沈維道工程熱力學(xué)配套多媒體氣體熱力循環(huán)

沈維道工程熱力學(xué)配套多媒體氣體熱力循環(huán)第1頁(yè)/共46頁(yè)29–1分析動(dòng)力循環(huán)的一般方法一、分析動(dòng)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，尋求提高經(jīng)濟(jì)性的方向及途徑。二、分析動(dòng)力循環(huán)的一般步驟

1.實(shí)際循環(huán)（復(fù)雜不可逆）抽象、簡(jiǎn)化可逆理論循環(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)途徑實(shí)際循環(huán)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)際損失的部位、大小、原因及改進(jìn)辦法第2頁(yè)/共46頁(yè)3三、分析動(dòng)力循環(huán)的方法1.第一定律分析法以第一定律為基礎(chǔ)，以能量的數(shù)量守恒為立足點(diǎn)。2.第二定律分析法綜合第一定律和第二定律從能量的數(shù)量和質(zhì)量分析。熵分析法分析法熵產(chǎn)作功能力損失火用損火用效率第3頁(yè)/共46頁(yè)4四、內(nèi)部熱效率i(internalthermalefficiency)——不可逆過(guò)程中實(shí)際作功量和循環(huán)加熱量之比其中

與實(shí)際循環(huán)相當(dāng)?shù)膬?nèi)可逆循環(huán)的熱效率相對(duì)內(nèi)部效率(internalengineefficiency)

反映內(nèi)部摩擦引起的損失五、空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)(theair-standardhypothesis)氣體動(dòng)力循環(huán)中工作流體理想氣體空氣定比熱燃燒和排氣過(guò)程吸熱和放熱過(guò)程燃料燃燒造成各部分氣體成分及質(zhì)量改變忽略不計(jì)第4頁(yè)/共46頁(yè)59–2活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化一、活塞式內(nèi)燃機(jī)(internalcombustionengine)簡(jiǎn)介1．分類(lèi)：按燃料：煤氣機(jī)(gasengine)

汽油機(jī)(gasolineengine;petrolengine)

柴油機(jī)(dieselengine)按沖程：二沖程(two-stroke)

四沖程(four-stroke)按點(diǎn)火方式：點(diǎn)燃式(sparkignitionengine)

壓燃式(compressionignitionengine)第5頁(yè)/共46頁(yè)6

開(kāi)式循環(huán)(opencycle)；燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆；各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化。２．活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)特點(diǎn)第6頁(yè)/共46頁(yè)7二、活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡(jiǎn)化第7頁(yè)/共46頁(yè)8三、平均有效壓力(meaneffectivepressure)第8頁(yè)/共46頁(yè)901吸氣12壓縮23噴油、燃燒34燃燒45膨脹作功50排氣簡(jiǎn)化：引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)燃燒2-3等容吸熱+3-4定壓吸熱排氣5-1等容放熱壓縮、膨脹1-2及4-5等熵過(guò)程吸、排氣線重合、忽略燃油質(zhì)量忽略燃?xì)獬煞指淖兒雎?–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)（dualcombustioncycle）第9頁(yè)/共46頁(yè)101.p-v圖及T-s圖12等熵壓縮；23等容吸熱；34定壓吸熱；45等熵膨脹；51定容放熱特性參數(shù)：壓縮比(compressionratio)定容增壓比(pressureratio)定壓預(yù)脹比

(cutoffratio)第10頁(yè)/共46頁(yè)112.循環(huán)熱效率或第11頁(yè)/共46頁(yè)12利用表示第12頁(yè)/共46頁(yè)13兩式相除，考慮到把T2、T3、T4和T5代入求第13頁(yè)/共46頁(yè)14討論：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要措施，是卡諾循環(huán)，第二定律對(duì)實(shí)際循環(huán)的指導(dǎo)。

b.利用T-s圖分析循環(huán)較方便。

c.同時(shí)考慮q1和q2或T1m和T2m平均。第14頁(yè)/共46頁(yè)15二、定壓加熱理想循環(huán)(Dieselcycle)第15頁(yè)/共46頁(yè)16討論：c)重負(fù)荷（，q1

）時(shí)內(nèi)部熱效率下降，除外還有因溫度上升而使，造成熱效率下降第16頁(yè)/共46頁(yè)17三、定容加熱理想循環(huán)(Ottocycle)第17頁(yè)/共46頁(yè)18第18頁(yè)/共46頁(yè)19討論：c)重負(fù)荷（q1

）時(shí)內(nèi)部熱效率下降，因溫度上升使，造成熱效率下降第19頁(yè)/共46頁(yè)209–4活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較一、壓縮比相同，吸熱量相同時(shí)的比較或第20頁(yè)/共46頁(yè)21二、循環(huán)pmax、Tmax相同時(shí)的比較或例A470299例A447277第21頁(yè)/共46頁(yè)229-5燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)一、燃?xì)廨啓C(jī)(gasturbine)裝置簡(jiǎn)介小型燃?xì)廨啓C(jī)第22頁(yè)/共46頁(yè)23軸流式燃?xì)廨啓C(jī)第23頁(yè)/共46頁(yè)24第24頁(yè)/共46頁(yè)25第25頁(yè)/共46頁(yè)26第26頁(yè)/共46頁(yè)27構(gòu)成

壓氣機(jī)(compressor)

燃燒室(combustionchamber)

燃?xì)廨啓C(jī)(gasturbine)特點(diǎn)

1.開(kāi)式循環(huán)(opencycle)，工質(zhì)流動(dòng)；

2.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功；

3.啟動(dòng)快，達(dá)滿負(fù)荷快；

4.壓氣機(jī)消耗了燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生功率的絕大部分，但重量功率比

(specificweightofengine)仍較大。用途飛機(jī)、艦船的動(dòng)力載荷機(jī)組，電站峰荷機(jī)組(peak-loadset)等。第27頁(yè)/共46頁(yè)28二、定壓加熱理想循環(huán)（constant-pressurecombustioncycle，Braytoncycle）1-2等熵壓縮（壓氣機(jī)內(nèi)）2-3定壓吸熱（燃燒室內(nèi)）3-4等熵膨脹（燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)）4-1定壓放熱（排氣，假想換熱器）循環(huán)增壓比（pressureratio）

循環(huán)增溫比（temperatureratio）第28頁(yè)/共46頁(yè)29三、定壓加熱理想循環(huán)分析1.熱效率ηt注意：式中T1、T2并非指高溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩?。?9頁(yè)/共46頁(yè)302.分析？第30頁(yè)/共46頁(yè)31第31頁(yè)/共46頁(yè)32可見(jiàn)：

1）對(duì)于每一τ，均有π，

其w→wnet,max

2）τ上升，即T3上升，使取得wnet,max

的π

上升，ηt上升，所以提高T3

能帶動(dòng)wnet,max

及ηt同時(shí)升高。第32頁(yè)/共46頁(yè)339–6燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱實(shí)際循環(huán)1-2不可逆絕熱壓縮；

2-3定壓吸熱；

3-4不可逆絕熱膨脹；

4-1定壓放熱。一、定壓加熱的實(shí)際循環(huán)第33頁(yè)/共46頁(yè)34二、壓氣機(jī)絕熱效率(adiabaticcompressorefficiency)

和燃?xì)廨啓C(jī)相對(duì)內(nèi)效率(adiabaticturbineefficiency)第34頁(yè)/共46頁(yè)35三、燃?xì)廨啓C(jī)裝置的內(nèi)部熱效率

(internalthermalefficiency)ηi

整理第35頁(yè)/共46頁(yè)36討論：增大τ是提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置性能（wnet，ηi）的方向。第36頁(yè)/共46頁(yè)379–7提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置熱效率的熱力學(xué)措施一、回?zé)幔╮egeneration）討論2）極限回?zé)岬?7頁(yè)/共46頁(yè)383）回?zé)岫?regeneratoreffectiveness)注意：π達(dá)一定值，回?zé)岵荒苓M(jìn)行。4）實(shí)際循環(huán)的回?zé)岬?8頁(yè)/共46頁(yè)39分級(jí)壓縮，中間冷卻（multistagecompression，

interveningcooling）二、分級(jí)壓縮，中間冷卻回?zé)峄A(chǔ)上壓氣機(jī)耗功很大分級(jí)壓縮可降低壓氣機(jī)耗功循環(huán)12341：循環(huán)1567341：循環(huán)12341循環(huán)67256循環(huán)67256：采用分級(jí)壓縮，中間冷卻后ηt？+第39頁(yè)/共46頁(yè)40回?zé)峄A(chǔ)上分級(jí)壓縮中間冷卻第40頁(yè)/共46頁(yè)41三、回?zé)峄A(chǔ)上分級(jí)膨脹，中間加熱循環(huán)12389101=循環(huán)127101-循環(huán)37983若無(wú)回?zé)崛艋責(zé)嵫h(huán)12389101與循環(huán)12341

比較T1m上升，T2m下降第41頁(yè)/共46頁(yè)42五、回?zé)峄A(chǔ)上

分級(jí)壓縮，中間冷卻；分級(jí)膨脹，中間加熱第42頁(yè)/共46頁(yè)43

當(dāng)分級(jí)壓縮中間冷卻；分級(jí)膨脹中間再熱，級(jí)數(shù)趨向無(wú)窮多時(shí)，定壓加熱理想循環(huán)趨于概括性卡諾循環(huán)。第43頁(yè)/共46頁(yè)44氣體動(dòng)力循環(huán)熱效率分析歸納：

基礎(chǔ)：方法：

在T-s