第六章 气体动力循环

1、第六章第六章 气体动力循环气体动力循环动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类气体动力循环分类气体动力循环分类按结构按结构活塞式活塞式叶轮式叶轮式小型汽车，摩托小型汽车，摩托中、大型汽车，火车，轮船中、大型汽车，火车，轮船移动电站移动电站汽油机汽油机点燃式，压燃式点燃式，压燃式汽车，摩托，小型轮船汽车，摩托，小型轮船按燃料按燃料航空，大型轮船，移动电站航空，大型轮船，移动电站柴油机柴油机煤油机煤油机航空航空按点燃方式：按点燃方式：活塞式汽车发动活塞式汽车发动机构造机构造火花塞火花塞 2-气缸盖气缸盖 3-出水出水口口 4-气缸气缸 5-活塞活塞 6-水套水套 7-水泵水泵 8-活塞销活塞销

2、 9-进水进水口口 10-连杆连杆 11-飞轮飞轮 12-曲轴曲轴 13-机油管机油管 14-曲轴箱曲轴箱 15-机油泵机油泵 16-曲曲轴正时齿轮轴正时齿轮 17-凸轮正凸轮正时齿轮时齿轮 18-凸轮轴凸轮轴 19-排排气管气管20-进气管进气管 21-进气门进气门 22排气门排气门 23-化油器化油器 开式循环开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆不可逆； 各环节中工质各环节中工质质量、成分稍有变化质量、成分稍有变化。1活塞式内燃机循环特点活塞式内燃机循环特点61 活塞式内燃机的混合加热循环活塞式内燃机的混合加热循环2、活

3、塞式内燃机循环的简化、活塞式内燃机循环的简化01 吸气吸气12 压缩压缩23 喷油、燃烧喷油、燃烧34 燃烧燃烧45 膨胀作功膨胀作功50 排气排气简化简化：引用空气标准假设：引用空气标准假设燃烧燃烧2-3等容吸热等容吸热+3-4定压吸热定压吸热排气排气5-1等容放热等容放热压缩、膨胀压缩、膨胀1-2及及4-5等熵过程等熵过程吸、排气线吸、排气线重合、忽略重合、忽略燃油质量燃油质量忽略忽略燃气成分改变燃气成分改变忽略忽略3 活塞式内燃机的理想循环活塞式内燃机的理想循环1. p-v图及图及T-s图图12 等熵压缩；等熵压缩；23 等容吸热；等容吸热；34 定压吸热；定压吸热；45 等熵膨胀；等熵

4、膨胀；51 定容放热定容放热特性参数特性参数：12vv32pp43vv压缩比压缩比(compression ratio)定容增压比定容增压比(pressure ratio)定压预胀比定压预胀比 (cutoff ratio)2. 循环热效率循环热效率nett1wqnetnet12wqqq342343321TTcTTcqqqpV15152TTcqqV512t1324311TTqqTTTT 512t1324311TTqqTTTT 、 、111211212vTTTv13321223pTTTp14431334vTTTv551151pTTp利用利用表示表示t1 1225544p vp vp vp v；两式

5、相除，考虑到两式相除，考虑到325134vvvvpp5344412323pppvvppvpvt11111 5511pTTp51TT51t32431TTTTTT 把把T2、T3、T4和和T5代入代入求求15pp讨论讨论：)a) c归纳：归纳： a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。 b.利用利用T-s图分析循环较方便。图分析循环较方便。 c.同时考虑同时考虑q1和和q2或或T1m和和T2m平均。平均。)btttt11111 一、定容加热理想循环

6、一、定容加热理想循环(Otto cycle)62 活塞式内燃机的定容加热循环和定压加热循环活塞式内燃机的定容加热循环和定压加热循环231TTcqV142TTcqV23141211TTTTqqt21vv121232141121111111ktTTTTTTTTqq讨论：讨论：t)anet);tbw不变，但c ) 重负荷（重负荷（q1 ）时内部热效）时内部热效率下降，率下降，因温度上升使因温度上升使 ，造，造成热效率下降成热效率下降二、定压加热理想循环二、定压加热理想循环(Diesel cycle)2t11qq 41t321TTTT 142TTcqV231TTcqpt11111 21vv23vv讨论

7、：讨论：tnet)awnet)tbw63 活塞式内燃机各种循环的比较活塞式内燃机各种循环的比较一、进气状态、压缩比相同，吸热量相同时的比较一、进气状态、压缩比相同，吸热量相同时的比较 111vmpqqq或或pmvTTT222pmvqqq222tvtmtppmvTTT111二、进气状态、循环二、进气状态、循环pmax、Tmax相同时的比较相同时的比较 222pmvqqq或或vmpTTT222vmpqqq221t,t,t,pmvvmpTTT1116-5 燃气轮机装置循环燃气轮机装置循环一、燃气轮机装置简介一、燃气轮机装置简介(轴流式燃气轮机轴流式燃气轮机 ) 小型燃气轮机小型燃气轮机构成构成 压气

8、机压气机 燃烧室燃烧室 燃气轮机燃气轮机特点特点 1.开式循环，工质流动；开式循环，工质流动； 2.运转平稳，连续输出功；运转平稳，连续输出功； 3.启动快，达满负荷快；启动快，达满负荷快； 4.压气机消耗了燃气轮机产生压气机消耗了燃气轮机产生的部分的部分功率功率。 用途用途飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组(等。等。二、定压加热理想循环二、定压加热理想循环1-2 等熵压缩（压气机内）等熵压缩（压气机内）2-3 定压吸热（燃烧室内）定压吸热（燃烧室内）3-4 等熵膨胀（燃气轮机内）等熵膨胀（燃气轮机内）4-1 定压放热（排气，假想换热器）定压放热（排气

9、，假想换热器）21pp循环增压比循环增压比32TT 循环增温比循环增温比三、定压加热理想循环分析三、定压加热理想循环分析1.热效率热效率t321323232tpmtpqhhcTTcTT1212113434ppTTppTT2314pppp2134TTTT212314TTTTTT1t21111TT 注意注意：式中式中T1、T2并非指高温并非指高温 热源，低温热源。热源，低温热源。141414241TTcTTchhqpttpm241t13211qTTqTT 四四 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施提高燃气轮机装置热效率的热力学措施(一）一）回热（回热（regeneration） 讨论讨论182731

10、) 1TTcqTTcqpp回回22tt,1111qTqT 回回回回回分级压缩，中间冷却分级压缩，中间冷却 （multistage compression ， intervening cooling ）（二二） 分级压缩，中间冷却分级压缩，中间冷却回热基础上回热基础上压气机耗功很大压气机耗功很大分级压缩可降低压气机耗功分级压缩可降低压气机耗功循环循环12341：t111循环循环1567341：循环循环12341循环循环67256循环循环67256：tt1111 采用分级压缩，中间冷却后采用分级压缩，中间冷却后t ？+t1567341t12341回热基础上分级压缩中间冷却回热基础上分级压缩中间冷却

11、net,1567341net,12341ww12341, 11567341, 1qqt,1567341t,12341（三三）、回热基础上分级膨胀，中间加热、回热基础上分级膨胀，中间加热循环循环12389101= 循环循环127101- -循环循环37983若无回热若无回热t,12341t,127101若回热若回热 循环循环12389101与循环与循环12341 比较比较T1m上升，上升，T2m下降下降t,12389101t,12341t,2389101t,127101t,2389101t,12341（四）（四）回热基础回热基础上上 分级压缩，中间冷却；分级膨胀，中间加热分级压缩，中间冷却；分级膨胀，中间加热 当分级压缩中间冷却；分级膨胀中间再热，