发动机原理 第二章 发动机理想循环

1、第二章第二章 发动机性能发动机性能第一节第一节 发动机理想循环发动机理想循环n一、三种理想循环模型一、三种理想循环模型n1. 研究的目的研究的目的n 将模型经过抽象处理，可定量或定性分析影响各性能指标的某些重要因素，从而找到提高各性能指标的一般一般途径。n2. 模型简化条件模型简化条件n四假设：四假设：工质为理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同（如绝热指数k=1.4）；闭口系统；压缩、膨胀为绝热过程；加热为定容或或定压过程，放热为定容过程。n3. 三种理想循环模型三种理想循环模型n由实际发动机加热过程的特点，通过简化将理想循环模型划分为三种：na）混合（先定容，后定压）加热循环）

2、混合（先定容，后定压）加热循环高速柴油机高速柴油机nb）定容加热循环）定容加热循环汽油机汽油机nc）定压加热循环）定压加热循环高增压和低速大型柴油机高增压和低速大型柴油机n二、评定循环好坏的指标二、评定循环好坏的指标n1. 经济性循环热效率（ t ）1212111QQQQQQwtt也可定义式n 由“热力学”所学知识，可推导出三种加热循环热效率公式。）（）（）（混合加热循环1111111kkktm压缩比：压力升高比： 预胀比：绝热指数：1 cavv1 czpp1 zzvv4 . 1 vpcc参数说明参数说明）（定容加热循环时，有：）式中，当在（211111ktv）（）（）（混合加热循环11111

3、11kkktm参数说明：参数说明：压缩比：Va / Vc压力升高比：pz / pc 预胀比：vz / v z绝热指数：cp / cvaczbTSQ1Q2）（）（定压加热循环时，有：）式中，当在（31111111kkktp参数说明：参数说明：压缩比：Va / Vc压力升高比：pz / pc 预胀比：vz / v z绝热指数：cp / cvbTSbQ1Q2acz）（）（）（混合加热循环1111111kkktmn2. 影响经济性的各因素n： ，三种加热循环的热效率t 均提高；n： ，三种加热循环的热效率t 均提高； n 多原子气体的 =1.33，双原子气体 =1.4。n启示：启示：稀混合气稀混合气

4、值大，热效率提高；浓混合气值大，热效率提高；浓混合气 值小。值小。n： na. 在定容加热过程中，对t 无影响，见（2）式n原因分析：原因分析：吸热量和放热量有顺变关系顺变关系存在：)2(111112kvvtvQQ: :定容加热循环定容加热循环) 1() 1(211avvkavvTmcQTmcQnb. 在混合加热过程中在混合加热过程中n当Q1= Q1v + Q1p=常数、 =常数， ，意味Q1v ，Q1p，则Q2v ，t m 。 n ：na.在定压加热过程中在定压加热过程中n当 =常数， ，从（3）式可看出tp 。nb.在混合加热循环中在混合加热循环中n当Q1= Q1v + Q1p=常数、 =

5、常数， ，意味Q1v ， Q1p ，则Q2v ，tm 。 启示启示：在高速柴油机中，应设法加大定容加热部分的热量。在高速柴油机中，应设法加大定容加热部分的热量。 措施如：措施如：加大前期喷油量、柴油细化；与空气混合要好，加大前期喷油量、柴油细化；与空气混合要好，才能加快前期燃烧，避免后期燃烧过长。才能加快前期燃烧，避免后期燃烧过长。)3(11111）（kkktp: :定定压压加加热热循循环环n3. 三种热循环热效率比较三种热循环热效率比较n1）准备知识na.热效率在TS 图上的表达：循环12341Q1TS1 2Q2 TS341 21212111QQQQQQwtt也可也可热效率：热效率：nb.两

6、种热循环热效率大小在两种热循环热效率大小在TS 图上的比较方法图上的比较方法n循环12341和循环1 2 3 41 ，当其吸热量均相等时，谁的热效率更高？433TS1 21 2433TS1 21 2即： Q （吸）（吸）12341 =+ Q （吸）（吸） 1 2 3 41 =+ 有推论： =分析：分析：要使Q （吸）（吸）12341 =Q （吸）（吸） 1 2 3 41 ，应使12线和1 2 线以下与横坐标围成的面积相等，n 再看再看放热线放热线：n循环12341的放热线为：34线以下与横坐标之间围成的面积；而循环1 2 3 41 的放热线为： 3 4线以下与横坐标之间围成的面积。从左图看出3

7、 4线以下围成的面积比34线以下围成的面积更大。433TS1 21 2判别出：判别出：t 12341 t 1 2 3 41 433TS1 21 2多出多出部分部分n2）三种理想热循环热效率比较）三种理想热循环热效率比较n第一种情况：当Q1= 常数、 =常数（12线段长度不变线段长度不变）n12341 ： 定容加热循环定容加热循环n12341： 定压加热循环定压加热循环n有：Q2p Q2v123344TS放热线放热线吸热线吸热线43mn于是有：n Q2p Q2m Q2v t v t m t p 注意：注意： 汽Q2p234m23吸热线吸热线1TS4放热线放热线423“定压线定压线”缓慢上升缓慢上

8、升“定容线定容线”快速上升快速上升于是有： Q2v Q2m Q2p t p t m t v12m341： 混合加热循环混合加热循环n4. 动力性动力性循环平均压力循环平均压力（pt）可理解为：可理解为：单位气缸工作容积下的循环净功。它是重要的动力性指标之一。同时，也表明了发动机气缸工作容积利用率气缸工作容积利用率的高低。tsstVQVwp1（气缸工作容积）（工质所做循环净功）定义式：定义式：a.a.nb. 三种加热循环三种加热循环平均压力表达式平均压力表达式tsstVQVwp1定义式：tmaktmkkpp)1(111tvaktvkpp)1(11tpaktpkkpp)1(11式中式中 pa 压缩

9、起点压力压缩起点压力) 1 () 1(111tmaktmkkpp)2() 1(11tvaktvkpp)3() 1(11tpaktpkkpp从纯数学关系中可看出从纯数学关系中可看出 当pa 、 、 、 、 、t 时，则pt ；在混合加热循环中在混合加热循环中当Q1= Q1v + Q1p=常数、 =常数， ，意味Q1p ， Q1v , 则Q2v ，tm 。根据ptm定义式可得：ptm 。mtssmtVQVwp1定义式：c.讨论讨论在定容循环中在定容循环中当 ，虽然tv=常数常数，但根据（2）式有：ptv 。)2() 1(11tvaktvkppQ1v() Q1v() 加热量不变，压缩比不变，加热量不变，压缩比不变，热效率提高（循环，热效率提高（循环aczba）。）。Q1v() Q1v() 在绝热过程中，当压缩比为定值，压缩起点一样时，其在TS图上的线段等长，且位置一样。证毕不变。时，、当有：22111221121212121212121221120TCCTTTvvvvTTvvLnRTTLncvvLnRTTLncvvLnRTTLncsssRCRRCvvvvv熵变通式：熵变通式：由由本结小节：本结小节：1.根据实际发动机循环特点，说明了将发动机理想循环抽象为三种理想循环模型的理由；建立了循环好坏评定的动、经性指标。2.根据热力学基础所获知识，建