热工基础 课件第6章 循环

第6章热力循环6-1循环分析的一般方法一、分析动力循环的一般步骤

1.实际循环（复杂不可逆）抽象、简化可逆理论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实际循环指导改善2.分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的部位、大小、原因及改进办法6-1循环分析的一般方法3二、分析动力循环的方法1.第一定律分析法以第一定律为基础，以能量的数量守恒为立足点。2.第二定律分析法综合第一定律和第二定律从能量的数量和质量分析。6-1循环分析的一般方法二、分析动力循环的方法6-1循环分析的一般方法变温热源的可逆循环任意循环a-b-c-d-a→等效卡诺循环A-B-C-D-A。平均吸热温度：任意循环的等效卡诺循环热效率：平均放热温度：Ts0saAaBCDbcdscTm2Tm1T2T1同温限，卡诺循环热效率最高一、活塞式内燃机实际循环1、活塞式内燃机分类按燃料：煤气机、

汽油机、柴油机按冲程：二冲程、四冲程按点火方式：点燃式、

压燃式6-2活塞式内燃机的理想循环2、活塞式内燃机实际循环6-2活塞式内燃机循环四冲程内燃机实际循环6-2活塞式内燃机的理想循环76-2活塞式内燃机循环空气定比热气体动力循环中工作流体理想气体燃烧和排气过程吸热和放热过程燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计2、循环假设压缩过程理想化为定熵压缩过程；燃烧过程理想化为可逆定容+定压加热过程；膨胀过程理想化为定熵膨胀过程；排气过程理想化为可逆定容冷却过程。开口系统简化为闭口系统（进排气功相等，相互抵消）1、空气标准假设二、活塞式内燃机循环的简化01吸气12压缩23喷油、燃烧34燃烧45膨胀作功50排气燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热排气5-1等容放热压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程吸、排气线重合、忽略三、混合加热理想循环6-2活塞式内燃机循环1.p-v图及T-s图6-2活塞式内燃机循环1pv02345Ts0123451

2等熵压缩2

3定容吸热3

4定压吸热4

5等熵膨胀5

1定容放热2.循环热效率6-2活塞式内燃机循环1pv023452.循环热效率6-2活塞式内燃机循环2.循环热效率6-2活塞式内燃机循环引入特性参数：压缩比定容增压比定压预胀比1pv023456-2活塞式内燃机循环1-2为绝热过程2-3为定容过程3-4为定压过程4-5为绝热过程6-2活塞式内燃机循环将各点温度与特性参数的关系代入热效率表达式，得6-2活塞式内燃机循环3.循环热效率的影响因素及提高循环热效率的途径上式说明：（1）T012′34′523′4s6-2活塞式内燃机循环（2）sT0134′53′24柴油机的压缩比较高，一般为14～22,汽油机多为7～12。四、定容加热循环（奥图循环）6-2活塞式内燃机循环Ts012341pv0234pv0Ts012345123451.p-v图及T-s图2.循环热效率或将ρ＝1代入，6-2活塞式内燃机循环Ts012341pv0234结论：五、定压加热循环（笛塞尔循环）6-2活塞式内燃机循环1pv0234Ts01234pv0Ts012345123451.p-v图及T-s图2.循环热效率将λ＝1代入混合加热循环热效率，6-2活塞式内燃机循环1pv0234Ts01234结论：六、

活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较1、压缩比相同，吸热量相同时的比较或6-2活塞式内燃机循环1Ts0234653’3’’2’5’5’’T1mT1VT1pT2vT2pT2m4’4’’二、循环pmax、Tmax相同时的比较或6-2活塞式内燃机循环1Ts0234653’2’’T22’pmaxTminTmaxT1mT1vT1p例6-1试计算一活塞式内燃机混合加热循环的各点状态、加热量、放热量、循环净功和热效率。已知：t1=20℃，p1=9.81×104Pa，V1=1×10-3m3，ε=17，λ=1.8，ρ=1.3，工质为空气，比热容为定值，cv=0.716kJ/(kg•K)，cp=1.004kJ/(kg•K)。解（1）计算各状态的参数状态点2pv0132456-2活塞式内燃机循环4-1理想气体的基本热力过程4-1理想气体的热力过程状态点3pv013245状态点46-2活塞式内燃机循环4-1理想气体的基本热力过程4-1理想气体的热力过程状态点5pv013245（2）计算加热量及放热量加热量6-2活塞式内燃机循环4-1理想气体的基本热力过程4-1理想气体的热力过程放热量（3）计算循环净功（4）计算循环热效率6-2活塞式内燃机循环1.构成：

压气机、

燃烧室、

燃气轮机6-3燃气轮机装置循环

（1）压气机的压缩过程（2）燃烧室、加热器的加热过程（3）燃气轮机、气轮机膨胀过程2.工作过程：

一、燃气轮机装置简介6-3燃气轮机装置循环

3.循环的理想化

理想化（1）工质看做空气并做理想气体处理。（2）燃烧室的燃烧过程，视为可逆定压加热，燃气轮机排出废气（在大气环境中）过程为可逆定压放热。（3）气体在压气机及燃气轮机中为可逆绝热压缩和可逆绝热膨胀。一、燃气轮机装置简介实际循环是开式、不可逆的，工质的成分、质量都有变化。pv01234Ts0123p24p1二、燃气轮机装置理想循环---布雷顿循环（BraytonCycle)压气机内：1-2等熵压缩燃烧室内：2-3定压吸热燃气轮机内：3-4等熵膨胀排气，假想换热器：4-1定压放热1.p-V图和T-s图p1p26-3燃气轮机装置循环

增压比

升温比6-3燃气轮机装置循环

循环加热量：循环放热量：2.热效率ηtTs0123p24nmp1结论：π↑，热效率↑，与无关。6-3燃气轮机装置循环

Ts0123′4′nm342′压气机耗功：6-3燃气轮机装置循环

3.循环净功燃气轮机轴功：2.热效率结论：π↑，热效率↑Ts012346-3燃气轮机装置循环

3.循环净功Ts0123′4′3〞4〞342′2〞当T3一定时，循环净功取决于增压比。当初始状态及T3一定，增压比为某个中间数值时，循环净功达到最大值。三、燃气轮机的实际循环压气机绝热效率：6-3燃气轮机装置循环

燃气轮机相对内效率Ts0134′2′24三、燃气轮机的实际循环6-3燃气轮机装置循环

Ts0134′2′24

（1）

（2）、、一定时，随着增压比π的提高，循环热效率有一个极大值结论：热效率影响因素分析6-3燃气轮机装置循环

（3）增大τ是提高燃气轮机装置性能（wnet，ηi）的方向。

(1)燃气轮机装置的回热循环四、提高热效率的措施6-3燃气轮机装置循环

Ts0123465

采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环措施后，提高了平均加热温度及降低了平均放热温度，使得循环热效率得到较大的提高。(2)采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环6-3燃气轮机装置循环

Ts012310987654发展：蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期蒸汽动力装置大量使用。意义：目前世界电力，绝大部分来自蒸汽动力。特点：蒸汽动力装置可利用各种燃料；

蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。一、朗肯循环(Rankinecycle)概述6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环1、主要热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵。2、工作过程：水锅炉过热蒸汽汽轮机乏汽冷凝器水给水泵水乏汽6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环3、蒸汽动力装置理想循环（朗肯循环）的组成：汽轮机：1-2为绝热膨胀过程；冷凝器：2-3为定压放热过程；水泵：3-4为绝热加压过程；锅炉：4-1为定压吸热过程。4、p-v图、T-s图及h-s图pv02143Ts02143hs03421二、朗肯循环的热效率6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环

4-1过程，工质吸热：

2-3过程，工质放热：1-2过程工质所作的轴功为3-4过程，水泵消耗的轴功为循环净功：Ts02143或：6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环水泵的耗功约为汽轮机轴功的2%，可忽略，即Ts02143汽耗率：蒸汽动力装置输出单位量的功所消耗的蒸汽量。kg/J

三、初参数对朗肯循环热效率的影响

1.蒸汽初压p1的影响(T1

、p2不变)6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环Ts0Tm1141’232’Tm1’4’（1）

蒸汽初压由p1提高，提高（2）

汽轮机出口干度下降，要求乏汽干度不低于85%~88%。2.蒸汽初温T1的影响(p1

、p2不变)6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环Ts021432’1’Tm1Tm1’（1）

蒸汽初温由T1提高，提高（2）

汽轮机出口干度上升，对汽轮机安全工作有利。3.乏汽参数的影响p2(T1

、p1不变)6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环Ts02’1434’3’2Tm2Tm2’乏汽压力由p2降低，提高朗肯循环的热效率计算6-4基本蒸汽动力装置循环-朗肯循环

4-1过程，工质吸热：

2-3过程，工质放热：1-2过程工质在汽轮机中所作的轴功为3-4过程，水泵消耗的轴功为Ts02143忽略水泵的耗功，即一、

逆向卡诺循环

理想的最简单的制冷循环。由四个过程组成：1-2为绝热膨胀；2-3为定温吸热；3-4为绝热压缩；4-1为定温放热。

6-5制冷循环逆向循环：付出一定的代价，实现把低温物体的热量转移到高温物体。经济性指标：制冷循环热泵循环Ts0T1T24231

冷吨–1000kg0ºC的饱和水在24h内冷冻成0ºC的冰所需的制冷量。1冷吨=3.86kJ/s；（美国1冷吨=3.517kJ/s）48结论：在保证必需的冷冻条件的情况下，为避免无谓地消耗过多的机械功，冷库温度应尽量接近环境温度。逆向卡诺循环净功：6-5制冷循环逆卡诺循环制冷系数：可见，当T1＝常数，T2↓→ε↓，↑。反之，T2↑→ε↑，↓。工质从低温热源中吸取热量：

工质向高温热源放出热量：

循环中消耗的净功：Ts0T1T242316-5制冷循环二、压缩空气制冷循环1、组成：2、工作过程：压气机、冷却器、膨胀机和冷库。空气压缩制冷理想循环由四个可逆过程组成冷库：定压吸热过程4-1

压气机：绝热压缩过程1-2冷却器：定压放热过程2-3膨胀机：绝热膨胀过程3-46-5制冷循环3、p-V图和T-S图4、制冷系数v01234p1p2pTs0T0Tc1234工质从低温热源中吸取热量：

工质向高温热源放出热量：

循环中消耗的净功：6-5制冷循环如取空气的比热容为定值，则有结论：

1）相同温度的T

0和TC2）制冷系数Ts0T0Tc12342′3′4′3）制冷量采用大流量的叶轮式的压气机6-5制冷循环制冷系数4、制冷系数工质从低温热源中吸取热量：

工质向高温热源放出热量：

循环中消耗的净功：Ts0T0Tc12346-5制冷循环三、压缩蒸汽制冷循环（1）可用湿饱和蒸气作为工质，实现定温吸热(放热)，即按逆向卡诺循环工作。（2）用湿饱和蒸气作为制冷工质可得到大的单位质量工质的制冷量（靠汽化潜热吸热）。2、组成：压气机、冷凝器、节