工程热力学课件（第四版）：10章：气体动力循环

1、第十章 气体动力循环,10-1 分析动力循环的一般方法 10-2 活塞式内燃机实际循环的简化 10-3 活塞式内燃机的理想循环 10-4 活塞式内燃机各种理想循环的比较 10-5 斯特林循环 10-6 埃里克森循环 10-7 燃气轮机装置循环 10-8 燃气轮机装置的定压加热实际循环,课件目录,本章作业,一、实际工作循环理想化成可逆循环； 二、找出影响循环热效率的主要因素及提高循环效率的措施； 三、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、原因以及改进方法,10-1 分析动力循环的一般方法,其中：c为卡诺循环热效率； t为内部可逆循环的热效率, 0为相对热效率, T为循环相对

2、内部效率,循环的经济性评价（内部热效率,10-1,10-2 活塞式内燃机实际循环的简化,一、几种活塞式内燃机简介,船用柴油机,车用柴油机,发电用柴油机,建筑用柴油机,固定动力用柴油机,增压柴油机,农用柴油机,工程机械用柴油机,柴油发电机组,直喷柴油机,二、实际循环的示功图（p-V图,右图是四冲程柴油机（混合加热）的示功图，包括：0-1吸气冲程、1-3压缩冲程、3-1 膨胀冲程、1-0排气冲程,其中：0、3是上死点； 1、1是下死点； 2-3-4是注燃过程。 2-3-4：燃烧过程； 5-1-0：排气过程,图10-1 四冲程柴油机的示功图,三、实际循环的理想化过程,燃烧过程 可逆定容或（和）定压吸

3、热过程； 工质比热为定值的理想气体（空气）； 膨胀和压缩过程可逆绝热（等熵）过程； 忽略摩擦阻力及节流损失，认为进、排气过程的 推动功抵消，两个过程重合，进而把开式循环抽象成闭式循环,通过上述简化，实际循环可理想化为以空气为工质的可逆循环，且按加热方式可分为,当两个相同尺寸发动机比较时，MEP大的比MEP小的可产生更多净输出功,有效压力,Otto循环（定容加热） Diesel循环（定压加热） Sabathe循环（混合加热,10-2,这三种循环的图示 见下节相关内容,10-3 活塞式内燃机的理想循环,一、混合加热理想循环（Sabathe循环,图10-4 混合加热理想循环的p-v图和T-s图,上式

4、说明： t随和的增大而提高。 t随的增大而降低,混合加热循环的热效率为,10-3,二、定压加热理想循环（Diesel 循环,又称荻塞尔循环，相当于1时的混合加热循环情况,其t随的增大而提高，随的增大而降低,热效率公式 （略,图10-5 定压加热理想循环的p-v图和T-s图,三、定容加热理想循环(Otto循环,定容加热理想循环又称奥托循环，相当于预胀比1时的混合加热循环,上式说明，t随压缩比的增加而提高,热效率,图10-6 定容加热理想循环的p-v图和T-s图,10-4,某柴油机混合加热理想循环(见幻灯片6中的图) 的p1=0.17MPa，t1=60，压缩比=14.5，气缸中气体最大压力p3=1

5、0.3MPa，循环加热量q1=900kJ/kg。设工质为空气，比热容为定值并取cp=1004 J/(kgK)、cv=718J/(kgK)，=1.4；环境温度t0=20，压力p0=0.1MPa。试分析该循环并求循环热效率及 效率,解: 由已知条件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K 点1： 点2,例 10-1,1 2 是定熵过程，有 点3：p3 = 10.3 MPa，v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg,q1v = cv(T3 T2) = 302 kJ/kg q1p = q1 q1v = 598 kJ/kg 点4：p4 = p3 = 10.3 MPa，因q1p =

6、cp(T4 T3)，所以 点5：v5 = v1 = 0.562 m3/kg,或,在吸热过程中空气熵增为 所以平均吸热温度为 循环吸热量q1中的可用能为 循环 效率,本例中，循环是内部可逆的，且只是放热过程中 系统（工质）与环境有温差，从而有作功能力损失： 所以循环输出净功和放热过程作功能力损失之和 为循环吸热量中的可用能，即 ex,Q = wnet + i = 719.1 kJ/kg,10-4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较,在作各种理想循环比较时，一般在初始 状态相同的情况下，分别以压缩比、吸热量 或最高压力和最高温度相同作为比较基础， 此时应用温熵图最为方便,一、压缩比相同、吸热量相

7、同时的比较,1-2-3-4-1为定容加热循环; 1-2-2-3-4-1为混合加热循环; 1-2-3-4-1为定压加热循环,分析可得,图10-7 相同、q1相同时 理想循环的比较,1-2-3-4-1为定容加热; 1-2-3-3-4-1为混合加热; 1-2”-3-4-1为定压加热,分析可得,二、循环最高压力和最高温度相同时比较,图10-8 Tmax、pmax相同时 理想循环的比较,说明,上述两种情况的比较是根据热效率的定义式 进行的。也可从平均吸热和（或）放热温度的角度进行分析，请同学们自己课后独立完成（refer to pp. 126127,10-5 斯特林（Stirling)循环,1816年提

8、出，近几十年才实施,斯特林循环图示,特点：1、概括性卡诺循环； 2、活塞式，外燃（可使用价廉易得燃料） 应用：核潜艇，制冷。已有效率超过50%的实际Stirling发动机,10-6 埃里克森（Ericsson)循环,埃里克森循环图示,1,2,3,4,p,v,特点：1、概括性卡诺循环； 2、可以用活塞式，实现外燃（可用价廉易得燃料）。 两个等温吸放热过程可以通过再热和间冷去近似,10-7 燃气轮机装置循环,一、燃气轮机装置简介,分压气机、燃烧室和燃气轮机三个部分,1、连接发电机 2、进气道主轴固定支架 3、轴颈轴承 4、压气机叶片 5、压气机模块 6、燃气轮机固定支架 7、叶轮 8、叶轮贯穿螺栓 9、进气道定位 10、水平缸封 11、燃烧室防护罩 12、逆流燃烧室 13、燃料注入系统 14、燃烧室（火焰筒） 15、燃烧室冷却部件16、喷嘴构造 17、一级涡轮固定构造 18、动力涡轮构造 19、排气扩散构造 20、排气烟气探测器,二、燃气轮机理想定压加热 (Brayton)循环,若比热容为定值，则循环热率为,图10-9 定压加热理想循环,10-8 燃气轮机装置的定压加热实际循环,如果设压缩和膨胀过程仍是等熵的，则