第八節(jié) 氣體動力循環(huán)

熱能動力裝置：

能夠?qū)⑷剂先紵尫懦鰜淼臒崃康囊徊糠?，連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)換成機械能的整套熱工設(shè)備，稱為熱能動力裝置，簡稱動力裝置。內(nèi)燃機：如果直接將燃料的燃燒產(chǎn)物作為工質(zhì),這種動力裝置稱為內(nèi)燃動力裝置(或稱為內(nèi)燃機)。如往復(fù)式內(nèi)燃機,燃氣輪機和火箭發(fā)動機等。外燃機：如果只是利用燃燒產(chǎn)物來加熱循環(huán)的工質(zhì)(如蒸汽動力裝置中利用燃氣加熱水),則這種動力裝置稱為外燃動力裝置(或稱外燃機)。第八節(jié)氣體動力循環(huán)一、內(nèi)燃機的實際循環(huán)和理想循環(huán)二、影響循環(huán)熱效率的主要因素三、提高循環(huán)熱效率的途徑四、內(nèi)燃機循環(huán)的平均壓力和功率五、燃氣輪機理想循環(huán)一、內(nèi)燃機的實際循環(huán)和理想循環(huán)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)。1、往復(fù)式內(nèi)燃機的實際工作循環(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”。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PVPb01234562、理想化原則為:（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。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二、影響循環(huán)熱效率的主要因素（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)。1-2為定熵過程：

1、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)：2-3為定容加熱過程：3-4為定壓加熱過程：4-5為定熵過程，5-1及2-3為定容過程，因此有：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：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。

(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。

混合加熱循環(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。2、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￣103.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。1、平均溫度的概念三、提高循環(huán)熱效率的途徑前提條件：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：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。2、

壓縮比ε相同的比較Tsq1相同，初態(tài)1相同412354’5’4’’5’’abb’b’’3、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’’54123Pmax2’4’5’1、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)平均壓力和功率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：2、內(nèi)燃機的指示功率和有效功率1）、指示功率

JD—氣缸直徑，單位---mS—沖程長度，單位---m為活塞排量，單位---m3

若內(nèi)燃機每分鐘的轉(zhuǎn)速為n，沖程數(shù)為，則每秒鐘完成的工作循環(huán)數(shù)為

因此，缸數(shù)為i的內(nèi)燃機理想循環(huán)的指示功率為：對于二沖程柴油機=2，對于四沖程機=4

2)、有效功率有效功率比指示功率要小，有效功率與指示功率之比為機械效率五、燃氣輪機理想循環(huán)1、燃氣輪機裝置的工作原理及特點由于燃氣輪機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氣溫度要受到葉片材料耐熱強度的限制,這使得燃氣輪機熱效率也遠低于往復(fù)式內(nèi)燃機。2、定壓加熱燃氣輪機裝置的理想循環(huán)根據(jù)燃氣輪機裝置循環(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)，燃氣輪機裝置的理想循環(huán)稱為定壓加熱燃氣輪機循環(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