第六章 氣體動力循環(huán)

1、第六章第六章 氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)動力循環(huán)研究目的和分類動力循環(huán)研究目的和分類氣體動力循環(huán)分類氣體動力循環(huán)分類按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)活塞式活塞式葉輪式葉輪式小型汽車，摩托小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船中、大型汽車，火車，輪船移動電站移動電站汽油機(jī)汽油機(jī)點(diǎn)燃式，壓燃式點(diǎn)燃式，壓燃式汽車，摩托，小型輪船汽車，摩托，小型輪船按燃料按燃料航空，大型輪船，移動電站航空，大型輪船，移動電站柴油機(jī)柴油機(jī)煤油機(jī)煤油機(jī)航空航空按點(diǎn)燃方式：按點(diǎn)燃方式：活塞式汽車發(fā)動活塞式汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造機(jī)構(gòu)造火花塞火花塞 2-氣缸蓋氣缸蓋 3-出水出水口口 4-氣缸氣缸 5-活塞活塞 6-水套水套 7-水泵水泵 8-活塞銷活塞銷

2、 9-進(jìn)水進(jìn)水口口 10-連桿連桿 11-飛輪飛輪 12-曲軸曲軸 13-機(jī)油管機(jī)油管 14-曲軸箱曲軸箱 15-機(jī)油泵機(jī)油泵 16-曲曲軸正時齒輪軸正時齒輪 17-凸輪正凸輪正時齒輪時齒輪 18-凸輪軸凸輪軸 19-排排氣管氣管20-進(jìn)氣管進(jìn)氣管 21-進(jìn)氣門進(jìn)氣門 22排氣門排氣門 23-化油器化油器 開式循環(huán)開式循環(huán)(open cycle)； 燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆不可逆； 各環(huán)節(jié)中工質(zhì)各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化質(zhì)量、成分稍有變化。1活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)特點(diǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)特點(diǎn)61 活塞式內(nèi)燃機(jī)的混合加熱循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的混合加熱循環(huán)2、活

3、塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡化、活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的簡化01 吸氣吸氣12 壓縮壓縮23 噴油、燃燒噴油、燃燒34 燃燒燃燒45 膨脹作功膨脹作功50 排氣排氣簡化簡化：引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)：引用空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)燃燒燃燒2-3等容吸熱等容吸熱+3-4定壓吸熱定壓吸熱排氣排氣5-1等容放熱等容放熱壓縮、膨脹壓縮、膨脹1-2及及4-5等熵過程等熵過程吸、排氣線吸、排氣線重合、忽略重合、忽略燃油質(zhì)量燃油質(zhì)量忽略忽略燃?xì)獬煞指淖內(nèi)細(xì)獬煞指淖兒雎院雎? 活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)1. p-v圖及圖及T-s圖圖12 等熵壓縮；等熵壓縮；23 等容吸熱；等容吸熱；34 定壓吸熱；定壓吸熱；45 等熵膨脹；等熵

4、膨脹；51 定容放熱定容放熱特性參數(shù)特性參數(shù)：12vv32pp43vv壓縮比壓縮比(compression ratio)定容增壓比定容增壓比(pressure ratio)定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比 (cutoff ratio)2. 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率nett1wqnetnet12wqqq342343321TTcTTcqqqpV15152TTcqqV512t1324311TTqqTTTT 512t1324311TTqqTTTT 、 、111211212vTTTv13321223pTTTp14431334vTTTv551151pTTp利用利用表示表示t1 1225544p vp vp vp v；兩式

5、相除，考慮到兩式相除，考慮到325134vvvvpp5344412323pppvvppvpvt11111 5511pTTp51TT51t32431TTTTTT 把把T2、T3、T4和和T5代入代入求求15pp討論討論：)a) c歸納：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)，第二定律對實(shí)際循環(huán)的指導(dǎo)。要措施，是卡諾循環(huán)，第二定律對實(shí)際循環(huán)的指導(dǎo)。 b.利用利用T-s圖分析循環(huán)較方便。圖分析循環(huán)較方便。 c.同時考慮同時考慮q1和和q2或或T1m和和T2m平均。平均。)btttt11111 一、定容加熱理想循環(huán)

6、一、定容加熱理想循環(huán)(Otto cycle)62 活塞式內(nèi)燃機(jī)的定容加熱循環(huán)和定壓加熱循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的定容加熱循環(huán)和定壓加熱循環(huán)231TTcqV142TTcqV23141211TTTTqqt21vv121232141121111111ktTTTTTTTTqq討論：討論：t)anet);tbw不變，但c ) 重負(fù)荷（重負(fù)荷（q1 ）時內(nèi)部熱效）時內(nèi)部熱效率下降，率下降，因溫度上升使因溫度上升使 ，造，造成熱效率下降成熱效率下降二、定壓加熱理想循環(huán)二、定壓加熱理想循環(huán)(Diesel cycle)2t11qq 41t321TTTT 142TTcqV231TTcqpt11111 21vv23vv討論

7、：討論：tnet)awnet)tbw63 活塞式內(nèi)燃機(jī)各種循環(huán)的比較活塞式內(nèi)燃機(jī)各種循環(huán)的比較一、進(jìn)氣狀態(tài)、壓縮比相同，吸熱量相同時的比較一、進(jìn)氣狀態(tài)、壓縮比相同，吸熱量相同時的比較 111vmpqqq或或pmvTTT222pmvqqq222tvtmtppmvTTT111二、進(jìn)氣狀態(tài)、循環(huán)二、進(jìn)氣狀態(tài)、循環(huán)pmax、Tmax相同時的比較相同時的比較 222pmvqqq或或vmpTTT222vmpqqq221t,t,t,pmvvmpTTT1116-5 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置簡介一、燃?xì)廨啓C(jī)裝置簡介(軸流式燃?xì)廨啓C(jī)軸流式燃?xì)廨啓C(jī) ) 小型燃?xì)廨啓C(jī)小型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成構(gòu)成 壓氣

8、機(jī)壓氣機(jī) 燃燒室燃燒室 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)特點(diǎn)特點(diǎn) 1.開式循環(huán)，工質(zhì)流動；開式循環(huán)，工質(zhì)流動； 2.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功； 3.啟動快，達(dá)滿負(fù)荷快；啟動快，達(dá)滿負(fù)荷快； 4.壓氣機(jī)消耗了燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生壓氣機(jī)消耗了燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的部分的部分功率功率。 用途用途飛機(jī)、艦船的動力載荷機(jī)組，電站峰荷機(jī)組飛機(jī)、艦船的動力載荷機(jī)組，電站峰荷機(jī)組(等。等。二、定壓加熱理想循環(huán)二、定壓加熱理想循環(huán)1-2 等熵壓縮（壓氣機(jī)內(nèi)）等熵壓縮（壓氣機(jī)內(nèi)）2-3 定壓吸熱（燃燒室內(nèi)）定壓吸熱（燃燒室內(nèi)）3-4 等熵膨脹（燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)）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）定壓放熱（排氣

9、，假想換熱器）21pp循環(huán)增壓比循環(huán)增壓比32TT 循環(huán)增溫比循環(huán)增溫比三、定壓加熱理想循環(huán)分析三、定壓加熱理想循環(huán)分析1.熱效率熱效率t321323232tpmtpqhhcTTcTT1212113434ppTTppTT2314pppp2134TTTT212314TTTTTT1t21111TT 注意注意：式中式中T1、T2并非指高溫并非指高溫 熱源，低溫?zé)嵩础嵩?，低溫?zé)嵩础?41414241TTcTTchhqpttpm241t13211qTTqTT 四四 提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置熱效率的熱力學(xué)措施提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置熱效率的熱力學(xué)措施(一）一）回?zé)幔ɑ責(zé)幔╮egeneration） 討論討論182731

10、) 1TTcqTTcqpp回回22tt,1111qTqT 回回回回回分級壓縮，中間冷卻分級壓縮，中間冷卻 （multistage compression ， intervening cooling ）（二二） 分級壓縮，中間冷卻分級壓縮，中間冷卻回?zé)峄A(chǔ)上回?zé)峄A(chǔ)上壓氣機(jī)耗功很大壓氣機(jī)耗功很大分級壓縮可降低壓氣機(jī)耗功分級壓縮可降低壓氣機(jī)耗功循環(huán)循環(huán)12341：t111循環(huán)循環(huán)1567341：循環(huán)循環(huán)12341循環(huán)循環(huán)67256循環(huán)循環(huán)67256：tt1111 采用分級壓縮，中間冷卻后采用分級壓縮，中間冷卻后t ？+t1567341t12341回?zé)峄A(chǔ)上分級壓縮中間冷卻回?zé)峄A(chǔ)上分級壓縮中間冷卻

11、net,1567341net,12341ww12341, 11567341, 1qqt,1567341t,12341（三三）、回?zé)峄A(chǔ)上分級膨脹，中間加熱、回?zé)峄A(chǔ)上分級膨脹，中間加熱循環(huán)循環(huán)12389101= 循環(huán)循環(huán)127101- -循環(huán)循環(huán)37983若無回?zé)崛魺o回?zé)醫(yī),12341t,127101若回?zé)崛艋責(zé)?循環(huán)循環(huán)12389101與循環(huán)與循環(huán)12341 比較比較T1m上升，上升，T2m下降下降t,12389101t,12341t,2389101t,127101t,2389101t,12341（四）（四）回?zé)峄A(chǔ)回?zé)峄A(chǔ)上上 分級壓縮，中間冷卻；分級膨脹，中間加熱分級壓縮，中間冷卻；分級膨脹，中間加熱 當(dāng)分級壓縮中間冷卻；分級膨脹中間再熱，