課件－理想氣體循環(huán)課件講解

課件－理想氣體循環(huán)輪機工程學院陳培紅主講18理想氣體循環(huán)2●工質(zhì)●理想氣體●理論循環(huán)●混合加熱理論循環(huán)●定容加熱理論循環(huán)(奧托循環(huán))●定壓加熱理論循環(huán)(狄塞爾循環(huán))●熱機的典型熱力過程一定容過程●熱機的典型熱力過程一定壓過程熱機的典型熱力過程-定溫過程●熱機的典型熱力過程-絕熱過程●熱機的典型熱力過程-多變過程●熱機實際循環(huán)與理論循環(huán)之間的差異3把熱能轉(zhuǎn)變成機械能的媒介物稱為工質(zhì)。注：能量的轉(zhuǎn)換只能通過工質(zhì)的膨脹或壓縮來實現(xiàn)。一、工質(zhì)1.定義2.常見工質(zhì)蒸汽動力裝置的工質(zhì)——蒸汽制冷空調(diào)裝置的工質(zhì)——制冷劑

燃氣輪機與往復式內(nèi)燃機的工質(zhì)——燃燒氣體及空氣4二、理想氣體1.定義2.實例分子為不占體積的彈性質(zhì)點除碰撞外分子間無作用力（無吸力和斥力）理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的抽象理想氣體以空氣為主的燃氣、空調(diào)中的濕空氣（1）工質(zhì)是理想氣體，其比熱視為定值，工質(zhì)與外界無質(zhì)量交換，不考慮燃油的噴入；（2）不計進、排氣過程及其流動損失；（3）工質(zhì)的壓縮和膨脹過程均為絕熱過程，不計缸壁傳熱、漏氣等熱損失；（4）燃燒過程為外界高溫熱源以定容過程、定壓過程向工質(zhì)加熱，排氣過程用定容放熱過程代替；（5）構(gòu)成循環(huán)的各個過程均是可逆的。三、理論循環(huán)12345pVp01’2’0把實際循環(huán)加以抽象化和簡化，將其概括成由幾個基本熱力過程所組成的循環(huán)。1.定義２.假設12345實際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃氣→廢氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變?！瘜W成分變化，比熱變化。熱機的工質(zhì)與熱機缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過程。在壓縮過程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過了缸壁的溫度，工質(zhì)通過機體向外傳遞熱量，實際壓縮過程的總趨勢是工質(zhì)向外放熱，因此實際壓縮終點壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點壓力。十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345pVp01’2’0在膨脹初期，由于后燃現(xiàn)象以及原在高溫時已分解的燃燒產(chǎn)物的重新復合反應，缸內(nèi)工質(zhì)為加熱膨脹；在膨脹后期，由于后燃結(jié)束及復合反應的減弱，缸內(nèi)工質(zhì)為散熱膨脹。綜合而言，膨脹過程是一個工質(zhì)被加熱的多變過程，膨脹終點缸內(nèi)壓力高于絕熱膨脹壓力。十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異２.傳熱損失12345燃燒損失是指后燃和不完全燃燒所引起的損失。理論循環(huán):全部熱量來自高溫熱源吸收的熱量Q1，無燃燒過程；實際循環(huán):全部熱量是由燃油的燃燒得到的，必然存在部分燃油在膨脹中仍然繼續(xù)燃燒的后燃現(xiàn)象。另外，由于空氣不足，或混合物形成不良造成的不完全燃燒，燃料的熱值未充分利用，促使燃燒膨脹線的位置下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。pVp01’2’0十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異3．燃燒損失12345理論循環(huán)是一個閉口循環(huán)，混合加熱和定容放熱，無須進行工質(zhì)的替換，而實際循環(huán)必須排出廢氣和吸入新鮮空氣。在排氣過程中，為了減少排氣消耗的功，其排氣閥總是提前開啟，讓廢氣在下止點前某點就開始排出，由此減少了一部分有用功，稱為膨脹損失功。非增壓四沖程柴油機實際循環(huán)的進氣過程與排氣過程均消耗軸功，稱為泵氣功。膨脹損失功與泵氣功之和即為實際循環(huán)的換氣損失。。pVp01’2’0十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異4．換氣損失12345氣閥處的泄漏可以完全防止，但活塞環(huán)處的泄漏無法避免。不過在良好的磨合狀態(tài)下，其泄漏量約為氣缸內(nèi)工質(zhì)總重的0.2%。pVp01’2’0十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異5．泄漏損失6．其他損失其他損失包括工質(zhì)的渦動以及活塞運動速度與燃燒速度不相配合而偏離定容、定壓加熱過程的時間損失等。

由于上述各項損失的存在，實際循環(huán)的熱效率明顯下降。該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過程，所以稱為“混合加熱理想循環(huán)”1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定容吸熱3-4：可逆定壓吸熱

4-5：可逆絕熱膨脹5-1：可逆定容放熱q四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)２.定義1.組成－當代大多數(shù)往復式內(nèi)燃機所遵循的理想循環(huán)。q四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)３.熱效率結(jié)論：熱效率隨著壓縮比的提高，定容升壓比的提高，定壓預脹比的減少而增加。12345pv壓縮比定容升壓比定壓預脹比壓縮過程中反映空氣被壓縮程度，與結(jié)構(gòu)有關(guān)燃燒過程中反映供油規(guī)律，λ↑定容加熱量↑ρ↑定壓加熱量↑CompressionratioCutoffratio4.柴油機的特性參數(shù)四、混合加熱理論循環(huán)＝空氣循環(huán)12341234pvTs五、定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)）1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定容吸熱3-4：可逆絕熱膨脹4-1：可逆定容放熱1.組成汽油機由火花塞點火引燃，使氣缸內(nèi)由易揮發(fā)的汽油形成的可燃混合氣迅速燃燒，燃燒時活塞位移極小，因此汽油機理論循環(huán)為奧托循環(huán)２.定義３.熱效率結(jié)論：定容加熱理論循環(huán)的熱效率隨壓縮比ε增加而提高。

定容加熱理論循環(huán)的熱效率與定容升壓比無關(guān)。五、定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)）奧托循環(huán)是將加熱量全部分配到定容加熱過程的混合加熱理論循環(huán)的一個特例，即混合加熱理論循環(huán)的定壓預脹比ρ=1時就是定容加熱理論循環(huán)。

練一練定容加熱理想循環(huán)的熱效率只與_______有關(guān)，并隨其提高而提高。A.壓縮比B.壓強升高比C.預脹比D.質(zhì)量【解析】A【參考答案】六、定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）1-2：可逆絕熱壓縮

2-3：可逆定壓吸熱3-4：可逆絕熱膨脹4-1：可逆定容放熱1.組成早期的低速柴油機的工作循環(huán)可理想化為定壓加熱理論循環(huán)。近年來，有些增壓柴油機的燃燒過程一面邊燃燒，一邊進行膨脹，在整個燃燒過程中氣缸內(nèi)壓力幾乎不變，也可理想化成定壓加熱循環(huán)。２.定義３.熱效率結(jié)論：定壓加熱理論循環(huán)的熱效率ηt隨壓縮比ε的增大、氣體k值的增大而增大，增大預脹比，則q1（負荷）增加，循環(huán)的輸出功增加，但循環(huán)的熱效率隨之降低。狄塞爾循環(huán)是將加熱量全部分配到定壓加熱過程的混合加熱理論循環(huán)的一個特例，即混合加熱理論循環(huán)的定壓容升壓比入=1時就是定壓加熱理論循環(huán)。六、定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）123v4vTs3m4m3p4p在壓縮比和加熱量相同的情況下，定容加熱循環(huán)經(jīng)濟性最高→汽油機采用定容加熱循環(huán)當

ε、q1不變討論：壓縮比和加熱量一定，哪種循環(huán)熱效率最高？在壓縮比和加熱量相同的情況下，混合加熱循環(huán)中增加定容燃燒比例，熱效率提高，柴油機供油提前角適當增大，提高熱效率的原因。和相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m討論：最高壓力和加熱量一定，哪種循環(huán)熱效率最高？→現(xiàn)代高增壓柴油機和車用高速柴油機及早期柴油機采用定壓加熱循環(huán)。可逆定容過程可逆等溫過程可逆定壓過程可逆絕熱過程

氣體的基本熱力過程七、熱機的典型熱力過程七、熱機的典型熱力過程——定容過程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系曲線斜率?１.過程方程式４.定容過程的膨脹功pv122‘Ts212‘3.p-v圖及T-s圖八、熱機的典型熱力過程——定壓過程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系曲線斜率?１.過程方程式在T-s圖上，同一溫度下定容線比定壓線的斜率大pvTs212‘122‘４.定壓過程的膨脹功3.p-v圖及T-s圖九、熱機的典型熱力過程——定溫過程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系１.過程方程式４.定溫過程的膨脹功pv122‘6543122‘34Ts曲線斜率3.p-v圖及T-s圖九、熱機的典型熱力過程——絕熱過程２.初、終狀態(tài)參數(shù)關(guān)系１.過程方程式４.定溫過程的膨脹功3.p-v圖及T-s圖定溫pv122‘6543122‘Ts十、熱機的典型熱力過程——多變過程過程方程式基本過程是多變過程的特例(1)當n=0(2)當n=1(3)當n=k(4)當n=

pTsv27pvTsnn+∞

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n=0n=0n=0n=0n=1n=1n=1n=1n=kn=kn=kn=knnnn指數(shù)曲線雙曲線十、熱機的典型熱力過程——多變過程12345實際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃氣→廢氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變。→化學成分變化，比熱變化。熱機的工質(zhì)與熱機缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過程。在壓縮過程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過了缸壁的溫度，工質(zhì)通過機體向外傳遞熱量，實際壓縮過程的總趨勢是工質(zhì)向外放熱，因此實際壓縮終點壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點壓力。十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345實際工質(zhì)：空氣→柴油噴入→可燃混合氣→燃氣→廢氣pVp01’2’0理想工質(zhì)：工質(zhì)數(shù)量質(zhì)量不變，比熱不變?！瘜W成分變化，比熱變化。熱機的工質(zhì)與熱機缸壁之間存在熱量交換，并非絕熱過程。在壓縮過程初期，氣缸內(nèi)工質(zhì)被缸壁加熱；在后期，由于工質(zhì)被壓縮后溫度升高，超過了缸壁的溫度，工質(zhì)通過機體向外傳遞熱量，實際壓縮過程的總趨勢是工質(zhì)向外放熱，因此實際壓縮終點壓力低于理論循環(huán)的絕熱壓縮終點壓力。十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異１.工質(zhì)的影響２.傳熱損失12345pVp01’2’0在膨脹初期，由于后燃現(xiàn)象以及原在高溫時已分解的燃燒產(chǎn)物的重新復合反應，缸內(nèi)工質(zhì)為加熱膨脹；在膨脹后期，由于后燃結(jié)束及復合反應的減弱，缸內(nèi)工質(zhì)為散熱膨脹。綜合而言，膨脹過程是一個工質(zhì)被加熱的多變過程，膨脹終點缸內(nèi)壓力高于絕熱膨脹壓力。十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異２.傳熱損失12345燃燒損失是指后燃和不完全燃燒所引起的損失。理論循環(huán):全部熱量來自高溫熱源吸收的熱量Q1，無燃燒過程；實際循環(huán):全部熱量是由燃油的燃燒得到的，必然存在部分燃油在膨脹中仍然繼續(xù)燃燒的后燃現(xiàn)象。另外，由于空氣不足，或混合物形成不良造成的不完全燃燒，燃料的熱值未充分利用，促使燃燒膨脹線的位置下移，產(chǎn)生不完全燃燒損失。pVp01’2’0十一、實際循環(huán)和理論循環(huán)之間的差異3．燃燒損失12345理論循環(huán)是一個閉口循環(huán)，混合加熱和定容放熱，無須進行工質(zhì)的替換，而實際循環(huán)必須排出廢氣和吸入新鮮空氣。在排氣過程中，為了減少排氣消耗的功，其排氣閥總是提前開啟，讓廢氣在下止點前某點就開始排出，由此減少了一部分有用功，稱為膨脹損失功。非增壓四沖程柴油機實際循環(huán)的進氣過程與排氣過程均消耗軸功，稱為泵氣功。