課件－理想氣體循環(huán)課件講解

課件－理想氣體循環(huán)輪機(jī)工程學(xué)院陳培紅主講18理想氣體循環(huán)2●工質(zhì)●理想氣體●理論循環(huán)●混合加熱理論循環(huán)●定容加熱理論循環(huán)(奧托循環(huán))●定壓加熱理論循環(huán)(狄塞爾循環(huán))●熱機(jī)的典型熱力過(guò)程一定容過(guò)程●熱機(jī)的典型熱力過(guò)程一定壓過(guò)程熱機(jī)的典型熱力過(guò)程-定溫過(guò)程●熱機(jī)的典型熱力過(guò)程-絕熱過(guò)程●熱機(jī)的典型熱力過(guò)程-多變過(guò)程●熱機(jī)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)之間的差異3把熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的媒介物稱為工質(zhì)。注：能量的轉(zhuǎn)換只能通過(guò)工質(zhì)的膨脹或壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。一、工質(zhì)1.定義2.常見(jiàn)工質(zhì)蒸汽動(dòng)力裝置的工質(zhì)——蒸汽制冷空調(diào)裝置的工質(zhì)——制冷劑

燃?xì)廨啓C(jī)與往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的工質(zhì)——燃燒氣體及空氣4二、理想氣體1.定義2.實(shí)例分子為不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)除碰撞外分子間無(wú)作用力（無(wú)吸力和斥力）理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象理想氣體以空氣為主的燃?xì)?、空調(diào)中的濕空氣（1）工質(zhì)是理想氣體，其比熱視為定值，工質(zhì)與外界無(wú)質(zhì)量交換，不考慮燃油的噴入；（2）不計(jì)進(jìn)、排氣過(guò)程及其流動(dòng)損失；（3）工質(zhì)的壓縮和膨脹過(guò)程均為絕熱過(guò)程，不計(jì)缸壁傳熱、漏氣等熱損失；（4）燃燒過(guò)程為外界高溫?zé)嵩匆远ㄈ葸^(guò)程、定壓過(guò)程向工質(zhì)加熱，排氣過(guò)程用定容放熱過(guò)程代替；（5）構(gòu)成循環(huán)的各個(gè)過(guò)程均是可逆的。三、理論循環(huán)12345pVp01’2’0把實(shí)際循環(huán)加以抽象化和簡(jiǎn)化，將其概括成由幾個(gè)基本熱力過(guò)程所組成的循環(huán)。1.定義２.假設(shè)12345實(shí)際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃?xì)狻鷱U氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變?！瘜W(xué)成分變化，比熱變化。熱機(jī)的工質(zhì)與熱機(jī)缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過(guò)程。在壓縮過(guò)程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過(guò)了缸壁的溫度，工質(zhì)通過(guò)機(jī)體向外傳遞熱量，實(shí)際壓縮過(guò)程的總趨勢(shì)是工質(zhì)向外放熱，因此實(shí)際壓縮終點(diǎn)壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點(diǎn)壓力。十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345pVp01’2’0在膨脹初期，由于后燃現(xiàn)象以及原在高溫時(shí)已分解的燃燒產(chǎn)物的重新復(fù)合反應(yīng)，缸內(nèi)工質(zhì)為加熱膨脹；在膨脹后期，由于后燃結(jié)束及復(fù)合反應(yīng)的減弱，缸內(nèi)工質(zhì)為散熱膨脹。綜合而言，膨脹過(guò)程是一個(gè)工質(zhì)被加熱的多變過(guò)程，膨脹終點(diǎn)缸內(nèi)壓力高于絕熱膨脹壓力。十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異２.傳熱損失12345燃燒損失是指后燃和不完全燃燒所引起的損失。理論循環(huán):全部熱量來(lái)自高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1，無(wú)燃燒過(guò)程；實(shí)際循環(huán):全部熱量是由燃油的燃燒得到的，必然存在部分燃油在膨脹中仍然繼續(xù)燃燒的后燃現(xiàn)象。另外，由于空氣不足，或混合物形成不良造成的不完全燃燒，燃料的熱值未充分利用，促使燃燒膨脹線的位置下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。pVp01’2’0十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異3．燃燒損失12345理論循環(huán)是一個(gè)閉口循環(huán)，混合加熱和定容放熱，無(wú)須進(jìn)行工質(zhì)的替換，而實(shí)際循環(huán)必須排出廢氣和吸入新鮮空氣。在排氣過(guò)程中，為了減少排氣消耗的功，其排氣閥總是提前開(kāi)啟，讓廢氣在下止點(diǎn)前某點(diǎn)就開(kāi)始排出，由此減少了一部分有用功，稱為膨脹損失功。非增壓四沖程柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程與排氣過(guò)程均消耗軸功，稱為泵氣功。膨脹損失功與泵氣功之和即為實(shí)際循環(huán)的換氣損失。。pVp01’2’0十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異4．換氣損失12345氣閥處的泄漏可以完全防止，但活塞環(huán)處的泄漏無(wú)法避免。不過(guò)在良好的磨合狀態(tài)下，其泄漏量約為氣缸內(nèi)工質(zhì)總重的0.2%。pVp01’2’0十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異5．泄漏損失6．其他損失其他損失包括工質(zhì)的渦動(dòng)以及活塞運(yùn)動(dòng)速度與燃燒速度不相配合而偏離定容、定壓加熱過(guò)程的時(shí)間損失等。

由于上述各項(xiàng)損失的存在，實(shí)際循環(huán)的熱效率明顯下降。該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過(guò)程，所以稱為“混合加熱理想循環(huán)”1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定容吸熱3-4：可逆定壓吸熱

4-5：可逆絕熱膨脹5-1：可逆定容放熱q四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)２.定義1.組成－當(dāng)代大多數(shù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)所遵循的理想循環(huán)。q四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)３.熱效率結(jié)論：熱效率隨著壓縮比的提高，定容升壓比的提高，定壓預(yù)脹比的減少而增加。12345pv壓縮比定容升壓比定壓預(yù)脹比壓縮過(guò)程中反映空氣被壓縮程度，與結(jié)構(gòu)有關(guān)燃燒過(guò)程中反映供油規(guī)律，λ↑定容加熱量↑ρ↑定壓加熱量↑CompressionratioCutoffratio4.柴油機(jī)的特性參數(shù)四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)12341234pvTs五、定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)）1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定容吸熱3-4：可逆絕熱膨脹4-1：可逆定容放熱1.組成汽油機(jī)由火花塞點(diǎn)火引燃，使氣缸內(nèi)由易揮發(fā)的汽油形成的可燃混合氣迅速燃燒，燃燒時(shí)活塞位移極小，因此汽油機(jī)理論循環(huán)為奧托循環(huán)２.定義３.熱效率結(jié)論：定容加熱理論循環(huán)的熱效率隨壓縮比ε增加而提高。

定容加熱理論循環(huán)的熱效率與定容升壓比無(wú)關(guān)。五、定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)）奧托循環(huán)是將加熱量全部分配到定容加熱過(guò)程的混合加熱理論循環(huán)的一個(gè)特例，即混合加熱理論循環(huán)的定壓預(yù)脹比ρ=1時(shí)就是定容加熱理論循環(huán)。

練一練定容加熱理想循環(huán)的熱效率只與_______有關(guān)，并隨其提高而提高。A.壓縮比B.壓強(qiáng)升高比C.預(yù)脹比D.質(zhì)量【解析】A【參考答案】六、定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定壓吸熱3-4：可逆絕熱膨脹4-1：可逆定容放熱1.組成早期的低速柴油機(jī)的工作循環(huán)可理想化為定壓加熱理論循環(huán)。近年來(lái)，有些增壓柴油機(jī)的燃燒過(guò)程一面邊燃燒，一邊進(jìn)行膨脹，在整個(gè)燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)壓力幾乎不變，也可理想化成定壓加熱循環(huán)。２.定義３.熱效率結(jié)論：定壓加熱理論循環(huán)的熱效率ηt隨壓縮比ε的增大、氣體k值的增大而增大，增大預(yù)脹比，則q1（負(fù)荷）增加，循環(huán)的輸出功增加，但循環(huán)的熱效率隨之降低。狄塞爾循環(huán)是將加熱量全部分配到定壓加熱過(guò)程的混合加熱理論循環(huán)的一個(gè)特例，即混合加熱理論循環(huán)的定壓容升壓比入=1時(shí)就是定壓加熱理論循環(huán)。六、定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）123v4vTs3m4m3p4p在壓縮比和加熱量相同的情況下，定容加熱循環(huán)經(jīng)濟(jì)性最高→汽油機(jī)采用定容加熱循環(huán)當(dāng)

ε、q1不變討論：壓縮比和加熱量一定，哪種循環(huán)熱效率最高？在壓縮比和加熱量相同的情況下，混合加熱循環(huán)中增加定容燃燒比例，熱效率提高，柴油機(jī)供油提前角適當(dāng)增大，提高熱效率的原因。和相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m討論：最高壓力和加熱量一定，哪種循環(huán)熱效率最高？→現(xiàn)代高增壓柴油機(jī)和車用高速柴油機(jī)及早期柴油機(jī)采用定壓加熱循環(huán)?？赡娑ㄈ葸^(guò)程可逆等溫過(guò)程可逆定壓過(guò)程可逆絕熱過(guò)程

氣體的基本熱力過(guò)程七、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程七、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——定容過(guò)程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系曲線斜率?１.過(guò)程方程式４.定容過(guò)程的膨脹功pv122‘Ts212‘3.p-v圖及T-s圖八、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——定壓過(guò)程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系曲線斜率?１.過(guò)程方程式在T-s圖上，同一溫度下定容線比定壓線的斜率大pvTs212‘122‘４.定壓過(guò)程的膨脹功3.p-v圖及T-s圖九、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——定溫過(guò)程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系１.過(guò)程方程式４.定溫過(guò)程的膨脹功pv122‘6543122‘34Ts曲線斜率3.p-v圖及T-s圖九、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——絕熱過(guò)程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系１.過(guò)程方程式４.定溫過(guò)程的膨脹功3.p-v圖及T-s圖定溫pv122‘6543122‘Ts十、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——多變過(guò)程過(guò)程方程式基本過(guò)程是多變過(guò)程的特例(1)當(dāng)n=0(2)當(dāng)n=1(3)當(dāng)n=k(4)當(dāng)n=

pTsv27pvTsnn+∞

-∞

+∞

-∞

-∞

+∞

+∞

-∞

n=0n=0n=0n=0n=1n=1n=1n=1n=kn=kn=kn=knnnn指數(shù)曲線雙曲線十、熱機(jī)的典型熱力過(guò)程——多變過(guò)程12345實(shí)際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃?xì)狻鷱U氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變?！瘜W(xué)成分變化，比熱變化。熱機(jī)的工質(zhì)與熱機(jī)缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過(guò)程。在壓縮過(guò)程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過(guò)了缸壁的溫度，工質(zhì)通過(guò)機(jī)體向外傳遞熱量，實(shí)際壓縮過(guò)程的總趨勢(shì)是工質(zhì)向外放熱，因此實(shí)際壓縮終點(diǎn)壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點(diǎn)壓力。十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345實(shí)際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃?xì)狻鷱U氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變?！瘜W(xué)成分變化，比熱變化。熱機(jī)的工質(zhì)與熱機(jī)缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過(guò)程。在壓縮過(guò)程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過(guò)了缸壁的溫度，工質(zhì)通過(guò)機(jī)體向外傳遞熱量，實(shí)際壓縮過(guò)程的總趨勢(shì)是工質(zhì)向外放熱，因此實(shí)際壓縮終點(diǎn)壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點(diǎn)壓力。十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345pVp01’2’0在膨脹初期，由于后燃現(xiàn)象以及原在高溫時(shí)已分解的燃燒產(chǎn)物的重新復(fù)合反應(yīng)，缸內(nèi)工質(zhì)為加熱膨脹；在膨脹后期，由于后燃結(jié)束及復(fù)合反應(yīng)的減弱，缸內(nèi)工質(zhì)為散熱膨脹。綜合而言，膨脹過(guò)程是一個(gè)工質(zhì)被加熱的多變過(guò)程，膨脹終點(diǎn)缸內(nèi)壓力高于絕熱膨脹壓力。十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異２.傳熱損失12345燃燒損失是指后燃和不完全燃燒所引起的損失。理論循環(huán):全部熱量來(lái)自高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1，無(wú)燃燒過(guò)程；實(shí)際循環(huán):全部熱量是由燃油的燃燒得到的，必然存在部分燃油在膨脹中仍然繼續(xù)燃燒的后燃現(xiàn)象。另外，由于空氣不足，或混合物形成不良造成的不完全燃燒，燃料的熱值未充分利用，促使燃燒膨脹線的位置下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。pVp01’2’0十一、實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異3．燃燒損失12345理論循環(huán)是一個(gè)閉口循環(huán)，混合加熱和定容放熱，無(wú)須進(jìn)行工質(zhì)的替換，而實(shí)際循環(huán)必須排出廢氣和吸入新鮮空氣。在排氣過(guò)程中，為了減少排氣消耗的功，其排氣閥總是提前開(kāi)啟，讓廢氣在下止點(diǎn)前某點(diǎn)就開(kāi)始排出，由此減少了一部分有用功，稱為膨脹損失功。非增壓四沖程柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程與排氣過(guò)程均消耗軸功，稱為泵氣功。