第十二講：氣體動力循環(huán)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)

1、工程熱力學(xué)動力設(shè)備的不斷發(fā)展工程熱力學(xué)如何實(shí)現(xiàn)動力轉(zhuǎn)換？工程熱力學(xué)氣體動力循環(huán)Gas Power Cycle工程熱力學(xué)氣體動力循環(huán)本章基本要求 熟練掌握分析動力循環(huán)的一般方法，活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)以及燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)的組成、熱效率計算及提高氣體動力循環(huán)效率的方法和途徑。本章重點(diǎn)熟悉理想氣體動力循環(huán)圖示與計算理想氣體動力循環(huán)的熱力學(xué)比較提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置熱效率的熱力學(xué)措施工程熱力學(xué)動力循環(huán)的分類按工質(zhì)氣體動力循環(huán)：內(nèi)燃機(jī)蒸汽動力循環(huán)：外燃機(jī)空氣為主的燃?xì)獍蠢硐霘怏w處理水蒸氣等 實(shí)際氣體internal combustion engineexternal combustion engine工程熱力學(xué)氣體

2、動力循環(huán)分類氣體動力循環(huán)分類按結(jié)構(gòu)活塞式葉輪式汽車，摩托，小型輪船航空，大型輪船，移動電站聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán)piston engineGas turbine cycle工程熱力學(xué)活塞式工程熱力學(xué)葉輪式工程熱力學(xué)氣體動力循環(huán)分類小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船，移動電站汽油機(jī) petrol (gasoline) engine按燃料柴油機(jī)diesel engine煤油機(jī) kerosene oil engine航空工程熱力學(xué)氣體動力循環(huán)分類點(diǎn)燃式 spark ignition按點(diǎn)燃方式：按沖程數(shù)：四沖程 four-stroke壓燃式 compression ignition二沖程 two-str

3、oke工程熱力學(xué)動力循環(huán)研究目的和方法動力循環(huán)：工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫臒崃康囊徊糠洲D(zhuǎn)換成對外的凈功研究目的：合理安排循環(huán)，提高熱效率 分析動力循環(huán)的一般步驟 1. 實(shí)際循環(huán)（復(fù)雜不可逆）實(shí)際循環(huán)（復(fù)雜不可逆）抽象、簡化抽象、簡化可逆理論循環(huán)可逆理論循環(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(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)指導(dǎo)改善指導(dǎo)改善2. 分析實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實(shí)際分析實(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、原因及改進(jìn)辦法損失的部位、大小、原因及改進(jìn)辦法工程熱力學(xué)四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī) 開式開式循環(huán)循環(huán)(open

4、 cycle)； 燃燒、傳熱、排氣、膨脹燃燒、傳熱、排氣、膨脹、 壓縮壓縮均為均為不可逆不可逆； 各環(huán)節(jié)中工質(zhì)各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍質(zhì)量、成分稍有變化有變化。工程熱力學(xué)四沖程高速柴油機(jī)工作過程12301 吸空氣pV一般n=1.341.37柴油自燃t=335p02012 多變壓縮p2=35MPat2=6008002 噴柴油2 開始燃燒23 迅速燃燒，近似Vp59MPaAutoiginition工程熱力學(xué)四沖程高速柴油機(jī)工作過程1234534 邊噴油，邊膨脹pVp0120t4可達(dá)170018004 停止噴柴油45 多變膨脹V近似 膨脹pp5=0.30.5MPat550051 開閥排氣， 降壓10

5、 活塞推排氣,完成循環(huán)工程熱力學(xué)四沖程高速柴油機(jī)的理想化123451. 工質(zhì)pVp0120工質(zhì)數(shù)量不變定比熱理想氣體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. 不可逆可逆工程熱力學(xué)活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡化工程熱力學(xué)理想混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)）1234512345pvTs分析循環(huán)吸熱量，放熱量，熱效率和功量Dual cycle(Sabathe)工程熱力學(xué)理想混合加熱循環(huán)的計算12345Ts吸熱量1v32p43qcTTcTT放熱量(取絕對值）2v51qcTT熱效率12t11wqqqq5121324311TTqqTTk TT q =

6、w工程熱力學(xué)定義幾個指標(biāo)性參數(shù)12345pv壓縮比12vv定容增壓比32pp預(yù)脹比43vv反映氣缸容積反映供油規(guī)律Compression ratioCutoff ratio工程熱力學(xué)理想混合加熱循環(huán)的計算12345Ts熱效率51t32431TTTTk TT 1112112kkvTTTv12vv133212kpTTTp 32pp144313kvTTTv 43vv工程熱力學(xué)理想混合加熱循環(huán)的計算12345Ts熱效率51t32431TTTTk TT 145415kkvTTTv t11111kkk 工程熱力學(xué)各因素對混合加熱循環(huán)的影響t1.4k 1.3k 1.2k 1、當(dāng) 、 不變t受氣缸材料限制 一

7、般柴油機(jī)1421kt11111kkk 潛艇用氦氣，k=1.66工程熱力學(xué)各因素對混合加熱循環(huán)的影響2、當(dāng) 不變ttt11.523t11111kkk 注意：圖示的研究方法不必記憶 的復(fù)雜式t12345pv工程熱力學(xué)柴油機(jī)與汽油機(jī)動力循環(huán)圖示12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式汽油機(jī)，點(diǎn)燃式1工程熱力學(xué)定容加熱循環(huán)（奧圖OTTO循環(huán))12341234pvTs工程熱力學(xué)定容加熱循環(huán)的計算1234Ts吸熱量1v32qcTT放熱量(取絕對值）2v41qcTT熱效率12241t1113211wqqqTTqqqTT 工程熱力學(xué)定容加熱循環(huán)的計算定容加熱循環(huán)的計算1234Ts熱效率41t321TTTT 4

8、11322111TTTTTT 1321124kTTvTvT11212111kTTvv 111k 工程熱力學(xué)定容加熱循環(huán)的計算t11111kkk 1t111k tk汽油易爆燃一般汽油機(jī)510一般柴油機(jī)效率高于汽油機(jī)的效率但汽油機(jī)小巧1421柴油機(jī)工程熱力學(xué)柴油機(jī)與低速柴油機(jī)循環(huán)圖示12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式低速柴油機(jī)，壓燃式1工程熱力學(xué)定壓加熱循環(huán)（狄塞爾Diesel循環(huán))1234pv1234Ts已被淘汰工程熱力學(xué)例 題pvO1234Ts3TO1234/kgm974. 0101 .9815.3332873311g1pTRv解：解：點(diǎn)點(diǎn)1/kgm162. 06974. 0312vv1

9、2是定熵過程，有kPa120561 .984 . 112112pvvppK680615.33314 . 11112112TvvTT點(diǎn)點(diǎn)2/kgm162. 0323 vvK1904718. 0879680123VcqTTkPa3374680190412052323TTpp點(diǎn)點(diǎn)3工程熱力學(xué)例 題pvO1234Ts3TO1234解：解：點(diǎn)點(diǎn)4/kgm974. 0314 vvK933872974. 0107523g444RvpTkPa2756133744 . 11234334vvpvvppkJ/kg43115.333933718. 0142TTcqVkJ/kg44843187921netqqw510. 087943111 512. 06111112t14 . 11tqq或工程熱力學(xué)活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)比較比較的條件比較的條件壓縮比吸熱量1q反映氣缸結(jié)構(gòu)尺寸、工藝材料反映作功量（馬力）最高壓力maxp反映材料耐壓、壁厚、成本最高壓力maxT反映材料耐溫比較的對象：混合加熱，定容加熱，定壓加熱工程熱力學(xué)和和 相同相同Ts2t11qq tvtmtp2v2m2pqqq平均溫度法1q3m4m123v4v3p4p工程熱力學(xué)和和 相同相同Ts211tqq 1p1m1vqq