熵)膨脹膨脹4s6定壓定壓回?zé)峄責(zé)?(回?zé)崞骰責(zé)崞?12s534s661定壓定壓放熱放熱(大氣中大氣中)理想回?zé)嵫h(huán)理想回?zé)嵫h(huán)回?zé)峄責(zé)岵桓淖冄h(huán)過程基本性質(zhì)，利用不改變循環(huán)過程基本性質(zhì)，利用放熱過程的放熱量滿足吸熱過程需要放熱過程的放熱量滿足吸熱過程需要理想回?zé)崂硐牖責(zé)徇_(dá)到最大可能的回?zé)岢潭冗_(dá)到最大可能的回?zé)岢潭?022-1-21481燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)56回?zé)崞骰責(zé)崞鱐s12s534s6

44、理想回?zé)崆闆r下：理想回?zé)崆闆r下： 廢氣排放至大氣時廢氣排放至大氣時(6)冷卻到冷卻到壓縮機(jī)出口處的工質(zhì)溫度壓縮機(jī)出口處的工質(zhì)溫度T2s 新鮮工質(zhì)回?zé)岷笮迈r工質(zhì)回?zé)岷?5)達(dá)到達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度T4s 回?zé)崞髦凶畲罂赡艿幕責(zé)崃炕責(zé)崞髦凶畲罂赡艿幕責(zé)崃繕O限回?zé)針O限回?zé)帷⑼耆責(zé)嵬耆責(zé)崂硐牖責(zé)嵋喾Q理想回?zé)嵋喾Qq4s6=q2s52022-1-2149Ts12s534s6 實(shí)行回?zé)釙r循環(huán)過程的基本性質(zhì)不變實(shí)行回?zé)釙r循環(huán)過程的基本性質(zhì)不變 12s34s1布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán) 端點(diǎn)狀態(tài)也不改變端點(diǎn)狀態(tài)也不改變 無論回?zé)崤c否循環(huán)的無論回?zé)崤c否循環(huán)的凈功輸出凈功輸出不變不變采用回?zé)釙r采用

45、回?zé)釙r循環(huán)循環(huán)吸熱量吸熱量53531hhqq16612hhqq循環(huán)循環(huán)放熱量放熱量顯然顯然吸熱平均溫度吸熱平均溫度提高了提高了放熱平均溫度放熱平均溫度降低了降低了 極限回?zé)嵫h(huán)的熱效率極限回?zé)嵫h(huán)的熱效率531661534t,121ssTTTT t,12s534s61簡單布雷頓循環(huán)的熱效率簡單布雷頓循環(huán)的熱效率 t,B2022-1-21501燃燒室燃燒室234燃料燃料空氣空氣廢氣廢氣燃?xì)馊細(xì)馊細(xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)78回?zé)崞骰責(zé)崞鲗?shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán) 實(shí)際換熱器實(shí)際換熱器“端差端差”冷流體出口溫度比熱流體的冷流體出口溫度比熱流體的進(jìn)口溫度低進(jìn)口溫度低47TT 2

46、8TT 熱流體出口溫度比冷流體熱流體出口溫度比冷流體的進(jìn)口溫度高的進(jìn)口溫度高Ts12345678 最大可能回?zé)崃孔畲罂赡芑責(zé)崃縬46=q25=cp(T4T6) 極限回?zé)嵫h(huán)為極限回?zé)嵫h(huán)為1253461 實(shí)際回?zé)嵫h(huán)為實(shí)際回?zé)嵫h(huán)為1273481 實(shí)際回?zé)崃繉?shí)際回?zé)崃縬48=q27=cp(T4T8)回?zé)岫然責(zé)岫葘?shí)際回?zé)釋ψ畲罂赡芑責(zé)嶂葘?shí)際回?zé)釋ψ畲罂赡芑責(zé)嶂?242724276427TTTThhhhhhhh2022-1-2151 燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)一般燃?xì)廨啓C(jī)裝置回?zé)嵫h(huán)一般 0.8回?zé)岫然責(zé)岫葘?shí)際回?zé)釋ψ畲罂赡芑責(zé)嶂葘?shí)際回?zé)釋ψ畲罂赡芑責(zé)嶂?圖示的實(shí)際回?zé)嵫h(huán)圖示的實(shí)際回?zé)嵫h(huán)12

47、73481Ts12345678)(73p73731TTchhqq吸熱量吸熱量)(18p18812TTchhqq放熱量放熱量循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率7318t,12734811TTTT2427TTTT循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)已知時循環(huán)端點(diǎn)狀態(tài)已知時,據(jù)據(jù) 可確定回?zé)崞鞒隹跍囟瓤纱_定回?zé)崞鞒隹跍囟萒7、T82022-1-2152 值得注意的是，只是在增壓比值得注意的是，只是在增壓比較較小時回?zé)岽胧ρh(huán)的熱效率才會有小時回?zé)岽胧ρh(huán)的熱效率才會有較明顯的影響較明顯的影響Ts12345678 隨增壓比隨增壓比提高提高T2將不斷提高，回將不斷提高，回?zé)崃坑鷣碛贌崃坑鷣碛佼?dāng)增壓比當(dāng)增壓比高至令高至令T2 =

48、T4時時不可能有回?zé)徇^程存在不可能有回?zé)徇^程存在 2 回?zé)岽胧┲荒茉陉懹玫墓潭ㄔO(shè)備中采用回?zé)岽胧┲荒茉陉懹玫墓潭ㄔO(shè)備中采用 船艦和航空動力裝置要求有盡量小的設(shè)備自重，因而船艦和航空動力裝置要求有盡量小的設(shè)備自重，因而不會采用回?zé)岽胧┎粫捎没責(zé)岽胧?2022-1-21534.7 多級壓縮和再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)多級壓縮和再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)Ts12343 TmaxT1 圖示為兩級壓縮，中間冷卻、兩級膨圖示為兩級壓縮，中間冷卻、兩級膨脹，中間再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)脹，中間再熱的燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)第第1 1級壓縮級壓縮冷卻器冷卻器某中間壓力某中間壓力定壓冷卻定壓冷卻至初溫至初溫第第2 2級

49、壓縮級壓縮絕熱絕熱絕熱絕熱燃燒室燃燒室定壓加熱定壓加熱第第1 1級燃?xì)廨啓C(jī)級燃?xì)廨啓C(jī)絕熱膨脹絕熱膨脹燃燒室燃燒室定壓再熱定壓再熱第第2 2級燃?xì)廨啓C(jī)級燃?xì)廨啓C(jī)絕熱膨脹絕熱膨脹排大氣排大氣定壓放熱定壓放熱某中間壓力某中間壓力至最高溫度至最高溫度2022-1-2154Ts12343 TmaxT1無限多級壓縮、級間冷卻至初溫?zé)o限多級壓縮、級間冷卻至初溫定溫壓縮定溫壓縮無限多級膨脹、級間再熱至最高溫度無限多級膨脹、級間再熱至最高溫度定溫膨脹定溫膨脹極限極限極限極限配以完全回?zé)釙r，循環(huán)將成為概括性卡諾循環(huán)配以完全回?zé)釙r，循環(huán)將成為概括性卡諾循環(huán)max1t1TT 從熱力學(xué)理論上看來從熱力學(xué)理論上看來 這是

50、燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作溫度范圍這是燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作溫度范圍(T1,T3)內(nèi)所能達(dá)到的最大熱效率！內(nèi)所能達(dá)到的最大熱效率！2022-1-2155Ts12343 2 1 4 P1P2 不過，不過，若僅采用定溫壓縮若僅采用定溫壓縮在布雷頓循環(huán)在布雷頓循環(huán)12341基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上以及定溫膨脹以及定溫膨脹這時將形成一個新的循環(huán)這時將形成一個新的循環(huán)12 234 41 如果不同時采取回?zé)岽胧?，新循如果不同時采取回?zé)岽胧?，新循環(huán)的熱效率反而不如原來的高！環(huán)的熱效率反而不如原來的高！證明如下：證明如下： 可以將定壓加熱過程向上延伸至可以將定壓加熱過程向上延伸至3 絕熱膨脹至排氣壓力絕熱膨脹至排氣壓力P2(4 ) 將定

51、壓放熱過程向下延伸至將定壓放熱過程向下延伸至1 絕熱壓縮至新氣壓力絕熱壓縮至新氣壓力P1(2 )形成另一布雷頓循環(huán)形成另一布雷頓循環(huán)1 2 233 4 411 其實(shí)此循環(huán)是在循環(huán)其實(shí)此循環(huán)是在循環(huán)12341的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上附加布雷頓循環(huán)附加布雷頓循環(huán)1 2 211 和和433 4 4構(gòu)成構(gòu)成2022-1-2156Ts12343 2 1 4 P1P2布雷頓循環(huán)熱效率僅取決于增壓比布雷頓循環(huán)熱效率僅取決于增壓比 kk 1Bt,11圖中圖中4個布雷頓循環(huán)的熱效率相同個布雷頓循環(huán)的熱效率相同另一方面另一方面循環(huán)循環(huán)12 34 1 = 循環(huán)循環(huán)12341+循環(huán)循環(huán)12 21+循環(huán)循環(huán)43 4 42121

52、1, 12112, 1qq21211, 02112, 0ww21 211, t2112, t44433, t4434, t14321 , t13412, t12341, t13412, t44433, 24434, 2qq44433, 04434, 0ww（思考題（思考題10-4、10-5的解答）的解答）其中其中2022-1-2157例例4-1(習(xí)題習(xí)題10-18) 某電廠以燃?xì)廨啓C(jī)裝置產(chǎn)生動力，向發(fā)電機(jī)輸出的功率為某電廠以燃?xì)廨啓C(jī)裝置產(chǎn)生動力，向發(fā)電機(jī)輸出的功率為20 MW，循環(huán)簡圖如圖，循環(huán)簡圖如圖10-23，循環(huán)最低溫度為，循環(huán)最低溫度為290 K、最高為、最高為1500 K,循環(huán)最低壓

53、力為循環(huán)最低壓力為95 kPa、最高壓力為、最高壓力為950 kPa。循環(huán)中設(shè)一回。循環(huán)中設(shè)一回?zé)崞鳎瑹崞?，回?zé)岫葹榛責(zé)岫葹?5% 。壓氣機(jī)絕熱效率。壓氣機(jī)絕熱效率 c,s = 0.85，燃?xì)廨啓C(jī)的，燃?xì)廨啓C(jī)的相對內(nèi)部效率相對內(nèi)部效率 T = 0.87。(1)試求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率、壓氣機(jī)試求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的總功率、壓氣機(jī)消耗的功率和循環(huán)熱效率；消耗的功率和循環(huán)熱效率；(2)假設(shè)循環(huán)中工質(zhì)自假設(shè)循環(huán)中工質(zhì)自1800 K的高溫的高溫?zé)嵩次鼰幔驘嵩次鼰?，?90 K的低溫?zé)嵩吹牡蜏責(zé)嵩?環(huán)境介質(zhì)環(huán)境介質(zhì))放熱，求每一過程的放熱，求每一過程的不可逆損失。不可逆損失。 解：認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)是空氣，

54、且為定比解：認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)是空氣，且為定比熱容理想氣體熱容理想氣體 5678Ts122s34s4 12s34s1為理想循環(huán)為理想循環(huán)布雷頓循環(huán)布雷頓循環(huán) 考慮壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率時的實(shí)際考慮壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)定熵效率時的實(shí)際循環(huán)為循環(huán)為12341 極限回?zé)釙r極限回?zé)釙rT4=T5 ；T2=T6，考慮回?zé)岫葧r循環(huán)為考慮回?zé)岫葧r循環(huán)為12734812022-1-2158.循環(huán)中各端點(diǎn)的溫度：循環(huán)中各端點(diǎn)的溫度：K 90.559)95950(290)(4 .114 .11121s2kkPPTT5678Ts122s34s4K 92.776)95095(1500)(4 .114 .11213s4kkPPTT燃?xì)廨啓C(jī)的定熵效率（相對內(nèi)效率）燃?xì)廨啓C(jī)的定熵效率（相對內(nèi)效率） s4343s4343TTTTThhhhK 92.87087.0)92.7761500(1500)(s4334TTTTT壓氣機(jī)的定熵效率壓氣機(jī)的定熵效率 85. 029029090.5592121s2121s2sc,TTTTThhhh2022-1-21595678Ts122s34s4K 53.60729085. 029090