第十二讲：气体动力循环内燃机循环

1、工程热力学动力设备的不断发展工程热力学如何实现动力转换？工程热力学气体动力循环Gas Power Cycle工程热力学气体动力循环本章基本要求 熟练掌握分析动力循环的一般方法，活塞式内燃机循环以及燃气轮机装置循环的组成、热效率计算及提高气体动力循环效率的方法和途径。本章重点熟悉理想气体动力循环图示与计算理想气体动力循环的热力学比较提高燃气轮机装置热效率的热力学措施工程热力学动力循环的分类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internal combustion engineexternal combustion engine工程热力学气体

2、动力循环分类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piston engineGas turbine cycle工程热力学活塞式工程热力学叶轮式工程热力学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diesel engine煤油机 kerosene oil engine航空工程热力学气体动力循环分类点燃式 spark ignition按点燃方式：按冲程数：四冲程 four-stroke压燃式 compression ignition二冲程 two-str

3、oke工程热力学动力循环研究目的和方法动力循环：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研究目的：合理安排循环，提高热效率 分析动力循环的一般步骤 1. 实际循环（复杂不可逆）实际循环（复杂不可逆）抽象、简化抽象、简化可逆理论循环可逆理论循环分析可逆循环分析可逆循环影响经济性的主要因素和可能改进途径影响经济性的主要因素和可能改进途径实际循环实际循环指导改善指导改善2. 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际 损失的部位、大小、原因及改进办法损失的部位、大小、原因及改进办法工程热力学四冲程汽油机和柴油机 开式开式循环循环(open

4、 cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀燃烧、传热、排气、膨胀、 压缩压缩均为均为不可逆不可逆； 各环节中工质各环节中工质质量、成分稍质量、成分稍有变化有变化。工程热力学四冲程高速柴油机工作过程12301 吸空气pV一般n=1.341.37柴油自燃t=335p02012 多变压缩p2=35MPat2=6008002 喷柴油2 开始燃烧23 迅速燃烧，近似Vp59MPaAutoiginition工程热力学四冲程高速柴油机工作过程1234534 边喷油，边膨胀pVp0120t4可达170018004 停止喷柴油45 多变膨胀V近似 膨胀pp5=0.30.5MPat550051 开阀排气， 降压10

5、 活塞推排气,完成循环工程热力学四冲程高速柴油机的理想化123451. 工质pVp0120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. 不可逆可逆工程热力学活塞式内燃机循环的简化工程热力学理想混合加热循环（萨巴德循环）1234512345pvTs分析循环吸热量，放热量，热效率和功量Dual cycle(Sabathe)工程热力学理想混合加热循环的计算12345Ts吸热量1v32p43qcTTcTT放热量(取绝对值）2v51qcTT热效率12t11wqqqq5121324311TTqqTTk TT q =

6、w工程热力学定义几个指标性参数12345pv压缩比12vv定容增压比32pp预胀比43vv反映气缸容积反映供油规律Compression ratioCutoff ratio工程热力学理想混合加热循环的计算12345Ts热效率51t32431TTTTk TT 1112112kkvTTTv12vv133212kpTTTp 32pp144313kvTTTv 43vv工程热力学理想混合加热循环的计算12345Ts热效率51t32431TTTTk TT 145415kkvTTTv t11111kkk 工程热力学各因素对混合加热循环的影响t1.4k 1.3k 1.2k 1、当 、 不变t受气缸材料限制 一

7、般柴油机1421kt11111kkk 潜艇用氦气，k=1.66工程热力学各因素对混合加热循环的影响2、当 不变ttt11.523t11111kkk 注意：图示的研究方法不必记忆 的复杂式t12345pv工程热力学柴油机与汽油机动力循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式汽油机，点燃式1工程热力学定容加热循环（奥图OTTO循环)12341234pvTs工程热力学定容加热循环的计算1234Ts吸热量1v32qcTT放热量(取绝对值）2v41qcTT热效率12241t1113211wqqqTTqqqTT 工程热力学定容加热循环的计算定容加热循环的计算1234Ts热效率41t321TTTT 4

8、11322111TTTTTT 1321124kTTvTvT11212111kTTvv 111k 工程热力学定容加热循环的计算t11111kkk 1t111k tk汽油易爆燃一般汽油机510一般柴油机效率高于汽油机的效率但汽油机小巧1421柴油机工程热力学柴油机与低速柴油机循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式1工程热力学定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)1234pv1234Ts已被淘汰工程热力学例 题pvO1234Ts3TO1234/kgm974. 0101 .9815.3332873311g1pTRv解：解：点点1/kgm162. 06974. 0312vv1

9、2是定熵过程，有kPa120561 .984 . 112112pvvppK680615.33314 . 11112112TvvTT点点2/kgm162. 0323 vvK1904718. 0879680123VcqTTkPa3374680190412052323TTpp点点3工程热力学例 题pvO1234Ts3TO1234解：解：点点4/kgm974. 0314 vvK933872974. 0107523g444RvpTkPa2756133744 . 11234334vvpvvppkJ/kg43115.333933718. 0142TTcqVkJ/kg44843187921netqqw510. 087943111 512. 06111112t14 . 11tqq或工程热力学活塞式内燃机循环比较比较的条件比较的条件压缩比吸热量1q反映气缸结构尺寸、工艺材料反映作功量（马力）最高压力maxp反映材料耐压、壁厚、成本最高压力maxT反映材料耐温比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热工程热力学和和 相同相同Ts2t11qq tvtmtp2v2m2pqqq平均温度法1q3m4m123v4v3p4p工程热力学和和 相同相同Ts211tqq 1p1m1vqq