热力循环与热工设备简介.ppt

作业 5 15 2 第五章热力循环与热工设备简介 热力循环研究目的和分类 动力循环 工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功 按工质 气体动力循环 内燃机 蒸汽动力循环 外燃机 空气为主的燃气 按理想气体处理 水蒸气等 实际气体 研究目的 合理安排循环 提高热效率 ICE ECE 气体动力循环分类 按结构 活塞式 叶轮式 汽车 摩托 小型轮船 航空 大型轮船 移动电站联合循环的顶循环 pistonengine Gasturbinecycle 气体动力循环分类 小型汽车 摩托 中 大型汽车 火车 轮船 移动电站 汽油机petrol gasoline engine 按燃料 柴油机dieselengine 煤油机keroseneoilengine 航空 气体动力循环分类 点燃式sparkignition 按点燃方式 按冲程数 四冲程four stroke 压燃式compressionignition 二冲程two stroke 动力循环研究方法 实际动力循环非常复杂 不可逆 多变指数变化 燃烧等 工程热力学研究方法 先对实际动力循环进行抽象和理想化 形成各种理想循环进行分析 最后进行修正 5 1内燃机的基本构造及循环 一 四冲程高速柴油机 混合加热循环 high speeddieselengin 四冲程柴油机工作原理 空气 废气 吸气 压缩 膨胀 排气 Intake Compression Expansion Exhaust Exhaustgas Air Intakevalve Exhaustvalve Fuel 油 四冲程高速柴油机工作过程 上止点Topdeadcenter 下止点Bottomdeadcenter 四冲程高速柴油机工作过程 1 2 3 0 1吸空气 一般n 1 34 1 37 柴油自燃t 335 p0 2 0 1 2 多变压缩 p2 3 5MPa t2 600 800 2 喷柴油 2开始燃烧 p 5 9MPa Autoiginition 四冲程高速柴油机工作过程 1 2 3 4 5 3 4边喷油 边膨胀 p V p0 1 2 0 t4可达1700 1800 4停止喷柴油 4 5多变膨胀 p5 0 3 0 5MPa t5 500 5 1 开阀排气 降压 1 0活塞推排气 完成循环 四冲程高速柴油机的理想化 1 2 3 4 5 1 工质 p V p0 1 2 0 工质数量不变 定比热理想气体 P V图 p v图 2 0 1和1 0抵消 开口 闭口循环 3 燃烧 外界加热 4 排气 向外界放热 5 多变 绝热 6 不可逆 可逆 理想混合加热循环 萨巴德循环 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 p v 分析循环吸热量 放热量 热效率和功量 Dualcycle Sabathe 理想混合加热循环的计算 1 2 3 4 5 吸热量 放热量 取绝对值 热效率 定义几个指标性参数 1 2 3 4 5 p v 压缩比 定容增压比 预胀比 反映气缸容积 反映供油规律 Compressionratio Cutoffratio 理想混合加热循环的计算 1 2 3 4 5 热效率 理想混合加热循环的计算 1 2 3 4 5 热效率 各因素对混合加热循环的影响 1 当 不变 受气缸材料限制一般柴油机 潜艇用氦气 k 1 66 各因素对混合加热循环的影响 2 当不变 图示的研究方法 不必记忆的复杂式 柴油机与汽油机动力循环图示 1 2 3 4 5 p v 柴油机 压燃式 汽油机 点燃式 定容加热循环 奥图OTTO循环 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 定容加热循环的计算 1 2 3 4 T s 吸热量 放热量 取绝对值 热效率 定容加热循环的计算 1 2 3 4 T s 热效率 定容加热循环的计算 汽油易爆燃一般汽油机 一般柴油机效率高于汽油机的效率但汽油机小巧 柴油机与低速柴油机循环图示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油机 压燃式 低速柴油机 压燃式 定压加热循环 狄塞尔Diesel循环 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 定压加热循环的计算 1 2 3 4 吸热量 放热量 取绝对值 热效率 定压加热循环的计算 热效率 当不变 当不变 5 2活塞式内燃机循环比较 比较的条件 压缩比 吸热量 反映气缸结构尺寸 工艺材料 反映作功量 马力 最高压力 反映材料耐压 壁厚 成本 最高压力 反映材料耐温 和相同 平均温度法 3m 4m 3p 4p 和相同 相等 2m 2p 和相同 3p 4m 2p 3m 4p 2m 和相同 图示大小 5 3斯特林 Stirling 循环 1816年提出 近几十年才实施 冷气室 热气室 加热器 冷却器 A B 回热器 斯特林循环图示 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 概括性卡诺循环 核潜艇 制冷 5 4勃雷登循环 BraytonCycle 用途 航空发动机尖峰电站移动电站大型轮船联合循环的顶循环 勃雷登循环示意图和理想化 1 2 3 4 压气机 燃气轮机 燃烧室 1 工质 数量不变 定比热理想气体 2 闭口 循环 3 可逆过程 Combustionchamber Compressor Turbine 1 2 3 4 1 2 3 4 T sandP vdiagramsfortheidealBraytonCycle 勃雷登循环的计算 1 2 3 4 吸热量 放热量 热效率 勃雷登循环热效率的计算 1 2 3 4 热效率 勃雷登循环热效率的计算 1 2 3 4 热效率 定义 压比 Pressureratio 勃雷登循环净功的计算 1 2 3 4 定义 循环增温比 对净功的影响 1 2 3 4 3 4 当不变 不变 但T3受材料耐热限制 对净功的影响 当不变 太大 太小 存在最佳 使最大 最佳增压比 w净 的求解 令 最大循环净功 作业 5 115 145 155 19 燃气轮机的实际循环 1 2 3 4 压气机 不可逆绝热压缩 燃气轮机 不可逆绝热膨胀 2 4 定义 压气机绝热效率 燃气轮机相对内效率 燃气轮机的实际循环的净功 1 2 3 4 2 4 净功 吸热量 燃气轮机的实际循环的热效率 1 2 3 4 2 4 热效率 影响燃气机实际循环热效率的因素 一定 一定 有最佳 右移 和的关系 地面上 尺寸次要 省燃料 取 空中 尺寸重要 取 提高 受材料耐热限制 取最佳 有无其它途径 5 5提高勃雷登循环热效率的其他途径 2 若使T4 T4在500oC以上 1 3 4 T s 不可能 如果T4 T2 预热空气 回热 一 回热 Regeneration 勃雷登循环回热示意图 1 2 3 4 压气机 燃气轮机 燃烧室 回热器 4R 2A Regenerator 回热在Ts图上的表示 2 1 3 4 T s 4R 2R 2A 理想回热 实际回热 定义 回热度 一般取0 6 0 9 2R4R 2A Effectiveness 压气机间冷intercooling的图示 1 2 3 4 燃气轮机 燃烧室 间冷器 5 压气机 6 2 Intercooler 压气机间冷在Ts图上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 A B 12341和62 256联合工作 压气机间冷热效率的推导 当 间冷 回热示意图 1 3 4 燃气轮机 燃烧室 间冷器 5 压气机 6 2 回热器 4R 2R Intercooler Regenerator 间冷 回热在Ts图上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 4R 2R 再热reheating示意图 1 2 3 4 压气机 燃气轮机 燃烧室1 燃烧室2 3 5 Reheater 再热在Ts图上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 再热 回热示意图 1 2 3 4 压气机 燃气轮机 燃烧室2 回热器 燃烧室1 4R 2R 5 3 Reheat regenerativecycle 再热 回热在Ts图上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 4R 2R 再热 间冷 回热示意图 1 2 3 4 压气机 燃气轮机 燃烧室2 回热器 间冷器 燃烧室1 2R 4R 再热 间冷 回热在Ts图上的表示 3 T s 2 1 4 2R 4R 无穷多级的极限情况 2 1 3 4 T s 两个等温过程两个等压过程 回热 概括性卡诺循环 级数越多 越复杂 造价越高 一般2 3级 Ericssoncycle 第五章小结Summary 燃气轮机循环 理想循环和实际循环的计算和比较 活塞式内燃机循环 特点 计算 比较 提高热效率的手段 回热间冷 回热再热 回热 动力循环问题讨论 1 1 为了提高效率 燃气轮机的