熱力學(xué)第五章.ppt

作業(yè) 5 25 7 第五章氣體動(dòng)力循環(huán) GasPowerCycle 動(dòng)力循環(huán)研究目的和分類 動(dòng)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(duì)外的凈功 按工質(zhì) 氣體動(dòng)力循環(huán) 內(nèi)燃機(jī) 蒸汽動(dòng)力循環(huán) 外燃機(jī) 空氣為主的燃?xì)?按理想氣體處理 水蒸氣等 實(shí)際氣體 研究目的 合理安排循環(huán) 提高熱效率 internalcombustionengine externalcombustionengine 氣體動(dòng)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(dòng)電站聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán) pistonengine Gasturbinecycle 氣體動(dòng)力循環(huán)分類 小型汽車 摩托 中 大型汽車 火車 輪船 移動(dòng)電站 汽油機(jī)petrol gasoline engine 按燃料 柴油機(jī)dieselengine 煤油機(jī)keroseneoilengine 航空 氣體動(dòng)力循環(huán)分類 點(diǎn)燃式sparkignition 按點(diǎn)燃方式 按沖程數(shù) 四沖程four stroke 壓燃式compressionignition 二沖程two stroke 動(dòng)力循環(huán)研究方法 實(shí)際動(dòng)力循環(huán)非常復(fù)雜 不可逆 多變指數(shù)變化 燃燒等 工程熱力學(xué)研究方法 先對(duì)實(shí)際動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行抽象和理想化 形成各種理想循環(huán)進(jìn)行分析 最后進(jìn)行修正 5 1活塞式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力循環(huán) 一 四沖程高速柴油機(jī) 混合加熱循環(huán) high speeddieselengin 四沖程柴油機(jī)工作原理 空氣 廢氣 吸氣 壓縮 膨脹 排氣 Intake Compression Expansion Exhaust Exhaustgas Air Intakevalve Exhaustvalve Fuel 油 四沖程高速柴油機(jī)工作過(guò)程 上止點(diǎn)Topdeadcenter 下止點(diǎn)Bottomdeadcenter 四沖程高速柴油機(jī)工作過(guò)程 1 2 3 0 1吸空氣 一般n 1 34 1 37 柴油自燃t 335 p0 2 0 1 2 多變壓縮 p2 3 5MPa t2 600 800 2 噴柴油 2開(kāi)始燃燒 p 5 9MPa Autoiginition 四沖程高速柴油機(jī)工作過(guò)程 1 2 3 4 5 3 4邊噴油 邊膨脹 p V p0 1 2 0 t4可達(dá)1700 1800 4停止噴柴油 4 5多變膨脹 p5 0 3 0 5MPa t5 500 5 1 開(kāi)閥排氣 降壓 1 0活塞推排氣 完成循環(huán) 四沖程高速柴油機(jī)的理想化 1 2 3 4 5 1 工質(zhì) p V p0 1 2 0 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(kāi)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 理想混合加熱循環(huán) 薩巴德循環(huán) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 p v 分析循環(huán)吸熱量 放熱量 熱效率和功量 Dualcycle Sabathe 理想混合加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 5 吸熱量 放熱量 取絕對(duì)值 熱效率 定義幾個(gè)指標(biāo)性參數(shù) 1 2 3 4 5 p v 壓縮比 定容增壓比 預(yù)脹比 反映氣缸容積 反映供油規(guī)律 Compressionratio Cutoffratio 理想混合加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 5 熱效率 理想混合加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 5 熱效率 各因素對(duì)混合加熱循環(huán)的影響 1 當(dāng) 不變 受氣缸材料限制一般柴油機(jī) 潛艇用氦氣 k 1 66 各因素對(duì)混合加熱循環(huán)的影響 2 當(dāng)不變 圖示的研究方法 不必記憶的復(fù)雜式 柴油機(jī)與汽油機(jī)動(dòng)力循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 柴油機(jī) 壓燃式 汽油機(jī) 點(diǎn)燃式 定容加熱循環(huán) 奧圖OTTO循環(huán) 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 定容加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 T s 吸熱量 放熱量 取絕對(duì)值 熱效率 定容加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 T s 熱效率 定容加熱循環(huán)的計(jì)算 汽油易爆燃一般汽油機(jī) 一般柴油機(jī)效率高于汽油機(jī)的效率但汽油機(jī)小巧 柴油機(jī)與低速柴油機(jī)循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油機(jī) 壓燃式 低速柴油機(jī) 壓燃式 定壓加熱循環(huán) 狄塞爾Diesel循環(huán) 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 定壓加熱循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 吸熱量 放熱量 取絕對(duì)值 熱效率 定壓加熱循環(huán)的計(jì)算 熱效率 當(dāng)不變 當(dāng)不變 5 2活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)比較 比較的條件 壓縮比 吸熱量 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 反映材料耐壓 壁厚 成本 最高壓力 反映材料耐溫 和相同 平均溫度法 3m 4m 3p 4p 和相同 相等 2m 2p 和相同 3p 4m 2p 3m 4p 2m 和相同 圖示大小 5 3斯特林 Stirling 循環(huán) 1816年提出 近幾十年才實(shí)施 冷氣室 熱氣室 加熱器 冷卻器 A B 回?zé)崞?斯特林循環(huán)圖示 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 概括性卡諾循環(huán) 核潛艇 制冷 5 4勃雷登循環(huán) BraytonCycle 用途 航空發(fā)動(dòng)機(jī)尖峰電站移動(dòng)電站大型輪船聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán) 勃雷登循環(huán)示意圖和理想化 1 2 3 4 壓氣機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室 1 工質(zhì) 數(shù)量不變 定比熱理想氣體 2 閉口 循環(huán) 3 可逆過(guò)程 Combustionchamber Compressor Turbine 1 2 3 4 1 2 3 4 T sandP vdiagramsfortheidealBraytonCycle 勃雷登循環(huán)的計(jì)算 1 2 3 4 吸熱量 放熱量 熱效率 勃雷登循環(huán)熱效率的計(jì)算 1 2 3 4 熱效率 勃雷登循環(huán)熱效率的計(jì)算 1 2 3 4 熱效率 定義 壓比 Pressureratio 勃雷登循環(huán)凈功的計(jì)算 1 2 3 4 定義 循環(huán)增溫比 對(duì)凈功的影響 1 2 3 4 3 4 當(dāng)不變 不變 但T3受材料耐熱限制 對(duì)凈功的影響 當(dāng)不變 太大 太小 存在最佳 使最大 最佳增壓比 w凈 的求解 令 最大循環(huán)凈功 作業(yè) 5 115 145 155 19 燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際循環(huán) 1 2 3 4 壓氣機(jī) 不可逆絕熱壓縮 燃?xì)廨啓C(jī) 不可逆絕熱膨脹 2 4 定義 壓氣機(jī)絕熱效率 燃?xì)廨啓C(jī)相對(duì)內(nèi)效率 燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際循環(huán)的凈功 1 2 3 4 2 4 凈功 吸熱量 燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際循環(huán)的熱效率 1 2 3 4 2 4 熱效率 影響燃?xì)鈾C(jī)實(shí)際循環(huán)熱效率的因素 一定 一定 有最佳 右移 和的關(guān)系 地面上 尺寸次要 省燃料 取 空中 尺寸重要 取 提高 受材料耐熱限制 取最佳 有無(wú)其它途徑 5 5提高勃雷登循環(huán)熱效率的其他途徑 2 若使T4 T4在500oC以上 1 3 4 T s 不可能 如果T4 T2 預(yù)熱空氣 回?zé)?一 回?zé)?Regeneration 勃雷登循環(huán)回?zé)崾疽鈭D 1 2 3 4 壓氣機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室 回?zé)崞?4R 2A Regenerator 回?zé)嵩赥s圖上的表示 2 1 3 4 T s 4R 2R 2A 理想回?zé)?實(shí)際回?zé)?定義 回?zé)岫?一般取0 6 0 9 2R4R 2A Effectiveness 壓氣機(jī)間冷intercooling的圖示 1 2 3 4 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室 間冷器 5 壓氣機(jī) 6 2 Intercooler 壓氣機(jī)間冷在Ts圖上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 A B 12341和62 256聯(lián)合工作 壓氣機(jī)間冷熱效率的推導(dǎo) 當(dāng) 間冷 回?zé)崾疽鈭D 1 3 4 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室 間冷器 5 壓氣機(jī) 6 2 回?zé)崞?4R 2R Intercooler Regenerator 間冷 回?zé)嵩赥s圖上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 4R 2R 再熱reheating示意圖 1 2 3 4 壓氣機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室1 燃燒室2 3 5 Reheater 再熱在Ts圖上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 再熱 回?zé)崾疽鈭D 1 2 3 4 壓氣機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室2 回?zé)崞?燃燒室1 4R 2R 5 3 Reheat regenerativecycle 再熱 回?zé)嵩赥s圖上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 4R 2R 再熱 間冷 回?zé)崾疽鈭D 1 2 3 4 壓氣機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒室2 回?zé)崞?間冷器 燃燒室1 2R 4R 再熱 間冷 回?zé)嵩赥s圖上的表示 3 T s 2 1 4 2R 4R 無(wú)窮多級(jí)的極限情況 2 1 3 4 T s 兩個(gè)等溫過(guò)程兩個(gè)等壓過(guò)程 回?zé)?概括性卡諾循環(huán) 級(jí)數(shù)越多 越復(fù)雜 造價(jià)越高 一般2 3級(jí) Ericssoncycle 第五章小結(jié)Summary 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán) 理想循環(huán)和實(shí)際循環(huán)的計(jì)算和比較 活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán) 特點(diǎn) 計(jì)算 比較 提高熱效率的手段 回?zé)衢g冷 回?zé)嵩贌?回?zé)?動(dòng)力循環(huán)問(wèn)題討論 1 1 為了提高效率 燃?xì)?