第五篇 动力循环

1、当使用的能源是液体或气体燃料，且在整个循环中工作介质都是气体状态，不涉及蒸发和凝结相变对外界交换热量的循环，称为气体动力循环。气体动力循环的工质，主要是空气，或者说是空气与燃料燃烧后的混合物气体，称为燃气。主要介绍。第五篇 热力循环将热能转化为机械能的设备称为热能动力装置或热能发动机，简称为热机。在热机中，热能连续地转换为机械能是通过工质的热力循环过程来实现的。热机的工作循环称为动力循环或热机循环。二十、热力循环20.1 内燃机循环p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（即热效率）、影响热效率的因素、寻找提高热效率的方法和途径。 实际动力循环复杂、不可逆 可逆过

2、程和循环简单、典型 简化热力学模型实际循环的 影响热效率的主要因素和可能改进的途径通过分析计算指导改善p研究热机循环的方法：二十、热力循环20.1 内燃机循环二十、热力循环20.1 内燃机循环01223451pv大气压力线0二十、热力循环20.1 内燃机循环0-1 进气过程 2-3 燃烧加热过程 4-5 膨胀过程1-2 压缩过程 3-4 燃烧加热过程 5-0 排气过程经济性指标（热效率）二十、热力循环20.1 内燃机循环对实际工作循环加以合理的抽象、概括和简化： 工质-，理想气体、定比热。忽略实际过程中进、排气阀的节流损失；。进气过程中工质对活塞作的功与排气过程中活塞对工质作的功。膨胀和压缩过

3、程：忽略气体与缸壁之间的热交换，-。定容及定压燃烧加热燃气-工质从高温热源，将排气过程看成是工质向低温热源。 忽略工质的变化。二十、热力循环20.1 内燃机循环0122341pv大气压力线0501234pv05(1)二十、热力循环20.1 内燃机循环SVPSVSVPSV1 12 2：可逆绝热压缩过程；可逆绝热压缩过程；2 23 3：可逆定容加热过程；可逆定容加热过程；3 34 4：可逆定压加热过程；可逆定压加热过程；4 45 5：可逆绝热膨胀过程；可逆绝热膨胀过程； 5 51 1：可逆定容放热过程可逆定容放热过程。该循环称为该循环称为，又称为，又称为。是压缩式内燃机的理想热力循环。其特点是其加

4、热是压缩式内燃机的理想热力循环。其特点是其加热过程由定容加热和定压加热两部分组成。过程由定容加热和定压加热两部分组成。二十、热力循环20.1 内燃机循环为了说明内燃机的工作过程对循环热效率的影响，引入下列内燃机的特性参数： SVPSVSVPSV12v v 32pp 43vv 表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 表示定容加热过程工质压力升高的程度。 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。 压缩比：定容升压比：定压预胀比：二十、热力循环20.1 内燃机循环如果已知进气状态1（即初态）以及、等参数，假设气体工质为1kg，比热为定值。在混合加热循环中，工质从高温热源吸收的热量q q1 1:1v32p43

5、qcTTcTT工质向低温热源放出的热量q q2 2:2v51qcTT混合加热循环热效率t：net122t1111wqqqqqq pvkcc5132431TTTTTT 二十、热力循环20.1 内燃机循环由可逆绝热过程1-2得：1112112vTTTv由可逆定容过程2-3得：133212pTTTp 由可逆定压过程3-4得：1443313vTTTTv 由可逆绝热过程4-5得：11134254441511kkvvvTTTTTvvv 二十、热力循环20.1 内燃机循环将各点温度代入循环热效率表达式：51t3243111111TTTTTT 思考题：当=1或者=1时，混合加热循环的曲线会有什么变化，这时理想

6、循环曲线有什么特点？它的热效率公式如何变化？公式中，、k对热效率有什么影响关系？二十、热力循环20.1 内燃机循环当定压预胀比=1，状态3点和4点重合，称为定容加热循环，又称奥图（Otto）循环。t111 汽油机和柴油机的理想循环。定容加热循环的热效率为：t11111 二十、热力循环20.1 内燃机循环二十、热力循环20.1 内燃机循环（Stirling cycle）是把奥托循环的绝热变化过程改为两个等温过程。此循环是一种在试验中的外燃的往复运动的发动机，非内燃机。斯特林循环的理论热效率与在同温区工作的卡诺循环的相等。二十、热力循环20.1 内燃机循环2-3C和1-4C为等熵线。2-3S和1-

7、4S为等容线，1-3E和1-4E为等压线。压力线左移压力升高。斯特林循环的最高压力比卡诺循环的最高压力低。二十、热力循环20.1 内燃机循环斯特林的两个等温变化在中进行，两个等容变化是在回热器的热交换器中进行。这些热交换器的效率低，。所以作为斯特林发动机还没有，仅有。随着能源的多样化，斯特林机可以利用诸如生物质能、太阳能、焚烧垃圾能的外燃式能源，可能有潜在的高效率的优点，被重新受到重视。当升压比=1时，状态3点和2点重合，称为定压加热循环，又称为狄塞尔（Diesel）循环。定压加热循环热效率为：11111t 早期低速柴油机就属于这情况，现在已淘汰。t11111 二十、热力循环20.1 内燃机循

8、环1）压缩比 的影响 t t提高压缩比是提高内燃机循环热效率的主要途径之一 。汽油机，油气混合物，压缩比过高，易爆震，受限制。柴油机，纯空气，不存在爆震，但压缩比过大，易使机件受损。汽油机，通常=6 10柴油机，通常=14 22二十、热力循环20.2 影响内燃机理想循环热效率的主要因素2）绝热指数 的影响 t t 值大小取决于工质的种类和温度 。对同种工质， 值随温度的增加而减小，但变化范围不大。二十、热力循环20.2 影响内燃机理想循环热效率的主要因素3）升压比升压比 和预胀比和预胀比 的影响的影响 tt当压缩比 和绝热指数 一定时，t二十、热力循环20.2 影响内燃机理想循环热效率的主要因

9、素二十、热力循环20.3 平均有效压力、功率和燃料消耗率四冲程内燃机四冲程内燃机示功图示功图图示平均压力：FLWpii图示功率：kWFLnjpNii60000四冲程kWFLnjpNii600002二冲程kWFLnjpNii60000图示热效率：flfmiiHqN,3600图示燃料消耗率：fliifmfiHNqg63,106 . 310二十、热力循环20.3 平均有效压力、功率和燃料消耗率实际内燃机的循环过程与理论循环的差异：实际内燃机的热效率比理论热效率低。燃烧过程：上止点时不能瞬间燃烧完毕。吸气、排气过程：吸入气体要消耗功。排气开始：排气阀在下止点前打开，循环又产生圆形损失。气缸壁的传热：气

10、缸壁需冷却，产生热损失。二十、热力循环11111t 111tk 1111(1)ktkk 1二十、热力循环 (1) 掌握活塞式内燃机的循环工作过程。（2）掌握四种理想循环的构成。（3）了解理想循环效率的影响因素及提高循环效率的途径。例题：以1kg空气为工质的混合加热循环，压缩开始时压力p1=0.1MPa、温度T1=300K、压缩比 =15，定容下加入热量为700kJ，定压下加入的热量为1160kJ。试求：循环的最高压力循环的最高温度循环热效率循环净功tnetmaxTmaxpp1=0.1MPa， T1=300KkJq70032kJq11604315解：循环的最高压力：1111vTmRvpg221/vvv212112TvvTTk22112pvvppk32332TTTcqv