沈維道工程熱力學配套多媒體氣體熱力循環(huán)

沈維道工程熱力學配套多媒體氣體熱力循環(huán)第1頁/共46頁29–1分析動力循環(huán)的一般方法一、分析動力循環(huán)的目的

在熱力學基本定律的基礎上分析循環(huán)能量轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟性，尋求提高經(jīng)濟性的方向及途徑。二、分析動力循環(huán)的一般步驟

1.實際循環(huán)（復雜不可逆）抽象、簡化可逆理論循環(huán)分析可逆循環(huán)影響經(jīng)濟性的主要因素和可能改進途徑實際循環(huán)指導改善2.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、原因及改進辦法第2頁/共46頁3三、分析動力循環(huán)的方法1.第一定律分析法以第一定律為基礎，以能量的數(shù)量守恒為立足點。2.第二定律分析法綜合第一定律和第二定律從能量的數(shù)量和質(zhì)量分析。熵分析法分析法熵產(chǎn)作功能力損失火用損火用效率第3頁/共46頁4四、內(nèi)部熱效率i(internalthermalefficiency)——不可逆過程中實際作功量和循環(huán)加熱量之比其中

與實際循環(huán)相當?shù)膬?nèi)可逆循環(huán)的熱效率相對內(nèi)部效率(internalengineefficiency)

反映內(nèi)部摩擦引起的損失五、空氣標準假設(theair-standardhypothesis)氣體動力循環(huán)中工作流體理想氣體空氣定比熱燃燒和排氣過程吸熱和放熱過程燃料燃燒造成各部分氣體成分及質(zhì)量改變忽略不計第4頁/共46頁59–2活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)的簡化一、活塞式內(nèi)燃機(internalcombustionengine)簡介1．分類：按燃料：煤氣機(gasengine)

汽油機(gasolineengine;petrolengine)

柴油機(dieselengine)按沖程：二沖程(two-stroke)

四沖程(four-stroke)按點火方式：點燃式(sparkignitionengine)

壓燃式(compressionignitionengine)第5頁/共46頁6

開式循環(huán)(opencycle)；燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆；各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化。２．活塞式內(nèi)燃機循環(huán)特點第6頁/共46頁7二、活塞式內(nèi)燃機循環(huán)的簡化第7頁/共46頁8三、平均有效壓力(meaneffectivepressure)第8頁/共46頁901吸氣12壓縮23噴油、燃燒34燃燒45膨脹作功50排氣簡化：引用空氣標準假設燃燒2-3等容吸熱+3-4定壓吸熱排氣5-1等容放熱壓縮、膨脹1-2及4-5等熵過程吸、排氣線重合、忽略燃油質(zhì)量忽略燃氣成分改變忽略9–3活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán)（dualcombustioncycle）第9頁/共46頁101.p-v圖及T-s圖12等熵壓縮；23等容吸熱；34定壓吸熱；45等熵膨脹；51定容放熱特性參數(shù)：壓縮比(compressionratio)定容增壓比(pressureratio)定壓預脹比

(cutoffratio)第10頁/共46頁112.循環(huán)熱效率或第11頁/共46頁12利用表示第12頁/共46頁13兩式相除，考慮到把T2、T3、T4和T5代入求第13頁/共46頁14討論：歸納：

a.吸熱前壓縮氣體，提高平均吸熱溫度是提高熱效率的重要措施，是卡諾循環(huán)，第二定律對實際循環(huán)的指導。

b.利用T-s圖分析循環(huán)較方便。

c.同時考慮q1和q2或T1m和T2m平均。第14頁/共46頁15二、定壓加熱理想循環(huán)(Dieselcycle)第15頁/共46頁16討論：c)重負荷（，q1

）時內(nèi)部熱效率下降，除外還有因溫度上升而使，造成熱效率下降第16頁/共46頁17三、定容加熱理想循環(huán)(Ottocycle)第17頁/共46頁18第18頁/共46頁19討論：c)重負荷（q1

）時內(nèi)部熱效率下降，因溫度上升使，造成熱效率下降第19頁/共46頁209–4活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的熱力學比較一、壓縮比相同，吸熱量相同時的比較或第20頁/共46頁21二、循環(huán)pmax、Tmax相同時的比較或例A470299例A447277第21頁/共46頁229-5燃氣輪機裝置循環(huán)一、燃氣輪機(gasturbine)裝置簡介小型燃氣輪機第22頁/共46頁23軸流式燃氣輪機第23頁/共46頁24第24頁/共46頁25第25頁/共46頁26第26頁/共46頁27構成

壓氣機(compressor)

燃燒室(combustionchamber)

燃氣輪機(gasturbine)特點

1.開式循環(huán)(opencycle)，工質(zhì)流動；

2.運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功；

3.啟動快，達滿負荷快；

4.壓氣機消耗了燃氣輪機產(chǎn)生功率的絕大部分，但重量功率比

(specificweightofengine)仍較大。用途飛機、艦船的動力載荷機組，電站峰荷機組(peak-loadset)等。第27頁/共46頁28二、定壓加熱理想循環(huán)（constant-pressurecombustioncycle，Braytoncycle）1-2等熵壓縮（壓氣機內(nèi)）2-3定壓吸熱（燃燒室內(nèi)）3-4等熵膨脹（燃氣輪機內(nèi)）4-1定壓放熱（排氣，假想換熱器）循環(huán)增壓比（pressureratio）

循環(huán)增溫比（temperatureratio）第28頁/共46頁29三、定壓加熱理想循環(huán)分析1.熱效率ηt注意：式中T1、T2并非指高溫熱源，低溫熱源。第29頁/共46頁302.分析？第30頁/共46頁31第31頁/共46頁32可見：

1）對于每一τ，均有π，

其w→wnet,max

2）τ上升，即T3上升，使取得wnet,max

的π

上升，ηt上升，所以提高T3

能帶動wnet,max

及ηt同時升高。第32頁/共46頁339–6燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環(huán)1-2不可逆絕熱壓縮；

2-3定壓吸熱；

3-4不可逆絕熱膨脹；

4-1定壓放熱。一、定壓加熱的實際循環(huán)第33頁/共46頁34二、壓氣機絕熱效率(adiabaticcompressorefficiency)

和燃氣輪機相對內(nèi)效率(adiabaticturbineefficiency)第34頁/共46頁35三、燃氣輪機裝置的內(nèi)部熱效率

(internalthermalefficiency)ηi

整理第35頁/共46頁36討論：增大τ是提高燃氣輪機裝置性能（wnet，ηi）的方向。第36頁/共46頁379–7提高燃氣輪機裝置熱效率的熱力學措施一、回熱（regeneration）討論2）極限回熱第37頁/共46頁383）回熱度(regeneratoreffectiveness)注意：π達一定值，回熱不能進行。4）實際循環(huán)的回熱第38頁/共46頁39分級壓縮，中間冷卻（multistagecompression，

interveningcooling）二、分級壓縮，中間冷卻回熱基礎上壓氣機耗功很大分級壓縮可降低壓氣機耗功循環(huán)12341：循環(huán)1567341：循環(huán)12341循環(huán)67256循環(huán)67256：采用分級壓縮，中間冷卻后ηt？+第39頁/共46頁40回熱基礎上分級壓縮中間冷卻第40頁/共46頁41三、回熱基礎上分級膨脹，中間加熱循環(huán)12389101=循環(huán)127101-循環(huán)37983若無回熱若回熱循環(huán)12389101與循環(huán)12341

比較T1m上升，T2m下降第41頁/共46頁42五、回熱基礎上

分級壓縮，中間冷卻；分級膨脹，中間加熱第42頁/共46頁43

當分級壓縮中間冷卻；分級膨脹中間再熱，級數(shù)趨向無窮多時，定壓加熱理想循環(huán)趨于概括性卡諾循環(huán)。第43頁/共46頁44氣體動力循環(huán)熱效率分析歸納：

基礎：方法：

在T-s