[理学]第8章 热力循环.ppt

第八章热力装置及其循环 1 热力装置 动力装置 制冷装置 热泵装置 2 分析循环的目的 分析循环中能量转换的经济性 寻求提高经济性的方向及途径 3 分析循环的步骤和方法 理想循环表示在p v图和T s图上 实际循环抽象和简化为理想循环 理想循环的计算 状态参数 热量和功量 循环热效率或工作系数 影响循环热效率的参数分析 8 1活塞式内燃机循环 内燃机 燃料燃烧直接在气缸或燃烧室中进行的动力机械 内燃机的优点 1 热效率高 因而燃料消耗小 2 功率范围大 故能适用于多方面的用途 3 体积小 重量轻 特别适用于交通运输工具和移动设备的动力 4 起动迅速 并可很快达到全功率运转 故适用于军用或间断使用设备的动力 内燃机的缺点 燃料价格高 污染环境 活塞式内燃机分类按燃料 煤气机 汽油机 柴油机 CNG LPG等 按点火方式 点燃式和压燃式 按冲程 四冲程和二冲程 四冲程柴油机的示功图 8 1 1活塞式内燃机实际循环的简化活塞式内燃机实际循环简化为理想循环的几点假设 1 将燃料燃烧加热过程看成是工质自热源吸入同样热量的可逆加热过程 排气过程看成是向冷源放出同样数量热量的可逆放热过程 2 以空气 非常接近燃气性质 代替燃气 并按比热容为定值的理想气体处理 3 忽略实际过程中的摩擦阻力和进 排气阀的节流损失 认为进 排气压力相同 进 排气推动功相抵消 4 忽略压缩和膨胀过程的热交换 简化为可逆绝热过程 这样 实际循环就理想化为一个以空气为工质的定质量的闭合可逆循环 四冲程柴油机实际循环简化为混合加热理想循环 四冲程汽油机实际循环简化为定容加热理想循环 一 混合加热理想循环 萨巴德循环 四冲程高速柴油机理想循环 1 在p v T s图上表示 8 1 2活塞式内燃机理想循环的分析计算 3 循环热效率 2 循环功 内燃机特性参数 压缩比 定容升压比 定压预胀比 用特性参数表示热效率 特性参数对循环热效率的影响 柴油机混合加热循环的热效率随压缩比和升压比的增大而提高 随预胀比的增大而降低 压缩比高 可以获得较高的热效率 但受强度和机械效率等实际因素的限制 柴油机的压缩比不能任意提高 实际柴油机的压缩比一般在14 20范围内 二 定容加热理想循环 奥托循环Ottocycle 定容加热循环热效率 提高压缩比可以提高定容加热理想循环的热效率 但由于汽油机在压缩过程压缩的是空气和燃料的混合物 如果压缩比过高 压缩终了的温度和压力太大 会引起爆燃 不正常燃烧 损坏发动机 实际汽油机的压缩比在5 12范围内 远低于柴油机的压缩比 三 定压加热理想循环 迪塞尔循环Dieselcycle 3 v 定压加热理想循环的热效率 代入特性参数得 对活塞式内燃机理想循环的动力性进行分析计算时工程上常采用平均有效压力MEPMEP 循环净功 活塞排量 例题1已知内燃机混合加热理想循环初态参数t1 28 p1 97kPa V1 0 084m3 压缩比 15 循环最高压力6 2MPa 循环最高温度1320 工质视为空气 试计算 1 循环各状态点的压力 温度和容积 2 循环热效率 3 循环吸热量 4 循环净功量 本节小结 重点掌握各种循环的p v图和T s图 并能对循环进行正确的能量分析和计算 正确分析计算各种循环的吸热量 放热量 净功量及热效率 会分析影响循环热效率的主要因素 掌握提高各种循环热效率的具体方法和途径 8 2制冷装置及循环 8 2 1逆卡诺循环 衡量制冷循环和热泵循环的经济性指标都用工作性能系数COP CoefficientofPerformance 来表示 它是得到的收益与耗费的代价之比 习惯上 对于制冷循环将性能系数称为制冷系数 对于热泵循环称为供热系数 通常制冷循环是以环境作为高温热源 而热泵循环以环境作为低温热源 逆卡诺循环的工作系数 制冷系数 逆向卡诺循环 制冷循环 逆卡诺循环 q1 供热系数 热泵循环 制冷量 制冷能力 制冷设备单位时间内从冷库取走的热量 kJ s 商业上常用冷吨来表示 1冷吨 1吨0 饱和水在24小时内被冷冻到0 的冰所需冷量 1冷吨 3 86kJ s 1美国冷吨 3 517kJ s 制冷循环种类 简单空气压缩制冷循环 工质 空气 四个主要部件 空气压缩制冷理论循环的p v T s图 p v 3 2 1 4 T s Tc T0 1 2 3 4 空气压缩制冷循环存在着两个基本缺点 一是由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行 制冷系数低 二是由于空气的比定压热容较小 循环的制冷量较小 采用蒸气压缩制冷循环 能在这两方面大大改善 因为利用蒸气的性质在湿蒸气区内可以实现定温过程 而且蒸气的气化潜热很大 8 2 2蒸汽压缩制冷循环 蒸气压缩制冷循环的装置示意图 冷凝器 冷库 蒸发器 压缩机 节流阀 1 2 4 5 四个主要部件中的过程简化为 12压缩机中绝热压缩 24冷凝器中等压冷却向环境放热 45绝热节流 51蒸发器中等压吸热 T s 蒸发器中吸热量 冷凝器中放热量 制冷系数 蒸气压缩制冷循环T s图 lgp h图 T s 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 T s图 冰箱是采用蒸气压缩制冷循环的一个实例 制冷剂 refrigerants 的性质对制冷剂的要求 对应于大气温度的饱和压力不要太高 对应于冷库温度的压力不要太低 在工作温度下 汽化潜热要大 临界温度要远高于环境温度 凝固点应低于蒸发温度 化学性