工程熱力學(xué)課件（第四版）：10章：氣體動(dòng)力循環(huán)

1、第十章 氣體動(dòng)力循環(huán),10-1 分析動(dòng)力循環(huán)的一般方法 10-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化 10-3 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán) 10-4 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的比較 10-5 斯特林循環(huán) 10-6 埃里克森循環(huán) 10-7 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán) 10-8 燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán),課件目錄,本章作業(yè),一、實(shí)際工作循環(huán)理想化成可逆循環(huán)； 二、找出影響循環(huán)熱效率的主要因素及提高循環(huán)效率的措施； 三、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、原因以及改進(jìn)方法,10-1 分析動(dòng)力循環(huán)的一般方法,其中：c為卡諾循環(huán)熱效率； t為內(nèi)部可逆循環(huán)的熱效率, 0為相對(duì)熱效率, T為循環(huán)相對(duì)

2、內(nèi)部效率,循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)（內(nèi)部熱效率,10-1,10-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化,一、幾種活塞式內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)介,船用柴油機(jī),車(chē)用柴油機(jī),發(fā)電用柴油機(jī),建筑用柴油機(jī),固定動(dòng)力用柴油機(jī),增壓柴油機(jī),農(nóng)用柴油機(jī),工程機(jī)械用柴油機(jī),柴油發(fā)電機(jī)組,直噴柴油機(jī),二、實(shí)際循環(huán)的示功圖（p-V圖,右圖是四沖程柴油機(jī)（混合加熱）的示功圖，包括：0-1吸氣沖程、1-3壓縮沖程、3-1 膨脹沖程、1-0排氣沖程,其中：0、3是上死點(diǎn)； 1、1是下死點(diǎn)； 2-3-4是注燃過(guò)程。 2-3-4：燃燒過(guò)程； 5-1-0：排氣過(guò)程,圖10-1 四沖程柴油機(jī)的示功圖,三、實(shí)際循環(huán)的理想化過(guò)程,燃燒過(guò)程 可逆定容或（和）定壓吸

3、熱過(guò)程； 工質(zhì)比熱為定值的理想氣體（空氣）； 膨脹和壓縮過(guò)程可逆絕熱（等熵）過(guò)程； 忽略摩擦阻力及節(jié)流損失，認(rèn)為進(jìn)、排氣過(guò)程的 推動(dòng)功抵消，兩個(gè)過(guò)程重合，進(jìn)而把開(kāi)式循環(huán)抽象成閉式循環(huán),通過(guò)上述簡(jiǎn)化，實(shí)際循環(huán)可理想化為以空氣為工質(zhì)的可逆循環(huán)，且按加熱方式可分為,當(dāng)兩個(gè)相同尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)比較時(shí)，MEP大的比MEP小的可產(chǎn)生更多凈輸出功,有效壓力,Otto循環(huán)（定容加熱） Diesel循環(huán)（定壓加熱） Sabathe循環(huán)（混合加熱,10-2,這三種循環(huán)的圖示 見(jiàn)下節(jié)相關(guān)內(nèi)容,10-3 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán),一、混合加熱理想循環(huán)（Sabathe循環(huán),圖10-4 混合加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,上式

4、說(shuō)明： t隨和的增大而提高。 t隨的增大而降低,混合加熱循環(huán)的熱效率為,10-3,二、定壓加熱理想循環(huán)（Diesel 循環(huán),又稱(chēng)荻塞爾循環(huán)，相當(dāng)于1時(shí)的混合加熱循環(huán)情況,其t隨的增大而提高，隨的增大而降低,熱效率公式 （略,圖10-5 定壓加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,三、定容加熱理想循環(huán)(Otto循環(huán),定容加熱理想循環(huán)又稱(chēng)奧托循環(huán)，相當(dāng)于預(yù)脹比1時(shí)的混合加熱循環(huán),上式說(shuō)明，t隨壓縮比的增加而提高,熱效率,圖10-6 定容加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖,10-4,某柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)(見(jiàn)幻燈片6中的圖) 的p1=0.17MPa，t1=60，壓縮比=14.5，氣缸中氣體最大壓力p3=1

5、0.3MPa，循環(huán)加熱量q1=900kJ/kg。設(shè)工質(zhì)為空氣，比熱容為定值并取cp=1004 J/(kgK)、cv=718J/(kgK)，=1.4；環(huán)境溫度t0=20，壓力p0=0.1MPa。試分析該循環(huán)并求循環(huán)熱效率及 效率,解: 由已知條件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K 點(diǎn)1： 點(diǎn)2,例 10-1,1 2 是定熵過(guò)程，有 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)4：p4 = p3 = 10.3 MPa，因q1p =

6、cp(T4 T3)，所以 點(diǎn)5：v5 = v1 = 0.562 m3/kg,或,在吸熱過(guò)程中空氣熵增為 所以平均吸熱溫度為 循環(huán)吸熱量q1中的可用能為 循環(huán) 效率,本例中，循環(huán)是內(nèi)部可逆的，且只是放熱過(guò)程中 系統(tǒng)（工質(zhì)）與環(huán)境有溫差，從而有作功能力損失： 所以循環(huán)輸出凈功和放熱過(guò)程作功能力損失之和 為循環(huán)吸熱量中的可用能，即 ex,Q = wnet + i = 719.1 kJ/kg,10-4 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較,在作各種理想循環(huán)比較時(shí)，一般在初始 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)， 此時(shí)應(yīng)用溫熵圖最為方便,一、壓縮比相同、吸熱量相

7、同時(shí)的比較,1-2-3-4-1為定容加熱循環(huán); 1-2-2-3-4-1為混合加熱循環(huán); 1-2-3-4-1為定壓加熱循環(huán),分析可得,圖10-7 相同、q1相同時(shí) 理想循環(huán)的比較,1-2-3-4-1為定容加熱; 1-2-3-3-4-1為混合加熱; 1-2”-3-4-1為定壓加熱,分析可得,二、循環(huán)最高壓力和最高溫度相同時(shí)比較,圖10-8 Tmax、pmax相同時(shí) 理想循環(huán)的比較,說(shuō)明,上述兩種情況的比較是根據(jù)熱效率的定義式 進(jìn)行的。也可從平均吸熱和（或）放熱溫度的角度進(jìn)行分析，請(qǐng)同學(xué)們自己課后獨(dú)立完成（refer to pp. 126127,10-5 斯特林（Stirling)循環(huán),1816年提

8、出，近幾十年才實(shí)施,斯特林循環(huán)圖示,特點(diǎn)：1、概括性卡諾循環(huán)； 2、活塞式，外燃（可使用價(jià)廉易得燃料） 應(yīng)用：核潛艇，制冷。已有效率超過(guò)50%的實(shí)際Stirling發(fā)動(dòng)機(jī),10-6 埃里克森（Ericsson)循環(huán),埃里克森循環(huán)圖示,1,2,3,4,p,v,特點(diǎn)：1、概括性卡諾循環(huán)； 2、可以用活塞式，實(shí)現(xiàn)外燃（可用價(jià)廉易得燃料）。 兩個(gè)等溫吸放熱過(guò)程可以通過(guò)再熱和間冷去近似,10-7 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán),一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置簡(jiǎn)介,分壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)三個(gè)部分,1、連接發(fā)電機(jī) 2、進(jìn)氣道主軸固定支架 3、軸頸軸承 4、壓氣機(jī)葉片 5、壓氣機(jī)模塊 6、燃?xì)廨啓C(jī)固定支架 7、葉輪 8、葉輪貫穿螺栓 9、進(jìn)氣道定位 10、水平缸封 11、燃燒室防護(hù)罩 12、逆流燃燒室 13、燃料注入系統(tǒng) 14、燃燒室（火焰筒） 15、燃燒室冷卻部件16、噴嘴構(gòu)造 17、一級(jí)渦輪固定構(gòu)造 18、動(dòng)力渦輪構(gòu)造 19、排氣擴(kuò)散構(gòu)造 20、排氣煙氣探測(cè)器,二、燃?xì)廨啓C(jī)理想定壓加熱 (Brayton)循環(huán),若比熱容為定值，則循環(huán)熱率為,圖10-9 定壓加熱理想循環(huán),10-8 燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定壓加熱實(shí)際循環(huán),如果設(shè)壓縮和膨脹過(guò)程仍是等熵的，則