第五章 气体动力循环

1、1第五章第五章 气体动力循环气体动力循环 Gas power cycles5-1 分析动力循环的一般方法分析动力循环的一般方法5-2 活塞式内燃机实际循环的简化活塞式内燃机实际循环的简化5-3 活塞式内燃机的理想循环活塞式内燃机的理想循环5-4 活塞式内燃机几个理想循环的热力学比较活塞式内燃机几个理想循环的热力学比较251 分析动力循环的一般方法分析动力循环的一般方法一、分析动力循环的目的一、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，在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性，寻求提高经济性的方向及途径。寻求提高经济性的方向及途径。二、分析动力循环的一般步骤二

2、、分析动力循环的一般步骤 1. 实际循环（复杂、不可逆）实际循环（复杂、不可逆）抽象、简化抽象、简化可逆理想循环可逆理想循环分析可逆循环分析可逆循环影响经济性的主要因素和可能改进途径影响经济性的主要因素和可能改进途径实际循环实际循环指导改善指导改善2. 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际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、原因及改进办法损失的部位、大小、原因及改进办法3三、空气标准假设三、空气标准假设(the air-standard hypothesis)气体动力循环中工作流体气体动力循环中工作流体理想气体理想气体空气空气定比热定比热燃烧和排气过程燃烧和排气

3、过程吸热和放热过程吸热和放热过程燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计452 活塞式内燃机实际循环的简化活塞式内燃机实际循环的简化一、活塞式一、活塞式内燃机内燃机(internal combustion engine)简介简介1分类分类：按燃料：煤气机按燃料：煤气机(gas engine) 汽油机汽油机(gasoline engine; petrol engine) 柴油机柴油机(diesel engine) 按冲程：二冲程按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程四冲程(four-stroke )按点火方式：点燃式按点火方式：点燃式(s

4、park ignition engine) 压燃式压燃式(compression ignition engine)501 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、忽略燃气成分改变燃气成分改变忽略忽略一、混合加热理想循环（柴油机）一、混合加热理想循环（柴油机） （萨巴德循环）萨巴德循环）61. p-v图及图及T-s图图12 等

5、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)一、混合加热理想循环（柴油机）一、混合加热理想循环（柴油机） （萨巴德循环）萨巴德循环）72. 循环热效率循环热效率nett1wqnet1 22 33 44 55 11 23 44 5wwwwwwwww或或netnet12wqqq11gg5213434141111RRppTpvvTpp3

6、42343321TTcTTcqqqpV15152TTcqqV8512t1324311TTqqTTTT 、 、111211212vTTTv13321223pTTTp14431334vTTTv551151pTTp利用利用表示表示t91 1225544p vp vp vp v；两式相除，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15pp10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

7、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 混合加热理想循环热效率混合加热理想循环热效率11二、定压加热理想循环二、定压加热理想循环(低压柴油机循环、汽车用高低压柴油机循环、汽车用高速柴油机循环速柴油机循环笛塞尔循环笛塞尔循环Diesel cycle)2t11qq 41t321TTTT t11111 142TTcqV231TTcqpt11111 2321vvvv12讨论：讨论：tn

8、et)awnet)tbw13三、定容加热理想循环三、定容加热理想循环(奥图循环奥图循环Otto cycle)2321ppvv14231TTcqV111111111t 142TTcqV23141211TTTTqqt2321ppvv15分析分析：当tt11111 混合加热理想循环混合加热理想循环压燃式内燃机压燃式内燃机=14-20=14-20点燃式内燃机点燃式内燃机=6.5-11=6.5-11问题：点燃式内燃机压缩比问题：点燃式内燃机压缩比比比压燃式内燃机压燃式内燃机小小1664 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一、压缩比一、压缩比相同，吸热量相同，吸热量q q1 1相同的条件下比较相同的条件下比较 111vmpqqq或或pm