熱力學(xué)s學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1熱力學(xué)熱力學(xué)s第一頁，共64頁。實(shí)際動力(dngl)循環(huán)非常復(fù)雜不可逆，多變指數(shù)變化(binhu)，燃燒等 工程熱力學(xué)研究方法，先對實(shí)際動力循環(huán)進(jìn)行抽象和理想化，對理想化循環(huán)進(jìn)行分析，最后再進(jìn)行修正。第1頁/共64頁第二頁，共64頁?？諝?kngq)廢氣(fiq)吸氣壓縮膨脹排氣IntakeCompressionExpansionExhaustExhaust gasAirIntake valveExhaust valveFuel油第2頁/共64頁第三頁，共64頁。12301 吸空氣(kngq)pV一般(ybn)n=1.341.37（柴油自燃 335）p02012 多變壓縮p2=35MP

2、at2=6008002 噴柴油2 開始燃燒23 迅速燃燒，近似Vp59MPaAutoiginition第3頁/共64頁第四頁，共64頁。1234534 邊噴油，邊膨脹(png zhng)pVp0120t4可達(dá)170018004 停止(tngzh)噴柴油45 多變膨脹V近似 膨脹pP5 = 0.30.5MPaT5 50051 開閥排氣， 降壓10 活塞推排氣,完成循環(huán)第4頁/共64頁第五頁，共64頁。123451. 工質(zhì)pVp0120工質(zhì)數(shù)量(shling)不變定比熱(br)理想氣體P-V圖p-v圖2. 0-1和1 -0抵消開口閉口循環(huán)3. 燃燒外界加熱4. 排氣向外界放熱5. 多變絕熱6. 不

3、可逆可逆第5頁/共64頁第六頁，共64頁。1234512345pvTs分析循環(huán)(xnhun)吸熱量，放熱量，熱效率和功量Dual cycle (Sabathe)第6頁/共64頁第七頁，共64頁。5-75-115-125-14 第7頁/共64頁第八頁，共64頁。12345Ts吸熱量(rling)1v32p43qcTTcTT放熱量(rling)(取絕對值）2v51qcTT熱效率12t11wqqqq5121324311TTqqTTk TT 第8頁/共64頁第九頁，共64頁。12345pv壓縮比12vv定容增壓(zn y)比32pp預(yù)脹比43vv反映(fnyng)氣缸容積反映供油規(guī)律理想混合加熱循環(huán)的

4、計(jì)算 (續(xù)1)第9頁/共64頁第十頁，共64頁。12345Ts熱效率51t32431TTTTk TT 1112112kkvTTTv12vv133212kpTTTp 32pp144313kvTTTv 43vv壓縮比定容增壓(zn y)比預(yù)脹比第10頁/共64頁第十一頁，共64頁。12345Ts熱效率51t32431TTTTk TT 154541151kkpvTTTTvp t11111kkk 第11頁/共64頁第十二頁，共64頁。t1.4k 1.3k 1.2k 1、當(dāng)定容增壓比 、預(yù)脹比 不變t受氣缸材料限制 一般柴油機(jī)14 21kt11111kkk 潛艇(qintng)用氦氣，k=1.66壓縮比

5、12345Ts即提高了平均吸熱(x r)溫度第12頁/共64頁第十三頁，共64頁。2、當(dāng)壓縮比 不變tt11.523t11111kkk 預(yù)脹比定容增壓比即提高了平均吸熱(x r)溫度12345Ts注意：掌握(zhngw)圖示的研究方法不必記憶 的復(fù)雜式t第13頁/共64頁第十四頁，共64頁。12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式汽油機(jī)，點(diǎn)燃(din rn)式1預(yù)脹比第14頁/共64頁第十五頁，共64頁。12341234pvTs第15頁/共64頁第十六頁，共64頁。1234Ts吸熱量(rling)1v32qcTT放熱量(rling)(取絕對值）2v41qcTT熱效率12241t1113211w

6、qqqTTqqqTT 第16頁/共64頁第十七頁，共64頁。1234Ts熱效率41t321TTTT 411322111TTTTTT 1321124kTTvTvT11212111kTTvv 111k 第17頁/共64頁第十八頁，共64頁。t11111kkk 1t111k tk汽油(qyu)易爆燃一般汽油(qyu)機(jī)5 10一般汽油機(jī)效率(xio l)低于柴油機(jī)的效率(xio l)但汽油機(jī)小巧1421柴油機(jī)預(yù)脹比第18頁/共64頁第十九頁，共64頁。12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式低速(d s)柴油機(jī)，壓燃式需壓氣機(jī)霧化油1定容增壓(zn y)比第19頁/共64頁第二十頁，共64頁。123

7、4pv1234Ts第20頁/共64頁第二十一頁，共64頁。1234Ts吸熱量(rling)1p32qcTT放熱量(rling)(取絕對值）2v41qcTT熱效率122t1111wqqqqqq 第21頁/共64頁第二十二頁，共64頁。熱效率t111(1)kkk t1.522.5t已被淘汰需附加(fji)壓氣機(jī)霧化油第22頁/共64頁第二十三頁，共64頁。比較(bjio)的條件：壓縮比吸熱量1q反映氣缸結(jié)構(gòu)尺寸、工藝(gngy)材料反映熱負(fù)荷最高壓力maxp反映材料耐壓、壁厚、成本最高溫度maxT反映材料耐溫混合加熱，定容加熱，定壓加熱初態(tài)相同第23頁/共64頁第二十四頁，共64頁。Ts2t11q

8、q tvtmtp2v2m2pqqq平均溫度法1q3m4m123v4v3p4p第24頁/共64頁第二十五頁，共64頁。Ts211tqq 1p1m1vqqq2q相等(xingdng)maxpmaxT12v342mtptmtv2p平均溫度法第25頁/共64頁第二十六頁，共64頁。3p4mTs211tqq 2p2m2vqqq1qmaxp2ptptmtv3m12v4v3v4p2m？ 和 相同，圖示 大小maxT1qtptmtv,第26頁/共64頁第二十七頁，共64頁。1816年提出，近幾十年重新引起(ynq)重視冷氣(lngq)室熱氣室加熱器c冷卻器aAB回?zé)崞鱞1-2 T 壓縮a2-3 V 吸熱b3-

9、4 T 膨脹c4-1 V 放熱b第27頁/共64頁第二十八頁，共64頁。12341234pvTs概括性卡諾循環(huán)從氣缸外吸熱(x r)，可用廉價(jià)燃料、太陽能第28頁/共64頁第二十九頁，共64頁。用途： 航空發(fā)動機(jī) 尖峰電站 移動電站 大型輪船(lnchun) 聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán)第29頁/共64頁第三十頁，共64頁。1234壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室1）工質(zhì)：數(shù)量不變，定比熱(br)理想氣體理想化：2）閉口 循環(huán)3）可逆過程：2等熵、2等壓Combustion chamberCompressorTurbine第30頁/共64頁第三十一頁，共64頁。pvTs12341234第31頁/共64

10、頁第三十二頁，共64頁。Ts1234吸熱量(rling)：1p32qcTT放熱量(rling)：2p41qcTT熱效率：12241t1113211wqqqTTqqqTT 第32頁/共64頁第三十三頁，共64頁。Ts1234熱效率：41t321TTTT 411322111TTTTTT 112221111111kkTTTpTp 1133224411kkkkTppTTppT1t,C31TT 熱效率表達(dá)式似乎與卡諾循環(huán)一樣第33頁/共64頁第三十四頁，共64頁。Ts1234熱效率：t12111kkpp 定義(dngy)循環(huán)(xnhun)增壓比：21pp111kk ktor第34頁/共64頁第三十五頁，

11、共64頁。Ts1234定義(dngy)循環(huán)(xnhun)增溫比：31TT1232413421111 1pppwqqcTTcTTTTTc TTTT凈1111kkkkpc T第35頁/共64頁第三十六頁，共64頁。Ts123431TT1111kkkkpwc T凈34 不變不變w凈但T3 受材料耐熱(nai r)限制111tkk 3 3第36頁/共64頁第三十七頁，共64頁。Ts31TT1111kkkkpwc T凈 不變太大，w凈3T太小，ttw凈存在最佳 ，使 最大w凈111tkk 1T小小第37頁/共64頁第三十八頁，共64頁。Ts1111kkkkpwc T凈令opt3T2(1)opt()kkw

12、凈,max1T0w凈最大循環(huán)(xnhun)凈功2opt11pwc T第38頁/共64頁第三十九頁，共64頁。Ts1234壓氣機(jī)：不可逆絕熱壓縮(y su)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)：不可逆絕熱膨脹2421c12hhhh定義：壓氣機(jī)絕熱效率燃?xì)廨啓C(jī)相對內(nèi)效率34oi34hhhh第39頁/共64頁第四十頁，共64頁。Ts123424314221oi34c whhhhhhhh凈凈功21optoickkw 凈,max令0w凈得實(shí)際(shj)循環(huán)的optw凈,max第40頁/共64頁第四十一頁，共64頁。Ts123424oi1c11c1111kkkkwq凈t熱效率吸熱量(rling)2113312chhq

13、hhhh第41頁/共64頁第四十二頁，共64頁。oict一定(ydng)，t一定(ydng)，有最佳 optt,maxoptt,max且對應(yīng)的oi1c11c1111kkkkwq凈ttmax第42頁/共64頁第四十三頁，共64頁。optt,maxoptw凈,maxoptw凈,max地面上，尺寸(ch cun)次要，省燃料，取optt,max空中，尺寸(ch cun)重要，取optw凈,max提高(t go)t受材料耐熱限制取最佳optt,max有無其它途徑一般第43頁/共64頁第四十四頁，共64頁。5-155-19第44頁/共64頁第四十五頁，共64頁。2若使T4T4 在500oC以上(yshn

14、g)134Ts4p不可行(kxng)但，如果T4T2則可預(yù)熱空氣，回?zé)嵬緩街唬夯責(zé)酭egeneration第45頁/共64頁第四十六頁，共64頁。1234壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室回?zé)崞?R2ARegenerator第46頁/共64頁第四十七頁，共64頁。2134Ts4R2R2A理想(lxing)回?zé)幔簩?shí)際(shj)回?zé)?定義：回?zé)岫?222ARhhhh一般0.60.9tt1 wq凈回簡？2R 4R2AEffectiveness平均溫度法第47頁/共64頁第四十八頁，共64頁。1234燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室間冷器5壓氣機(jī)62Intercooler第48頁/共64頁第四十九頁

15、，共64頁。2134Ts265ABt1wq凈間12341和62256 聯(lián)合(linh)工作tt間簡ww間簡ABt1A1Bwwqq凈凈間？結(jié)論：第49頁/共64頁第五十頁，共64頁。134燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室間冷器5壓氣機(jī)62回?zé)崞?R2RIntercoolerRegenerator第50頁/共64頁第五十一頁，共64頁。2134Ts265tt1wq凈回+間簡 ？4R2Rtt1wq凈回+間回 ？ttt回+間回簡www回+間回簡結(jié)論：第51頁/共64頁第五十二頁，共64頁。1234壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室1燃燒室235Reheater第52頁/共64頁第五十三頁，共64頁。2

16、13Ts344tt再簡 ？ww再簡 ？5結(jié)論：第53頁/共64頁第五十四頁，共64頁。1234壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室2回?zé)崞魅紵?4R2R53Reheat-regenerative cycle第54頁/共64頁第五十五頁，共64頁。213Ts344結(jié)論：54R2R2tt21qqw 回+再回 ？ww回+再回2qq回+再2回ttt回+再回簡www回+再回簡第55頁/共64頁第五十六頁，共64頁。1234壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)燃燒室2回?zé)崞鏖g冷器燃燒室12R4R第56頁/共64頁第五十七頁，共64頁。結(jié)論：3Ts214tt+1wq凈回+再+間回 再tttt回+再+間回+再回簡

17、wwww回+再+間回+再回簡ww回+再+間回+再2R4R第57頁/共64頁第五十八頁，共64頁。2134Ts兩個(gè)(lin )等溫過程兩個(gè)(lin )等壓過程+回?zé)岣爬ㄐ钥ㄖZ循環(huán)級數(shù)越多，越復(fù)雜，造價(jià)(zoji)越高，一般23級第58頁/共64頁第五十九頁，共64頁。1、為了提高效率， 能否讓燃?xì)廨啓C(jī)(rnqlnj)的廢氣再進(jìn)一步膨脹作功？ 能否廢氣不放熱就對其壓縮，然后讓它膨脹作功？不能讓40pp可逆時(shí)，ww壓膨不可逆時(shí)，ww壓膨p0pv1234第59頁/共64頁第六十頁，共64頁。2、回?zé)崞髂芊?nn fu)裝在壓氣機(jī)前？t簡Ts1234w凈12t12111kkpp 第60頁/共64頁第六十一頁，共64頁