熱工基礎第六章

熱工基礎第六章1第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六熱能動力裝置：將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的設備，也稱為熱力發(fā)動機，簡稱熱機。

動力裝置循環(huán)（簡稱動力循環(huán)或熱機循環(huán)）：蒸汽動力裝置循環(huán):氣體動力裝置循環(huán):以蒸汽為工質(zhì)的熱機工作循環(huán)（如蒸汽機、蒸汽輪機等）。以氣體為工質(zhì)的熱機工作循環(huán)（如內(nèi)燃機、燃氣輪機等）。2第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六6-1

蒸汽動力裝置循環(huán)

火力發(fā)電廠的蒸汽動力裝置以水蒸氣為工質(zhì)，主要由鍋爐、汽輪機、冷凝器和水泵四個設備組成。鍋爐汽輪機冷凝器水泵冷卻水過熱蒸汽乏汽循環(huán)水發(fā)電機3第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1.朗肯循環(huán)

朗肯循環(huán)是一個簡化的理想蒸汽動力循環(huán)，由4個理想化的可逆過程組成：4-5-6-1：水與水蒸氣在鍋爐中的可逆定壓加熱過程；1-2：水蒸氣在汽輪機中的可逆絕熱膨脹過程；2-3：乏汽在冷凝器中的定壓放熱過程。3-4：水在給水泵中的可逆絕熱壓縮過程;4第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2.

朗肯循環(huán)的凈功及熱效率在朗肯循環(huán)中，每千克蒸汽對外所作出的凈功根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程式

每千克蒸汽在鍋爐中的定壓吸熱量為根據(jù)熱效率定義，可得朗肯循環(huán)的熱效率為5第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六由于水的壓縮性很小，水泵消耗的功與汽輪機作出的功相比甚小，可忽略不計，汽耗率：動力裝置每輸出1J功所消耗的蒸汽量單位：kg/J工程單位：kg/（kW·h)1kW·h=3600kJ1kg/J=3600kg/(kWh)

6第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六6-2活塞式內(nèi)燃機循環(huán)氣體動力循環(huán)分類：按結(jié)構(gòu)活塞式：汽車，摩托，小型輪船航空，大型輪船，移動電站葉輪式：按燃料小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船，移動電站汽油機：柴油機：煤油機：航空點燃式、壓燃式按點燃方式：按沖程數(shù)：二沖程、四沖程7第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1.

活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)與理想循環(huán)1）進氣沖程0-1：活塞從汽缸上死點下行，進氣閥開啟，吸入空氣。由于進氣閥的節(jié)流作用，氣缸內(nèi)氣體的壓力約低于大氣壓力。

2）壓縮沖程1-2：活塞到達下死點1時，進氣閥關(guān)閉；活塞上行，壓縮空氣。

1－2’

為多變壓縮，p2’=3~5MPa，t2’=600~800℃，2’

點開始噴進柴油，柴油自燃溫度約為205℃。柴油機工作的4個沖程：(1)活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)8第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六3）動力沖程2-3-4-5：2—3

柴油迅速燃燒，活塞在上死點移動甚微，近似定容燃燒，壓力迅速升至5~9MPa。3—4

活塞下行，繼續(xù)噴油、燃燒、近似定壓膨脹，4點噴油停止，溫度達1700~1800℃。4—5燃氣膨脹作功，壓力、溫度下降，活塞到5點時，壓力約

0.3~0.5MPa，溫度約500℃。4）排氣沖程5-0：活塞到下死點5時，排氣閥打開，部分廢氣排出，而活塞移動極微，接近定容降壓過程?；钊_始上行，將氣缸中剩余氣體排出，完成一個實際循環(huán)。9第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六對實際循環(huán)加以合理的抽象、概括和簡化：1)

忽略實際過程中進、排氣閥的節(jié)流損失；進氣過程與排氣過程互相抵消；認為廢氣與吸入的新鮮空氣狀態(tài)相同；忽略噴入的油量，假設一定量的工質(zhì)在氣缸中進行封閉循環(huán)。

2)

假定工質(zhì)是化學成分不變、比熱容為常數(shù)的理想氣體—空氣。3)忽略工質(zhì)、活塞、氣缸壁之間的熱交換及摩擦阻力，認為工質(zhì)的膨脹和壓縮過程是可逆絕熱的。

4)

將燃燒過程看成是工質(zhì)從高溫熱源可逆吸熱過程，將排氣過程看成是工質(zhì)向低溫熱源可逆放熱過程。5)

忽略工質(zhì)的動、位能變化。

(2)活塞式內(nèi)燃機理想循環(huán)10第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六1－2：可逆絕熱壓縮過程；2－3：可逆定容加熱過程；3－4：可逆定壓加熱過程；4－5：可逆絕熱膨脹；5－1：可逆定容放熱過程。

活塞式內(nèi)燃機理想混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)）11第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六壓縮比：升壓比：預脹比：2.

活塞式內(nèi)燃機理想循環(huán)分析為了說明內(nèi)燃機的工作過程對循環(huán)熱效率的影響，引入下列內(nèi)燃機的特性參數(shù)：表示壓縮過程中工質(zhì)體積被壓縮的程度。表示定容加熱過程工質(zhì)壓力升高的程度。表示定壓加熱時工質(zhì)體積膨脹的程度。

12第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六單位質(zhì)量工質(zhì)的吸熱量：單位質(zhì)量工質(zhì)的放熱量：循環(huán)熱效率：（1）混合加熱循環(huán)

13第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六各點溫度可由以下過程求得

：由可逆定容過程2－3得

：由可逆定壓過程3－4得

：由可逆絕熱過程4－5得

：由可逆絕熱過程1－2得

：14第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六將各點溫度代入循環(huán)熱效率表達式：

由上式可見，混合加熱循環(huán)的熱效率與多種因素有關(guān)，當壓縮比

增加、升壓比

增加以及預脹比

減少時，都會使混合加熱循環(huán)的熱效率提高。15第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（2）

定容加熱循環(huán)

（奧圖Otto循環(huán))

汽油機和煤氣機的理想循環(huán)循環(huán)熱效率：定壓預脹比：16第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（3）定壓加熱循環(huán)

（狄塞爾循環(huán))

早期低速柴油機的理想循環(huán)，現(xiàn)已被淘汰。循環(huán)熱效率：定容升壓比：17第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六3.

影響內(nèi)燃機理想循環(huán)熱效率的主要因素（1）壓縮比的影響汽油燃點低，易爆燃，壓縮比受限制。提高壓縮比是提高內(nèi)燃機循環(huán)熱效率的主要途徑之一。柴油機熱效率一般高于汽油機，但汽油機小巧。一般柴油機一般汽油機：18第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（2）絕熱指數(shù)的影響

值大小取決于工質(zhì)的種類和溫度

。潛艇用氦氣：19第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六（3）升壓比和預脹比的影響

當壓縮比

和絕熱指數(shù)

一定時，