热力循环与热工设备简介

1、第9章 热力循环与热工设备简介本章要求：熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。·9.1内燃机的基本构造及循环一、内燃机的基本构造往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。1.汽缸气缸是一个圆筒形金属机件。密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往

2、复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。2.活塞活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆

3、身作复杂的摇摆运动。3.曲轴曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将膨胀行程所作的功，通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去。飞轮能储存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲轴旋转均匀。为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动，在曲轴的曲柄上还适当装置平衡质量。二、内燃机的工作过程与原理1.进气冲程此时，活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，同时，进气门开启，排起门关闭。当活塞由上止点向下止点移动时，活塞上方的容积增大，气缸内气体压力下降，形成一定的真空度。由于进气门开启，气缸与进气管相通，混合气被吸入汽缸。当活塞移动到下止点时，汽缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。空气由空气滤清

4、器经进气道上的化油器，将汽油吸入并雾化成细小的油粒与空气混合，即形成可燃混合气，而后进入汽缸。2.压缩冲程活塞由下止点移动到下止点，进排气门关闭。曲轴在飞轮惯性力的作用下带动旋转，通过连杆推动活塞向上移动，汽缸内的气体容积逐渐减小，气体被压缩，汽缸内的混合压力与温度随着升高。3.燃烧膨胀冲程此时，进排气门同时关闭，火花塞点火，混合气剧烈燃烧，汽缸内的温度、压力急剧上升，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个过程中，只有这个在行程才实现热能转化为机械能，所以，这个行程又称为作工行程。4.排气冲程此时，排气门打开，活塞从下止点移动到上止点，废气随着活塞的上行，被排

5、出气缸。由于排气系统的阻力，且燃烧室也有一点定的容积，所以在排气终了，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。三、内燃机的理想循环 1.定容加热循环 定容加热循环（奥图循环） 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： 2.混合加热循环混合加热循环又称为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

6、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） 3.定压加热循环定压加热循环（笛塞尔循环）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：9.2制冷装置及循环制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称致冷。为了保持或获得低温，必须从冷物体或致冷空间把热量带走，致冷装置便是以消耗能量(功量或热量)为代价来实现这一目标的设备。一、逆卡诺循环逆卡诺循环：它由两个等温过程和两个绝热过

7、程组成。假设低温热源（即被冷却物体）的温度为T0，高温热源（即环境介质）的温度为Tk, 则工质的温度在 吸热过程中为T0， 在放热过程中为Tk, 就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差，即传热是在等温下进行的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其循环过程为： 首先工质在T0下从冷源（即被冷却物体）吸取热量q0，并进行等温膨胀4-1，然后通过绝热压缩1-2，使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk, 再在Tk下进行等温压缩2-3，并向环境介质（即高温热源）放出热量qk, 最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由Tk 降至T0即使工质回到初始状态4，从而完成一个循环。二、蒸汽

8、式压缩制冷循环一、实际压缩式致冷循环蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气(过程1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却(过程2-3)，进一步在定压定温下凝结成饱和液体(过程3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀(又称节流阀或减压阀)经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。二、致冷剂的压焓图(lgp-h图)原理：以致冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：定焓(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线. 蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h图上的表示：1-2表示压缩机中的