第五章氣體動力循環(huán)

1、1第五章第五章 氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán) Gas power cycles5-1 分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般方法5-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的簡化活塞式內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的簡化5-3 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)5-4 活塞式內(nèi)燃機(jī)幾個理想循環(huán)的熱力學(xué)比較活塞式內(nèi)燃機(jī)幾個理想循環(huán)的熱力學(xué)比較251 分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般方法一、分析動力循環(huán)的目的一、分析動力循環(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，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。尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方向及途徑。二、分析動力循環(huán)的一般步驟二

2、、分析動力循環(huán)的一般步驟 1. 實際循環(huán)（復(fù)雜、不可逆）實際循環(huán)（復(fù)雜、不可逆）抽象、簡化抽象、簡化可逆理想循環(huán)可逆理想循環(huán)分析可逆循環(huán)分析可逆循環(huán)影響經(jīng)濟(jì)性的主要因素和可能改進(jìn)途徑影響經(jīng)濟(jì)性的主要因素和可能改進(jìn)途徑實際循環(huán)實際循環(huán)指導(dǎo)改善指導(dǎo)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(jìn)辦法損失的部位、大小、原因及改進(jìn)辦法3三、空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)三、空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)(the air-standard hypothesis)氣體動力循環(huán)中工作流體氣體動力循環(huán)中工作流體理想氣體理想氣體空氣空氣定比熱定比熱燃燒和排氣過程燃燒和排氣

3、過程吸熱和放熱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)量改變忽略不計燃料燃燒造成各部分氣體成分及質(zhì)量改變忽略不計452 活塞式內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的簡化活塞式內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的簡化一、活塞式一、活塞式內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)(internal combustion engine)簡介簡介1分類分類：按燃料：煤氣機(jī)按燃料：煤氣機(jī)(gas engine) 汽油機(jī)汽油機(jī)(gasoline engine; petrol engine) 柴油機(jī)柴油機(jī)(diesel engine) 按沖程：二沖程按沖程：二沖程(two-stroke ) 四沖程四沖程(four-stroke )按點火方式：點燃式按點火方式：點燃式(s

4、park ignition engine) 壓燃式壓燃式(compression ignition engine)501 吸氣吸氣12 壓縮壓縮23 噴油、燃燒噴油、燃燒34 燃燒燃燒45 膨脹作功膨脹作功50 排氣排氣簡化簡化：引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)：引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)燃燒燃燒2-3等容吸熱等容吸熱+3-4定壓吸熱定壓吸熱排氣排氣5-1等容放熱等容放熱壓縮、膨脹壓縮、膨脹1-2及及4-5等熵過程等熵過程吸、排氣線吸、排氣線重合、忽略重合、忽略燃?xì)獬煞指淖內(nèi)細(xì)獬煞指淖兒雎院雎砸弧⒒旌霞訜崂硐胙h(huán)（柴油機(jī)）一、混合加熱理想循環(huán)（柴油機(jī)） （薩巴德循環(huán)）薩巴德循環(huán)）61. p-v圖及圖及T-s圖圖12 等

5、熵壓縮；等熵壓縮；23 等容吸熱；等容吸熱；34 定壓吸熱；定壓吸熱；45 等熵膨脹；等熵膨脹；51 定容放熱定容放熱特性參數(shù)特性參數(shù)：12vv32pp43vv壓縮比壓縮比(compression ratio)定容增壓比定容增壓比(pressure ratio)定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比 (cutoff ratio)72. 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率nett1wqnet1 22 33 44 55 11 23 44 5wwwwwwwww或或netnet12wqqq11gg5213434141111RRppTpvvTpp342343321TTcTTcqqqpV15152TTcqqV8512t1324311TT

6、qqTTTT 、 、111211212vTTTv13321223pTTTp14431334vTTTv551151pTTp利用利用表示表示t91 1225544p vp vp vp v；兩式相除，考慮到兩式相除，考慮到325134vvvvpp5344412323pppvvppvpvt11111 5511pTTp51TT51t32431TTTTTT 把把T2、T3、T4和和T5代入代入求求15pp10討論討論：)a) c歸納：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(dǎo)。要措施，是卡諾循環(huán)，

7、第二定律對實際循環(huán)的指導(dǎo)。 b.利用利用T-s圖分析循環(huán)較方便。圖分析循環(huán)較方便。 c.同時考慮同時考慮q1和和q2或或T1m和和T2m平均。平均。)btttt11111 混合加熱理想循環(huán)熱效率混合加熱理想循環(huán)熱效率11二、定壓加熱理想循環(huán)二、定壓加熱理想循環(huán)(低壓柴油機(jī)循環(huán)、汽車用高低壓柴油機(jī)循環(huán)、汽車用高速柴油機(jī)循環(huán)速柴油機(jī)循環(huán)笛塞爾循環(huán)笛塞爾循環(huán)Diesel cycle)2t11qq 41t321TTTT t11111 142TTcqV231TTcqpt11111 2321vvvv12討論：討論：tnet)awnet)tbw13三、定容加熱理想循環(huán)三、定容加熱理想循環(huán)(奧圖循環(huán)奧圖循環(huán)Otto cycle)2321ppvv14231TTcqV111111111t 142TTcqV23141211TTTTqqt2321ppvv15分析分析：當(dāng)tt11111 混合加熱理想循環(huán)混合加熱理想循環(huán)壓燃式內(nèi)燃機(jī)壓燃式內(nèi)燃機(jī)=14-20=14-20點燃式內(nèi)燃機(jī)點燃式內(nèi)燃機(jī)=6.5-11=6.5-11問題：點燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮比問題：點燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮比比比壓燃式內(nèi)燃機(jī)壓燃式內(nèi)燃機(jī)小小1664 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較一、壓縮比一、壓縮比相同，吸熱量相同，吸熱量q q1 1相同的條件下比較相同的條件下比較 111vmpqqq或或pmvTT