熱能動力裝置

熱能動力裝置第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)分析動力循環(huán)的一般方法第二節(jié)往復(fù)式內(nèi)燃機的動力循環(huán)第三節(jié)內(nèi)燃機三種理想循環(huán)的比較及循環(huán)的平均壓力

第四節(jié)其他氣體動力循環(huán)簡介第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)分析動力循環(huán)的一般方法分析動力循環(huán)的一般步驟是：（1）把實際工作過程簡化成可逆理想循環(huán)。（2）確定理想循環(huán)中各典型點（各過程線交點）的狀態(tài)參數(shù)，可將它們表示為工質(zhì)的初態(tài)參數(shù)和循環(huán)特性參數(shù)的函數(shù)。（3）進行循環(huán)性能分析，確定表征循環(huán)整體性能的各種指標(biāo)。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)往復(fù)式內(nèi)燃機的動力循環(huán)

往復(fù)式內(nèi)燃機的進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣四個工作過程是由活塞在四個行程內(nèi)完成的，稱為“四沖程內(nèi)燃機”，在兩個行程內(nèi)完成的，稱為“二沖程內(nèi)燃機”。一、機械噴射式柴油機工作過程的理想化PVPb0-1：吸氣過程。由于閥門的阻力，吸入氣缸內(nèi)空氣的壓力略低于大氣壓力。0121-2：壓縮過程3452－3－4－5：燃燒和膨脹過程燃燒可分為定容過程和定壓過程65－6－0：排氣過程第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月PVPb0123456簡化原則為:（1）不計吸氣和排氣過程，將內(nèi)燃機的工作過程看作是氣缸內(nèi)工質(zhì)進行狀態(tài)變化的封閉循環(huán)。（2）把燃燒過程看作是外界對工質(zhì)的加熱過程，并認(rèn)為2－3是定容加熱過程，3－4是定壓加熱過程。（3）略去壓縮過程和膨脹過程中工質(zhì)與氣缸壁之間的熱量交換,近似地認(rèn)為是絕熱過程。（4）用定容放熱過程來代替廢氣排入大氣中的實際放熱過程。第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月機械噴射式柴油機理想循環(huán)的P-v圖和T-s圖該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過程，所以稱為“混合加熱循環(huán)”，也稱“薩巴太循環(huán)”。1-2：絕熱壓縮；2-3：定容吸熱；3-4：定壓吸熱；4-5：絕熱膨脹；5-1：定容放熱q第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月二、內(nèi)燃機的特性參數(shù)及混合加熱理想循環(huán)各典型點的狀態(tài)參數(shù)（1）壓縮比：壓縮前的比體積與壓縮后的比體積之比，它是表征內(nèi)燃機工作體積大小的結(jié)構(gòu)參數(shù)。（2）定容升壓比:定容加熱后的壓力與加熱前的壓力之比，它是表示內(nèi)燃機定容燃燒情況的特性參數(shù)。（3）定壓預(yù)脹比:定壓加熱后的比體積與加熱前的比體積之比，它是表示內(nèi)燃機定壓燃燒情況的特性參數(shù)。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1-2為定熵過程：混合加熱理想循環(huán)中各典型點上的狀態(tài)參數(shù)，可以表示為初態(tài)參數(shù)及循環(huán)特性參數(shù)的函數(shù)：第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2-3為定容加熱過程：3-4為定壓加熱過程：第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月4-5為定熵過程，5-1及2-3為定容過程，因此有：第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三、混合加熱循環(huán)的能量分析和性能分析熱效率定容過程2－3工質(zhì)吸入熱量：定壓過程3－4工質(zhì)吸入熱量：工質(zhì)在混合循環(huán)中總吸熱量：q第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月定容放熱過程5－１中，工質(zhì)放出的熱量為混合加熱循環(huán)的熱效率為：第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)凈功和凈熱分別為在循環(huán)特性參數(shù)（ε、λ及ρ）一定的條件下，提高初態(tài)參數(shù)，對熱效率雖然并無影響，但可以提高凈功。因此可以采用“增壓”等措施來提高柴油機的凈功。第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)在一定的λ、ρ條件下，壓縮比ε愈大,熱效率愈高。（2）在一定的ε值條件下,提高定容升壓比λ和降低定壓預(yù)脹比ρ,混合加熱循環(huán)的熱效率增高?；旌霞訜嵫h(huán)的熱效率隨壓縮比ε、定容升壓比λ的增大而增大，隨定壓預(yù)脹比ρ的減小而增大。因此，在組織燃燒過程時，應(yīng)盡可能增加定容燃燒部分的比例，減少定壓部分的比例。第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月四、定容加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)1、定容加熱理想循環(huán)(汽油機的理想循環(huán))

混合加熱循環(huán)在=1時：εt，ε=6￣10第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2.定壓加熱理想循環(huán)(早期柴油機的理想循環(huán))混合加熱循環(huán)在λ

=1時：熱效率隨著壓縮比ε的增大,預(yù)脹比ρ的減小和采用高ｋ值的氣體而增大。第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月一、平均溫度的概念第三節(jié)內(nèi)燃機三種理想循環(huán)的比較及循環(huán)的平均壓力前提條件：1.循環(huán)初始狀態(tài)點1相同2.對每kg工質(zhì)而言,加入的熱量相同Tsabcd加熱過程a-b-c：scsa加熱過程的平均進熱溫度：放熱過程的平均放熱溫度：第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月Tsabcdscsa1234提高平均進熱溫度或降低平均放熱溫度的措施,均能提高循環(huán)的熱效率。第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月二、

壓縮比ε相同的比較Tsq1相同，初態(tài)1相同412354’5’4’’5’’abb’b’’第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三、循環(huán)的最高壓力相同時的比較Tsq1相同，初態(tài)1相同abb’b’’2’’4’’5’’54123Pmax2’4’5’第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月單位氣缸體積在每一循環(huán)中所作的功稱為“內(nèi)燃機理想循環(huán)的平均壓力”。四、內(nèi)燃機循環(huán)平均壓力如吸入氣缸中氣體的比體積為v1，則氣缸工作體積中的氣體質(zhì)量為：理想氣體狀態(tài)方程：熱效率定義：第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)其它氣體動力循環(huán)簡介一、勃雷頓循環(huán)由于燃?xì)廨啓C的部件是在高溫下連續(xù)地工作,因此,進入第一排葉片的燃?xì)鉁囟纫艿饺~片材料耐熱強度的限制,這使得燃?xì)廨啓C熱效率也遠(yuǎn)低于往復(fù)式內(nèi)燃機。第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)燃?xì)廨啓C裝置循環(huán)工作的特性，經(jīng)理想化之后，可以近似的合理的看作由下列四個基本熱力過程所組成的理想循環(huán)，燃?xì)廨啓C裝置的理想循環(huán)稱為定壓加熱燃?xì)廨啓C循環(huán),也稱勃雷頓循環(huán)。12定熵壓縮過程（在壓氣機中完成）；23定壓加熱過程（在燃燒室或加熱器中完成）；34定熵膨脹過程（在氣輪機中完成）；41定壓冷卻過程（在大氣中或冷卻器中完成）。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月二、理想回?zé)嵫h(huán)1.斯特林循環(huán)第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月斯特林按正循環(huán)工作時可以作為熱機循環(huán)，對外作出功量；按逆向循環(huán)工作時，可以作為熱泵循環(huán)。循環(huán)由四個過程組成：（1)定溫壓縮過程。如圖10-13（a）所示。（2）定容吸熱過程。如圖10-13（b）所示。（3）定溫膨脹過程。如圖10-13（c）所示。（4）定容放熱過程。如圖10-13（d）所示。第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月在斯特林循環(huán)中，在定容吸熱過程2-3中工質(zhì)從回?zé)崞髦形盏臒崃空玫扔诙ㄈ莘艧徇^程4-1放給回?zé)崞鞯臒崃?。?jīng)過一個循環(huán)回?zé)崞骰謴?fù)到初始狀態(tài)?？梢宰C明：在相同的溫度范圍內(nèi)，理想的定容回?zé)嵫h(huán)（斯特林循環(huán)）和卡諾循環(huán)，具有相同的熱效率。斯特林循環(huán)的突出優(yōu)點是熱效率高、污染少，對加熱方式的適應(yīng)性強。隨著科技的發(fā)展以及環(huán)境保護日益為人們所重視，斯特林循環(huán)的應(yīng)用前景越來越好。第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2.艾利克松循環(huán)它是一種開式的循環(huán)，用定壓回?zé)岽媪怂固亓盅h(huán)中的定容回?zé)帷０怂啥▔夯責(zé)崂硐胙h(huán)abcda（如圖所示），由下列四個過程所組成：第27頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月ab為定壓吸熱過程（從回?zé)崞髦形鼰幔?；bc為定溫膨脹過程，并從高溫?zé)嵩次鼰?；cd為定壓放