十气体动力循环

1、第十章 气体的动力循环,Gaspowercycles,101 分析动力循环的一般方法,一.分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性，寻求提高经济性的方向及途径。 二.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 , 影响经济性的主要因素和可能改进途径 指导改善实际循环 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。,三.分析动力循环的方法,1.实际过程简化为可逆理想循环，在p-v图,T-s图上表示。 2.确定理想循环各过程交点的状态参数，和循环特性参数。 3.进行循环性能分析，确定循环整体性能的各种指标，分析循环

2、特征参数对循环的影响。,102 往复式内燃机的动力循环,一、机械喷射式柴油机工作过程： 混合加热循环（萨巴特循环）,实际循环： 0-1 进气过程 1-2 压缩过程 2-3-4 燃烧过程 4-5 膨胀（作功）过程 5-1 自由排气过程 强制排气过程,理想化：1、热力过程的理想化,进气过程0-1定压线； 压缩过程1-2定熵压缩； 燃烧过程2-3定容加热3-4定压加热（外热 源加热）； 膨胀过程4-5定熵膨胀； 排气过程5-1定容放热1-0定压线；,2、工质以理想气体对待；,3、开口系统简化为闭口系统。（进排气功近似相等，相互抵消） 得到如下理论循环：,4、内燃机的特性参数以及各点的状态参数：特性参

3、数：,压缩比：,压力升高比：,定压予胀比：,状态参数：,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,5、混合加热循环的热效率：,代入特性参数得：,可见：,由图可见，、Tm1，所以热效率t。,予胀比对热效率t影响的分析,描述了定压过程中加热量的多少，加热量,显然，在3-4（4）的加热过程伴随膨胀过程同时进行，因而，不同时刻加入系统的热量转换为功量的机会是不相同的。3点假如的热量在整个膨胀过程中均有机会转换为功，而随后加入的热量转换为功量的机会越来越少，在4点加入的热量转换为功的机会为零。可见 t。,6、混合加热循环的循环净功为,利用循环中各状态间的参数关系，可以得到：

4、,可见：,二、定容加热循环,1.定容加热循环（奥图循环）：汽油机理想循环,特点：1,为混合加热循环的一个特例，将其代入混合加热循环的热效率及循环净功的表达式，即分别有：,可见：,三、定压加热循环（笛塞尔循环）,早期柴油机的理想循环,特点：1,为混合加热循环的一个特例，将其代入混合加热循环的热效率及循环净功的表达式，即分别有：,一、平均温度概念： 假想定温加热过程与原来的加热过程的熵和热量变化相同时的温度。 二、压缩比相同、放热量相同比较；,103 内燃机三种理想循环的比较,三、最高压力相同、最高温度相同比较：,四、内燃机循环平均压力Pt,1.定义：以汽缸工作体积VS为底作为矩形，使之面积等于示

5、功图面积，矩形高度就是平均压力。 2. Pt是单位汽缸体积的作功能力，是衡量各类内燃机作功能力的一个重要指标。 3. Pt大小主要取决于工作循环进行的完善程度。 由状态方程和热效率得； Pt= mq1t / Vs= p1q1 t / RT1 P1 q1 t 提高T1下降，平均压力升高。,4.影响因素：,（1）吸入一定空气量，喷入燃油量是一定的，循环加热量q1基本不变，对Pt影响不大； （2）循环热效率t的提高值很小，对Pt影响不大； （3）现代柴油机利用废气涡轮增压器提高空气压力p1； （4）利用空气冷却器降低空气温度T1。,104 其他气体动力循环,一、定压加热燃气轮机循环（勃雷登循环）,燃

6、气轮机装置,闭式燃气轮机装置,燃气轮机装置循环的四个过程： 绝热压缩过程（压气机）； 定压加热过程（燃烧室、加热器）； 绝热膨胀过程（燃气轮机、气轮机）； 定压放热过程（大气、冷却器）。,（一）循环特性参数： 增压比=p2/p1 最高温度T3 升温比= T3/T1,参数关系：,循环加热量：,循环放热量：,（二）循环热效率：,将参数关系代入，有：,可见， ，热效率提高。,（三）功量,燃气轮机轴功：,压气机耗功：,可见w0仅为增压比的函数，当为,时循环净功W0有极大值。,（二）、燃气轮机的实际循环,压气机耗功：,燃气轮机轴功：,循环热效率：,可见：,升温比,当 、 、 一定 时，随着增压比 的提高

7、，循 环热效率有一个极大值。 ,（三）、提高热效率的措施 （1）燃气轮机装置的回热循环,1-2压气机中的绝热压缩过程；2-6回热器中的定压预热过程；6-3燃烧室中的定压加热过程；3-4燃气轮机中的绝热膨胀过程；4-5回热器中的定压放热过程；5-1大气中的定压放热过程。,理想情况下，空气从T2 升温至T4，实际只能达到T6。定义：回热度：,比热为定值时，上式可写为：,代入参数间的关系式 ，可得：,增大升温比，可提高燃气轮机回热循环的热效率； 当升温比及回热度一定时，随着增压比的提高，回热循环的热效率有一个极大值，如图所示。当回热度增大时，与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低。,（2）采用多

8、级压缩中间冷却以及再热的回热循环,采用多级压缩中间冷却，可使压缩终了温度降低。而采用多级膨胀中间再热，可使膨胀终了温度提高。这两方面都可使回热的温度范围大为扩展，从而提高平均吸热温度及降低平均放热温度，使循环热效率得到较大的提高。 结构复杂，体积较大，因而常单独采用多级压缩中间冷却，或采用多级膨胀中间再热。,二、理想回热循环,1.活塞式热气发动机理想循环 斯特林循环 外部加热的闭式循环，活塞式外燃机循环。 由两个活塞和两个气缸、一个加热器、一个冷却器和一个回热器组成。 （1）定温压缩过程 （2）定容吸热过程 （3）定温膨胀过程 （4）定容放热过程 可以证明： 在相同温度范围内，理想的定容回热循环和卡诺循环，具有相同热