熱工基礎(chǔ)第六章

熱工基礎(chǔ)第六章1第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六熱能動(dòng)力裝置：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，也稱為熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱熱機(jī)。

動(dòng)力裝置循環(huán)（簡(jiǎn)稱動(dòng)力循環(huán)或熱機(jī)循環(huán)）：蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán):氣體動(dòng)力裝置循環(huán):以蒸汽為工質(zhì)的熱機(jī)工作循環(huán)（如蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)等）。以氣體為工質(zhì)的熱機(jī)工作循環(huán)（如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等）。2第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六6-1

蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)

火力發(fā)電廠的蒸汽動(dòng)力裝置以水蒸氣為工質(zhì)，主要由鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水泵四個(gè)設(shè)備組成。鍋爐汽輪機(jī)冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機(jī)3第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1.朗肯循環(huán)

朗肯循環(huán)是一個(gè)簡(jiǎn)化的理想蒸汽動(dòng)力循環(huán)，由4個(gè)理想化的可逆過程組成：4-5-6-1：水與水蒸氣在鍋爐中的可逆定壓加熱過程；1-2：水蒸氣在汽輪機(jī)中的可逆絕熱膨脹過程；2-3：乏汽在冷凝器中的定壓放熱過程。3-4：水在給水泵中的可逆絕熱壓縮過程;4第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2.

朗肯循環(huán)的凈功及熱效率在朗肯循環(huán)中，每千克蒸汽對(duì)外所作出的凈功根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式

每千克蒸汽在鍋爐中的定壓吸熱量為根據(jù)熱效率定義，可得朗肯循環(huán)的熱效率為5第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六由于水的壓縮性很小，水泵消耗的功與汽輪機(jī)作出的功相比甚小，可忽略不計(jì)，汽耗率：動(dòng)力裝置每輸出1J功所消耗的蒸汽量單位：kg/J工程單位：kg/（kW·h)1kW·h=3600kJ1kg/J=3600kg/(kWh)

6第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六6-2活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)分類：按結(jié)構(gòu)活塞式：汽車，摩托，小型輪船航空，大型輪船，移動(dòng)電站葉輪式：按燃料小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船，移動(dòng)電站汽油機(jī)：柴油機(jī)：煤油機(jī)：航空點(diǎn)燃式、壓燃式按點(diǎn)燃方式：按沖程數(shù)：二沖程、四沖程7第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1.

活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)1）進(jìn)氣沖程0-1：活塞從汽缸上死點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥開啟，吸入空氣。由于進(jìn)氣閥的節(jié)流作用，氣缸內(nèi)氣體的壓力約低于大氣壓力。

2）壓縮沖程1-2：活塞到達(dá)下死點(diǎn)1時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉；活塞上行，壓縮空氣。

1－2’

為多變壓縮，p2’=3~5MPa，t2’=600~800℃，2’

點(diǎn)開始噴進(jìn)柴油，柴油自燃溫度約為205℃。柴油機(jī)工作的4個(gè)沖程：(1)活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)8第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六3）動(dòng)力沖程2-3-4-5：2—3

柴油迅速燃燒，活塞在上死點(diǎn)移動(dòng)甚微，近似定容燃燒，壓力迅速升至5~9MPa。3—4

活塞下行，繼續(xù)噴油、燃燒、近似定壓膨脹，4點(diǎn)噴油停止，溫度達(dá)1700~1800℃。4—5燃?xì)馀蛎涀鞴?，壓力、溫度下降，活塞?點(diǎn)時(shí)，壓力約

0.3~0.5MPa，溫度約500℃。4）排氣沖程5-0：活塞到下死點(diǎn)5時(shí)，排氣閥打開，部分廢氣排出，而活塞移動(dòng)極微，接近定容降壓過程。活塞開始上行，將氣缸中剩余氣體排出，完成一個(gè)實(shí)際循環(huán)。9第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六對(duì)實(shí)際循環(huán)加以合理的抽象、概括和簡(jiǎn)化：1)

忽略實(shí)際過程中進(jìn)、排氣閥的節(jié)流損失；進(jìn)氣過程與排氣過程互相抵消；認(rèn)為廢氣與吸入的新鮮空氣狀態(tài)相同；忽略噴入的油量，假設(shè)一定量的工質(zhì)在氣缸中進(jìn)行封閉循環(huán)。

2)

假定工質(zhì)是化學(xué)成分不變、比熱容為常數(shù)的理想氣體—空氣。3)忽略工質(zhì)、活塞、氣缸壁之間的熱交換及摩擦阻力，認(rèn)為工質(zhì)的膨脹和壓縮過程是可逆絕熱的。

4)

將燃燒過程看成是工質(zhì)從高溫?zé)嵩纯赡嫖鼰徇^程，將排氣過程看成是工質(zhì)向低溫?zé)嵩纯赡娣艧徇^程。5)

忽略工質(zhì)的動(dòng)、位能變化。

(2)活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)10第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1－2：可逆絕熱壓縮過程；2－3：可逆定容加熱過程；3－4：可逆定壓加熱過程；4－5：可逆絕熱膨脹；5－1：可逆定容放熱過程。

活塞式內(nèi)燃機(jī)理想混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)）11第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六壓縮比：升壓比：預(yù)脹比：2.

活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)分析為了說明內(nèi)燃機(jī)的工作過程對(duì)循環(huán)熱效率的影響，引入下列內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)：表示壓縮過程中工質(zhì)體積被壓縮的程度。表示定容加熱過程工質(zhì)壓力升高的程度。表示定壓加熱時(shí)工質(zhì)體積膨脹的程度。

12第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六單位質(zhì)量工質(zhì)的吸熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)的放熱量：循環(huán)熱效率：（1）混合加熱循環(huán)

13第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六各點(diǎn)溫度可由以下過程求得

：由可逆定容過程2－3得

：由可逆定壓過程3－4得

：由可逆絕熱過程4－5得

：由可逆絕熱過程1－2得

：14第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六將各點(diǎn)溫度代入循環(huán)熱效率表達(dá)式：

由上式可見，混合加熱循環(huán)的熱效率與多種因素有關(guān)，當(dāng)壓縮比

增加、升壓比

增加以及預(yù)脹比

減少時(shí)，都會(huì)使混合加熱循環(huán)的熱效率提高。15第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（2）

定容加熱循環(huán)

（奧圖Otto循環(huán))

汽油機(jī)和煤氣機(jī)的理想循環(huán)循環(huán)熱效率：定壓預(yù)脹比：16第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（3）定壓加熱循環(huán)

（狄塞爾循環(huán))

早期低速柴油機(jī)的理想循環(huán)，現(xiàn)已被淘汰。循環(huán)熱效率：定容升壓比：17第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六3.

影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的主要因素（1）壓縮比的影響汽油燃點(diǎn)低，易爆燃，壓縮比受限制。提高壓縮比是提高內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要途徑之一。柴油機(jī)熱效率一般高于汽油機(jī)，但汽油機(jī)小巧。一般柴油機(jī)一般汽油機(jī)：18第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（2）絕熱指數(shù)的影響

值大小取決于工質(zhì)的種類和溫度

。潛艇用氦氣：19第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（3）升壓比和預(yù)脹比的影響

當(dāng)壓縮比

和絕熱指數(shù)

一定時(shí)，