工程熱力學(xué)六動(dòng)力裝置循環(huán)

工程熱力學(xué)六動(dòng)力裝置循環(huán)第一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

水蒸氣做為工質(zhì)的卡諾循環(huán)相同溫差間，卡諾循環(huán)熱效率最大。一、采用水蒸氣的原因氣體為工質(zhì)，定溫加熱和放熱很難進(jìn)行；水蒸氣吸熱汽化和放熱凝結(jié)很容易定溫進(jìn)行。二、不采用卡諾循環(huán)原因：水和汽混合物-濕蒸汽進(jìn)行絕熱壓縮很難。第二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日§6-1

蒸汽動(dòng)力裝置最理想循環(huán)

－朗肯循環(huán)

一．裝置組成及流程

主要由鍋爐（含過(guò)熱器）、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等設(shè)備組成。工作流程如圖所示。工質(zhì)為水蒸汽。

二．工作原理第三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日其工作原理為：

１→２過(guò)程來(lái)自鍋爐及過(guò)熱器的過(guò)熱水蒸汽１在汽輪機(jī)中可逆絕熱膨脹對(duì)外輸出機(jī)械功ｗs1＝ｈ1－ｈ2然后變?yōu)闈耧柡驼羝ǚζ病?/p>

２→３過(guò)程乏汽在凝汽器內(nèi)定壓、定溫冷卻凝結(jié)放熱ｑ2＝ｈ2－ｈ3然后變?yōu)轱柡退?，冷凝放熱量由冷卻水帶走。

第六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日３→4過(guò)程給水泵消耗機(jī)械功ｗs2＝ｈ4－ｈ3將飽和水可逆絕熱壓縮至未飽和水４。

4→５→6→１過(guò)程未飽和水在鍋爐內(nèi)定壓加熱至干飽和蒸汽５，然后經(jīng)過(guò)熱器定壓加熱后變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽１。此過(guò)程中水的總吸熱量為ｑ1＝ｈ1－ｈ4。

第七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日三．郎肯循環(huán)熱效率廠、汽耗率

1.循環(huán)熱效率2.汽耗率d=3600/h1-h2第八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日四、蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑是提高工質(zhì)的平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度。從改變工質(zhì)參數(shù)角度上來(lái)講有：1提高新汽（即過(guò)熱蒸汽）的初壓力、初溫度以提高平均吸熱溫度；2降低乏汽壓力以降低平均放熱溫度；但分別受到材料耐壓耐熱性能、汽輪機(jī)安全運(yùn)行對(duì)乏汽干度的要求以及環(huán)境冷卻水溫度等各方面因素的影響。

第九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日最有得的措施是在不改變新汽初壓力、初溫及乏汽壓力的前提下，從改善朗肯循環(huán)本身入手，采取一系列措施，如：采用所謂“回?zé)帷?、“再熱”等措施，?lái)提高循環(huán)的平均吸熱溫度。另外，可以采取“熱電聯(lián)產(chǎn)”措施來(lái)提高熱能利用的有效利用率。第十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日§6–2往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力循環(huán)

分析動(dòng)力循環(huán)的一般方法A.分析動(dòng)力循環(huán)的目的

在熱力學(xué)基本定律的基礎(chǔ)上分析循環(huán)能量轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟(jì)性，尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方向及途徑。B.分析動(dòng)力循環(huán)的一般步驟1）實(shí)際循環(huán)（復(fù)雜不可逆）抽象、簡(jiǎn)化,影響經(jīng)濟(jì)性的主要因素和可能改進(jìn)途徑指導(dǎo)改善實(shí)際循環(huán)2）分析實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實(shí)際

損失的部位、大小、原因及改進(jìn)辦法。第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

C.分析動(dòng)力循環(huán)的方法

1.實(shí)際過(guò)程簡(jiǎn)化為可逆理想循環(huán)，在p-v圖,T-s圖上表示。2.確定理想循環(huán)各過(guò)程交點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，和循環(huán)特性參數(shù)。3.進(jìn)行循環(huán)性能分析，確定循環(huán)整體性能的各種指標(biāo)，分析循環(huán)特征參數(shù)對(duì)循環(huán)的影響。第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一、機(jī)械噴射式柴油機(jī)工作過(guò)程：混合加熱循環(huán)（薩巴特循環(huán)）實(shí)際循環(huán)：0-1進(jìn)氣過(guò)程1-2壓縮過(guò)程2-3-4燃燒過(guò)程4-5膨脹（作功）過(guò)程5-1自由排氣過(guò)程＋強(qiáng)制排氣過(guò)程第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日理想化：1、熱力過(guò)程的理想化

①進(jìn)氣過(guò)程→0-1定壓線；②壓縮過(guò)程→1-2定熵壓縮；③燃燒過(guò)程→2-3定容加熱＋3-4定壓加熱（外熱源加熱）；④膨脹過(guò)程→4-5定熵膨脹；⑤排氣過(guò)程→5-1定容放熱＋1-0定壓線；第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2、工質(zhì)以理想氣體對(duì)待；

3、開(kāi)口系統(tǒng)簡(jiǎn)化為閉口系統(tǒng)。（進(jìn)排氣功近似相等，相互抵消）得到如下理論循環(huán)：第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日4、內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)以及各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)：

特性參數(shù)：①壓縮比：②壓力升高比：③定壓予脹比：第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日狀態(tài)參數(shù)：1-2為絕熱過(guò)程2-3為定容過(guò)程3-4為定壓過(guò)程4-5為絕熱過(guò)程第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

5、混合加熱循環(huán)的熱效率：

代入特性參數(shù)得：第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)：①②由圖可見(jiàn)，ε、λ↑→Tm1↑，所以熱效率ηt↑。第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日予脹比ρ對(duì)熱效率ηt影響的分析ρ—描述了定壓過(guò)程中加熱量的多少，加熱量↑→ρ↑4‘顯然，在3-4（4’）的加熱過(guò)程伴隨膨脹過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，因而，不同時(shí)刻加入系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)換為功量的機(jī)會(huì)是不相同的。3點(diǎn)假如的熱量在整個(gè)膨脹過(guò)程中均有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換為功，而隨后加入的熱量轉(zhuǎn)換為功量的機(jī)會(huì)越來(lái)越少，在4‘點(diǎn)加入的熱量轉(zhuǎn)換為功的機(jī)會(huì)為零?？梢?jiàn)ρ↑→ηt↓。第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日6、混合加熱循環(huán)的循環(huán)凈功為利用循環(huán)中各狀態(tài)間的參數(shù)關(guān)系，可以得到：可見(jiàn)：第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日二、定容加熱循環(huán)1.定容加熱循環(huán)（奧圖循環(huán)）：汽油機(jī)理想循環(huán)

特點(diǎn)：ρ＝1,為混合加熱循環(huán)的一個(gè)特例，將其代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達(dá)式，即分別有：第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)：第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日三、定壓加熱循環(huán)（笛塞爾循環(huán)）早期柴油機(jī)的理想循環(huán)

特點(diǎn)：λ＝1,為混合加熱循環(huán)的一個(gè)特例，將其代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達(dá)式，即分別有：第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日平均溫度概念：假想定溫加熱過(guò)程與原來(lái)的加熱過(guò)程的熵和熱量變化相同時(shí)的溫度。1、壓縮比相同、放熱量相同比較；四內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的比較第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2、最高壓力相同、最高溫度相同比較：第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)燃機(jī)循環(huán)平均壓力Pt1.定義：以汽缸工作體積VS為底作為矩形，使之面積等于示功圖面積，矩形高度就是平均壓力。2.Pt是單位汽缸體積的作功能力，是衡量各類內(nèi)燃機(jī)作功能力的一個(gè)重要指標(biāo)。3.Pt大小主要取決于工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度。由狀態(tài)方程和熱效率得；Pt=mq1ηt/Vs=p1q1

ηt/RT1P1q1

ηt

提高T1下降，平均壓力升高。第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日4.影響因素：（1）吸入一定空氣量，噴入燃油量是一定的，循環(huán)加熱量q1基本不變，對(duì)Pt影響不大；（2）循環(huán)熱效率ηt的提高值很小，對(duì)Pt影響不大；（3）現(xiàn)代柴油機(jī)利用廢氣渦輪增壓器提高空氣壓力p1；（4）利用空氣冷卻器降低空氣溫度T1。第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日§6–3燃?xì)廨啓C(jī)裝置的理想循環(huán)一、定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)（勃雷登循環(huán)）燃?xì)廨啓C(jī)裝置閉式燃?xì)廨啓C(jī)裝置第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的四個(gè)過(guò)程：①絕熱壓縮過(guò)程（壓氣機(jī)）；②定壓加熱過(guò)程（燃燒室、加熱器）；③絕熱膨脹過(guò)程（燃?xì)廨啓C(jī)、氣輪機(jī)）；④定壓放熱過(guò)程（大氣、冷卻器）。第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（一）循環(huán)特性參數(shù)：

增壓比—π=p2/p1

最高溫度—T3

升溫比—τ=T3/T1參數(shù)關(guān)系：循環(huán)加熱量：循環(huán)放熱量：第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（二）循環(huán)熱效率：將參數(shù)關(guān)系代入，有：可見(jiàn)，π↑

，熱效率提高。（三）功量—燃?xì)廨啓C(jī)軸功：第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日壓氣機(jī)耗功：可見(jiàn)w0僅為增壓比π的函數(shù)，當(dāng)π為時(shí)循環(huán)凈功W0有極大值。第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（二）、燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際循環(huán)壓氣機(jī)耗功：燃?xì)廨啓C(jī)軸功：循環(huán)熱效率：第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)：①升溫比②當(dāng)、、一定時(shí)，隨著增壓比的提高，循環(huán)熱效率有一個(gè)極大值。

③第三十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（三）、提高熱效率的措施（1）燃?xì)廨啓C(jī)裝置的回?zé)嵫h(huán)1-2—壓氣機(jī)中的絕熱壓縮過(guò)程；2-6—回?zé)崞髦械亩▔侯A(yù)熱過(guò)程；6-3—燃燒室中的定壓加熱過(guò)程；3-4—燃?xì)廨啓C(jī)中的絕熱膨脹過(guò)程；4-5—回?zé)崞髦械亩▔悍艧徇^(guò)程；5-1—大氣中的定壓放熱過(guò)程。第三十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日理想情況下，空氣從T2

升溫至T4，實(shí)際只能達(dá)到T6。定義：回?zé)岫龋罕葻釣槎ㄖ禃r(shí)，上式可寫(xiě)為：第三十八頁(yè)，共四十頁(yè)，20