工程熱力學(xué)六動力裝置循環(huán)

工程熱力學(xué)六動力裝置循環(huán)第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

水蒸氣做為工質(zhì)的卡諾循環(huán)相同溫差間，卡諾循環(huán)熱效率最大。一、采用水蒸氣的原因氣體為工質(zhì)，定溫加熱和放熱很難進行；水蒸氣吸熱汽化和放熱凝結(jié)很容易定溫進行。二、不采用卡諾循環(huán)原因：水和汽混合物-濕蒸汽進行絕熱壓縮很難。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四§6-1

蒸汽動力裝置最理想循環(huán)

－朗肯循環(huán)

一．裝置組成及流程

主要由鍋爐（含過熱器）、汽輪機、凝汽器及給水泵等設(shè)備組成。工作流程如圖所示。工質(zhì)為水蒸汽。

二．工作原理第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四其工作原理為：

１→２過程來自鍋爐及過熱器的過熱水蒸汽１在汽輪機中可逆絕熱膨脹對外輸出機械功ｗs1＝ｈ1－ｈ2然后變?yōu)闈耧柡驼羝ǚζ病?/p>

２→３過程乏汽在凝汽器內(nèi)定壓、定溫冷卻凝結(jié)放熱ｑ2＝ｈ2－ｈ3然后變?yōu)轱柡退?，冷凝放熱量由冷卻水帶走。

第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四３→4過程給水泵消耗機械功ｗs2＝ｈ4－ｈ3將飽和水可逆絕熱壓縮至未飽和水４。

4→５→6→１過程未飽和水在鍋爐內(nèi)定壓加熱至干飽和蒸汽５，然后經(jīng)過熱器定壓加熱后變?yōu)檫^熱蒸汽１。此過程中水的總吸熱量為ｑ1＝ｈ1－ｈ4。

第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四三．郎肯循環(huán)熱效率廠、汽耗率

1.循環(huán)熱效率2.汽耗率d=3600/h1-h2第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四四、蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑是提高工質(zhì)的平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度。從改變工質(zhì)參數(shù)角度上來講有：1提高新汽（即過熱蒸汽）的初壓力、初溫度以提高平均吸熱溫度；2降低乏汽壓力以降低平均放熱溫度；但分別受到材料耐壓耐熱性能、汽輪機安全運行對乏汽干度的要求以及環(huán)境冷卻水溫度等各方面因素的影響。

第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四最有得的措施是在不改變新汽初壓力、初溫及乏汽壓力的前提下，從改善朗肯循環(huán)本身入手，采取一系列措施，如：采用所謂“回?zé)帷?、“再熱”等措施，來提高循環(huán)的平均吸熱溫度。另外，可以采取“熱電聯(lián)產(chǎn)”措施來提高熱能利用的有效利用率。第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四§6–2往復(fù)式內(nèi)燃機的動力循環(huán)

分析動力循環(huán)的一般方法A.分析動力循環(huán)的目的

在熱力學(xué)基本定律的基礎(chǔ)上分析循環(huán)能量轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟性，尋求提高經(jīng)濟性的方向及途徑。B.分析動力循環(huán)的一般步驟1）實際循環(huán)（復(fù)雜不可逆）抽象、簡化,影響經(jīng)濟性的主要因素和可能改進途徑指導(dǎo)改善實際循環(huán)2）分析實際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實際

損失的部位、大小、原因及改進辦法。第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

C.分析動力循環(huán)的方法

1.實際過程簡化為可逆理想循環(huán)，在p-v圖,T-s圖上表示。2.確定理想循環(huán)各過程交點的狀態(tài)參數(shù)，和循環(huán)特性參數(shù)。3.進行循環(huán)性能分析，確定循環(huán)整體性能的各種指標(biāo)，分析循環(huán)特征參數(shù)對循環(huán)的影響。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四一、機械噴射式柴油機工作過程：混合加熱循環(huán)（薩巴特循環(huán)）實際循環(huán)：0-1進氣過程1-2壓縮過程2-3-4燃燒過程4-5膨脹（作功）過程5-1自由排氣過程＋強制排氣過程第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四理想化：1、熱力過程的理想化

①進氣過程→0-1定壓線；②壓縮過程→1-2定熵壓縮；③燃燒過程→2-3定容加熱＋3-4定壓加熱（外熱源加熱）；④膨脹過程→4-5定熵膨脹；⑤排氣過程→5-1定容放熱＋1-0定壓線；第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2、工質(zhì)以理想氣體對待；

3、開口系統(tǒng)簡化為閉口系統(tǒng)。（進排氣功近似相等，相互抵消）得到如下理論循環(huán)：第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四4、內(nèi)燃機的特性參數(shù)以及各點的狀態(tài)參數(shù)：

特性參數(shù)：①壓縮比：②壓力升高比：③定壓予脹比：第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四狀態(tài)參數(shù)：1-2為絕熱過程2-3為定容過程3-4為定壓過程4-5為絕熱過程第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

5、混合加熱循環(huán)的熱效率：

代入特性參數(shù)得：第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四可見：①②由圖可見，ε、λ↑→Tm1↑，所以熱效率ηt↑。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四予脹比ρ對熱效率ηt影響的分析ρ—描述了定壓過程中加熱量的多少，加熱量↑→ρ↑4‘顯然，在3-4（4’）的加熱過程伴隨膨脹過程同時進行，因而，不同時刻加入系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)換為功量的機會是不相同的。3點假如的熱量在整個膨脹過程中均有機會轉(zhuǎn)換為功，而隨后加入的熱量轉(zhuǎn)換為功量的機會越來越少，在4‘點加入的熱量轉(zhuǎn)換為功的機會為零?？梢姦选莟↓。第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四6、混合加熱循環(huán)的循環(huán)凈功為利用循環(huán)中各狀態(tài)間的參數(shù)關(guān)系，可以得到：可見：第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四二、定容加熱循環(huán)1.定容加熱循環(huán)（奧圖循環(huán)）：汽油機理想循環(huán)

特點：ρ＝1,為混合加熱循環(huán)的一個特例，將其代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達式，即分別有：第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四可見：第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四三、定壓加熱循環(huán)（笛塞爾循環(huán)）早期柴油機的理想循環(huán)

特點：λ＝1,為混合加熱循環(huán)的一個特例，將其代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達式，即分別有：第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四平均溫度概念：假想定溫加熱過程與原來的加熱過程的熵和熱量變化相同時的溫度。1、壓縮比相同、放熱量相同比較；四內(nèi)燃機三種理想循環(huán)的比較第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2、最高壓力相同、最高溫度相同比較：第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)燃機循環(huán)平均壓力Pt1.定義：以汽缸工作體積VS為底作為矩形，使之面積等于示功圖面積，矩形高度就是平均壓力。2.Pt是單位汽缸體積的作功能力，是衡量各類內(nèi)燃機作功能力的一個重要指標(biāo)。3.Pt大小主要取決于工作循環(huán)進行的完善程度。由狀態(tài)方程和熱效率得；Pt=mq1ηt/Vs=p1q1

ηt/RT1P1q1

ηt

提高T1下降，平均壓力升高。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四4.影響因素：（1）吸入一定空氣量，噴入燃油量是一定的，循環(huán)加熱量q1基本不變，對Pt影響不大；（2）循環(huán)熱效率ηt的提高值很小，對Pt影響不大；（3）現(xiàn)代柴油機利用廢氣渦輪增壓器提高空氣壓力p1；（4）利用空氣冷卻器降低空氣溫度T1。第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四§6–3燃?xì)廨啓C裝置的理想循環(huán)一、定壓加熱燃?xì)廨啓C循環(huán)（勃雷登循環(huán)）燃?xì)廨啓C裝置閉式燃?xì)廨啓C裝置第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四燃?xì)廨啓C裝置循環(huán)的四個過程：①絕熱壓縮過程（壓氣機）；②定壓加熱過程（燃燒室、加熱器）；③絕熱膨脹過程（燃?xì)廨啓C、氣輪機）；④定壓放熱過程（大氣、冷卻器）。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（一）循環(huán)特性參數(shù)：

增壓比—π=p2/p1

最高溫度—T3

升溫比—τ=T3/T1參數(shù)關(guān)系：循環(huán)加熱量：循環(huán)放熱量：第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（二）循環(huán)熱效率：將參數(shù)關(guān)系代入，有：可見，π↑

，熱效率提高。（三）功量—燃?xì)廨啓C軸功：第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四壓氣機耗功：可見w0僅為增壓比π的函數(shù)，當(dāng)π為時循環(huán)凈功W0有極大值。第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（二）、燃?xì)廨啓C的實際循環(huán)壓氣機耗功：燃?xì)廨啓C軸功：循環(huán)熱效率：第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四可見：①升溫比②當(dāng)、、一定時，隨著增壓比的提高，循環(huán)熱效率有一個極大值。

③第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四（三）、提高熱效率的措施（1）燃?xì)廨啓C裝置的回?zé)嵫h(huán)1-2—壓氣機中的絕熱壓縮過程；2-6—回?zé)崞髦械亩▔侯A(yù)熱過程；6-3—燃燒室中的定壓加熱過程；3-4—燃?xì)廨啓C中的絕熱膨脹過程；4-5—回?zé)崞髦械亩▔悍艧徇^程；5-1—大氣中的定壓放熱過程。第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四理想情況下，空氣從T2

升溫至T4，實際只能達到T6。定義：回?zé)岫龋罕葻釣槎ㄖ禃r，上式可寫為：第38頁，共40頁，2023年，