熱力學(xué)課件：6章 氣體動(dòng)力循環(huán)

1、第6章 氣體動(dòng)力循環(huán) 6-1 對(duì)循環(huán)的分析 6-1-1 過(guò)程的平均溫度1221ssTdsT 我們定義:即: 2112)(TdsssT12Tss1s2T6-1-2 對(duì)循環(huán)的分析12Tss1s2對(duì)于一個(gè)循環(huán):ab 2121bacycleTdsTdsw)()(122122ssTssTwcycle )()()(122121122ssTssTssTcycle T2T1212TTTcycle 211TT 顯然提高循環(huán)效率的方法就是：設(shè)法提高循環(huán)吸熱段平均段的溫度；降低循環(huán)放熱段的平均溫度6-2 奧拓（ Otto ）循環(huán)6-2-1 N. A. Otto 的生平Nicolaus August Otto 四沖程

2、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明人，1831年6月14日德國(guó)。1862年 他首先進(jìn)行了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)（如圖），該發(fā)動(dòng)機(jī)和今天的汽油內(nèi)燃機(jī)非常近似. 他逝世于1891年1月26日。6-2-2 循環(huán)的四個(gè)沖程（Four Strokes）吸氣沖程:活塞沿著氣缸向下運(yùn)動(dòng) ，氣缸內(nèi)的壓力持續(xù)下降最終形成負(fù)壓 ，接著吸氣閥打開(kāi)?？諝夂推驼羝幕旌衔锉晃霘飧讐嚎s沖程:在活塞的下死點(diǎn)( Bottom Dead Center (BDC) 氣缸達(dá)到最大容量，吸氣閥關(guān)閉。 接著活塞向上死點(diǎn)(Top Dead Center (TDC)移動(dòng)，壓縮油、氣混合物。 在壓縮沖程的末段，火花塞點(diǎn)火，引起油氣混合物劇烈燃燒。 在活塞到達(dá)上死

3、點(diǎn)時(shí)燃?xì)鈮毫_(dá)到最大。 做功沖程 高壓氣體推動(dòng)活塞再次向下運(yùn)行，活塞通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。 氣缸的容積逐漸增大同時(shí)氣體的壓力下降，直到活塞運(yùn)行到下死點(diǎn)做功沖程結(jié)束。排氣沖程 活塞運(yùn)行到下死點(diǎn)后排氣閥打開(kāi)，活塞開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，燃燒后的廢氣被排出氣缸，這個(gè)沖程當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)結(jié)束?，F(xiàn)代電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)12345pv6-2-3 理論循環(huán)絕熱過(guò)程理論奧拓循環(huán)的效率 )()(12314TTCTTCvv111231421TTTTTT3421VVVV)1(2112kVVTT)1(3443kVVTT那么：2314TTTT1211TTkkpp)1(1211kk)1(11 增壓比111k 壓縮比2

4、1vv渦輪增壓系統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)6-3 柴油機(jī)循環(huán)（Diesel Cycle）6-2-1 狄賽爾生平Rudolf Diesel (德國(guó)1858 1913)。 大學(xué)畢業(yè)后他的職業(yè)是制冷工程師， 但是他真正感興趣的卻是發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。1893年， 他發(fā)表了關(guān)于壓燃式內(nèi)燃機(jī)的論文。 1894年，他為他的新發(fā)明柴油機(jī)申請(qǐng)了專利。盡管狄賽爾幾乎死于新發(fā)動(dòng)機(jī)的爆炸，但是他用事實(shí)證明了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性。1897年他的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)終于研制成功。 6-3-2 狄賽爾循環(huán)過(guò)程 柴油在活塞到達(dá)上死點(diǎn)后（此時(shí)空氣壓力高達(dá)3050大氣壓，溫度600800），柴油被噴入混合室和高壓空氣混合，然后噴入汽缸，由于柴油和空氣混合

5、良好而且機(jī)器運(yùn)行速度慢，滯燃問(wèn)題會(huì)對(duì)循環(huán)影響小，使得循環(huán)的吸熱段基本上呈現(xiàn)定壓的吸熱的趨勢(shì)。6-3-3 狄賽爾循環(huán)效率 理論循環(huán)12345pv狄賽爾循環(huán)理論效率 23141TTCTTCpv23141111TTTTTkkkVPVP2211kkVPVP334441VV 32PP kVVpp3241定義：23VVkpp1414141ppTT過(guò)程1-4 定容k11213111TTTTkk23141111TTTTTk121223111TTTTTTkk1123111kkkTTk11111kkkk怎樣提高效率:12345pv增壓比要大容積增長(zhǎng)要小8.3.4 薩巴德（ Sabathe ）循環(huán)（混合加熱循環(huán)）薩

6、巴德循環(huán)（混合加熱循環(huán)）是現(xiàn)代高速柴油機(jī)普遍使用的循環(huán)，它可視為狄賽爾循環(huán)的改進(jìn)。薩巴德循環(huán)使用高壓柴油噴射泵代替了狄賽爾循環(huán)中笨重的空氣壓縮機(jī)。有趣的是這種技術(shù)出現(xiàn)較晚的原因竟然是由于此前沒(méi)人花精力去研制高壓燃油泵。由于柴油在活塞到達(dá)上死點(diǎn)之前就被直接噴入汽缸，由于柴油的滯燃，使得循環(huán)的吸熱段基本上呈現(xiàn)出先定容，后定壓的吸熱特點(diǎn)。這與標(biāo)準(zhǔn)狄賽爾循環(huán)的定壓吸熱是不同的。TsT3T1T2T3T4T1T”2T3T4T1T2T3T4三種循環(huán)效率之比較：若T3一定8.3.5 其它內(nèi)燃機(jī) 6-4 伯雷登循環(huán)（Brayton Cycle 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)）壓縮機(jī)燃燒室燃?xì)鉁u輪負(fù)載空氣入口軸6-4-1 伯雷登循

7、環(huán)裝置優(yōu)點(diǎn)與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比燃?xì)廨啓C(jī)具有極好的功率-質(zhì)量比?？梢砸院茌p的重量實(shí)現(xiàn)大馬力的輸出。這一特點(diǎn)使得它在航空、艦船、重型車輛、地面發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用6-4-2 理想循環(huán)Ts1234定壓pv1234絕熱6-4-3 伯雷登循環(huán)效率23141TTCTTCppkkppTTTT1212134kkppTTTT1212314kk 111-增壓比6-4-3 最佳增壓比Ts1234Tmax單純提高增壓能提高循環(huán)效率；但循環(huán)的功率卻下降； 34若T3 一定顯然我們不得不在高效率和高的功率之間作出折衷通常工程上對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率的要求更突出。 TsTmaxT0顯然，存在一最佳增壓比使得循環(huán)功率最大這個(gè)比率用

8、字母表示為: max1213maxkkTTkk 111311TT顯然在一定的最佳增壓比下，提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的根本途徑是提高 T3 6-4-4 提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的方法(1) 回?zé)岵椎茄h(huán) (Regenerative Brayton Cycle)TsT2T1T2T1燃油燃燒室空氣入口壓氣機(jī)燃?xì)馔钙交責(zé)崞?2) 定溫壓縮加回?zé)嵫h(huán)Ts弗蘭克惠特爾（19071996） 6-5 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Engine CharacteristicTypeTwin-Spool, Augmented TurbofanApplicationF-22 Advanced Tactical FighterThrust35,000

9、 Pound Thrust ClassEngine ControlFull-Authority Digital Electronic ControlCompression SystemTwin Spool/Counter Rotating/Axial Flow/Low-Aspect Ratio Three-Stage Fan Six-Stage CompressorCombustorAnnularTurbineAxial Flow/Counter Rotating One-Stage, High-Pressure Turbine One-Stage, Low-Pressure TurbineNozzleTwo-dimensional Vectoring Convergent/DivergentTs123456123456提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率（不是效率）的