热能工程教研室

第十章气体动力循环热能工程教研室Fortherestofthesemester..LookatdifferentcyclesthatapproximaterealprocessesYoucancategorizetheseprocessesseveraldifferentwaysPowerCyclesvsRefrigerationGasvsVaporClosedvsopenInternalCombustionvsExternalCombustion热能工程教研室PowerCyclesSubjectofChapters10and11SabeanderCycle(萨巴德循环)DieselCycle（狄赛尔循环）OttoCycle(奥托循环)SparkIgnition内燃机BraytonCycle（布雷顿循环）GasTurbine燃气轮机RankineCycle（朗肯循环）Vapor蒸汽轮机热能工程教研室§10-1分析动力循环的一般方法目的：在热力学基本定律的基础上分析动力循环的能量转换的经济性，寻求提高经常性的方向和途径。步骤：2）分析实际循环与可逆理论循环的偏离偏离部件、大小、原因及改进办法1）将实际循环抽象成可逆的理论循环√热能工程教研室Realvs.IdealvpActualcycleIdealcycle热能工程教研室分析动力循环的一般方法气体动力循环：方法：1）第一定律分析法量的角度2）第二定律分析法品质的角度3）“空气标准”假设燃烧从高温热源吸热排气向低温热源放热工作流体理想气体气体性质与空气相同热能工程教研室§10-2活塞式内燃机实际循环的简化活塞式内燃机的分类：使用燃料煤气机汽油机柴油机点火方式点燃式压燃式（煤气机、汽油机）（柴油机）冲程四冲程二冲程(进气,压缩,燃烧膨胀,排气)(进气-压缩-燃烧膨胀,排气)热能工程教研室四冲程柴油机的工作过程四冲程柴油机:0-1:吸气过程1-2:非绝热压缩2‘:喷油2-3:定容燃烧3-4:定压燃烧4-5:非绝热膨胀5-1:定容排气52’243大气线－＋00Vp11’热能工程教研室四冲程柴油机的工作过程的简化1）定容和定压燃烧定容和定压吸热2）标准空气假定，且取定值比热容定容排气定容放热3）忽略内不可逆因素：摩擦，节流，。。。开口系闭口系4）忽略膨胀和压缩过程中气体与气缸壁面的热交换可逆绝热过程热能工程教研室定压燃烧柴油机例如：高增压柴油机，船用柴油机大气线－00Vp1＋234只有等压燃烧，没有定容燃烧过程可作类似的简化热能工程教研室定容燃烧汽油机、煤油机燃烧过程在接近定容的过程下完成＋－32041”1’大气线pV0没有一边燃烧一边膨胀的定压过程例如煤气机、汽油机热能工程教研室活塞式柴油机的性能评估平均有效压力MEP（Meaneffectivepressure）冲程活塞面积循环静功活塞排量循环静功MEP两个相同尺寸的发动机进行比较时，MEP较大的机器的静输出功较大热能工程教研室§10-3活塞式内燃机的理想循环混合加热理想循环的p-图和T－s图一、混和加热理想循环pv023451大多数柴油机的理想循环-萨巴德循环Ts0234515Vp热能工程教研室一、混和加热理想循环特征参数：绝热压缩比：21vv定容增压比：23pp定压预胀比：34vvpv023451热能工程教研室热效率：吸热：342343321TTcTTcqqqpV放热：15152TTcqqV循环热效率：3423151211TTkTTTTqqt表示成循环特性参数的形式：)]1()1[(111kkkt一、混和加热理想循环Ts23451热能工程教研室)]1()1[(111kkkt1）混合加热循环的热效率随压缩比和定容增压比的增加而提高。循环平均吸热温度提高但循环平均放热温度不变2）混合加热循环的热效率随定压预胀比的增加而降低。循环平均吸热温度提高但循环平均放热温度升高得更多：定容线比定压线陡一、混和加热理想循环热能工程教研室T02341s二、定压加热理想循环又称狄塞尔（Diesel）循环可以看成是混合加热理想循环的特例，=1p02341例如高增压柴油机及船用发动机热能工程教研室定压加热理想循环的热效率:)(11231412TTkTTqqt表示成循环特性参数的形式：)1(111kkkt10121416180.40.50.60.7tk＝1.355.21.25.1t1)绝热指数k一定时：tT2)绝热指数k的影响：kt二、定压加热理想循环热能工程教研室三、定容加热理想循环又称奥托循环（煤气机、汽油机）可以看成是混合加热理想循环的特例，=1T02341sp02341热能工程教研室定容加热理想循环的热效率:23141211TTTTqqt表示成循环特性参数的形式：111kt0sT2’214’4T333’'1mTmT1'2mTmT2t同温限下，平均吸热温度提高，平均降热温度降低三、定容加热理想循环热能工程教研室定容加热理想循环的t－k关系曲线10.1234567891000.70.60.50.40.30.2tk＝1.41.35k＝1.3k＝1.25k＝1.2Tk三、定容加热理想循环热能工程教研室三、定容加热理想循环111ktq1增大，压缩比不变，循环效率不变。循环净功增大，输出功率增大。Ts123’34’4’'1mT'2mTmT1mT2netw实际上，T升高，k减小，t减小。◆热负荷增大时热能工程教研室活塞式内燃机的应用1）增大压缩比能提高循环效率混合加热（一般柴油机）、定压加热（Diesel）、定容加热（煤气机/汽油机）2）压缩比的限制汽油机，受预混燃料空气混合物爆燃条件的限制。采用5~12级压缩：轻型机械柴油机，不受空气压缩的限制。采用14~20级压缩：重型机械热能工程教研室§10-4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较比较的前提：1）初态相同2）吸热量、压缩比、最高温度及最高压力相同利用T－s图进行比较最为简便热能工程教研室一、压缩比相同、吸热量相同时的比较T0s5’’5’44’’4’3’’3’32’215mVT,2mmT,2mpT,2mpT,1mmT,1mVT,112341：定容吸热122′3′4′1：混合吸热123″4″1：定压吸热tptmtV吸热量相同，放热量不同热能工程教研室TheefficiencyoftheOttocycleisalwayshigherthantheDieselcycleWhyusetheDieselcycle?Becauseyoucanusehighercompressionratios热能工程教研室二、循环最高压力和最高温度相同时的比较12341：定容吸热12’3’341：混合吸热12’’341：定压吸热放热量相同，吸热量不同tVtmtp0Ts65433’2’’2’21mT2mVT,1mmT,1mpT,1maxTminTmaxpminp热能工程教研室§10-5燃汽轮机装置循环工质：燃气+空气部件：压气机、燃烧室、燃气轮机燃气轮机工作流程：3压气机燃烧室燃气轮机124循环是开式的、不可逆的特点：小尺寸、大功率、连续作功热能工程教研室Closedcyclemodelforagasturbineengine1-2IsentropicCompression2-3ConstantPressureheataddition3-4IsentropicExpansion4-1ConstantPressureheatrejection热能工程教研室燃气轮机装置定压加热理想循环-布雷顿循环T02341s应用空气标准假设，燃气轮机循环或称布雷顿循环可以简化为如下循环p02341热能工程教研室热效率：211tqq定义：12pp循环最低压力循环最高压力循环增压比13TT循环最低温度循环最高温度循环增温比热效率：kktTT121111定压加热理想循环的热效率取决于压气机中绝热压缩的初态温度和终态温度，或说取决于压缩比燃气轮机装置定压加热理想循环-布雷顿循环41321hhhh热能工程教研室比循环功：11111243kkkkpcompressorturbinenetTchhhhwww增温比一定的条件下的最大比循环功21max,12max1Tcwpnetkk1Tcwpnet0101.0=2345材料热强度许可范围内尽可能提高T3燃气轮机装置定压加热理想循环-布雷顿循环热能工程教研室§10-6燃汽轮机装置的定压加热实际循环不可逆来源：压气机和燃气轮机中的内部摩擦T02341s2′4′压气机的绝热效率：1'212',,hhhhwwssCsC压气机的绝热效率：43'43',hhhhwwTTsC理想膨胀做出的功实际膨胀做出的功