工程热力学-第五章气体动力循环课件

第五章

气体动力循环GasPowerCycle动力循环研究目的和分类动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功按工质气体动力循环：内燃机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体研究目的：合理安排循环，提高热效率气体动力循环分类按结构活塞式叶轮式汽车，摩托，小型轮船航空，大型轮船，移动电站联合循环的顶循环pistonengineGasturbinecycle气体动力循环分类点燃式

sparkignition按点燃方式：按冲程数：四冲程

four-stroke压燃式

compressionignition二冲程

two-stroke动力循环研究方法实际动力循环非常复杂不可逆，多变指数变化，燃烧等

工程热力学研究方法，先对实际动力循环进行抽象和理想化，形成各种理想循环进行分析，最后进行修正。活塞式内燃机动力循环一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）空气废气吸气压缩膨胀排气IntakeCompressionExpansionExhaustIntakevalveExhaustvalve油四冲程高速柴油机工作过程1230—1

吸空气pV一般n=1.34~1.37柴油自燃t=335℃p02’01—2’多变压缩p2’=3~5MPat2’=600~800℃2’喷柴油2

开始燃烧2—3

迅速燃烧，近似Vp↑5~9MPaAutoiginition四冲程高速柴油机的理想化123451.工质pVp01’2’0工质数量不变定比热理想气体P-V图p-v图2.0-1和1’-0抵消开口闭口循环3.燃烧外界加热4.排气向外界放热5.多变绝热6.不可逆可逆理想混合加热循环的计算12345Ts吸热量放热量热效率理想混合加热循环的计算12345Ts热效率理想混合加热循环的计算12345Ts热效率各因素对混合加热循环的影响1、当

、不变受气缸材料限制一般柴油机潜艇用氦气，k=1.66各因素对混合加热循环的影响2、当不变注意：图示的研究方法不必记忆的复杂式12345pv柴油机与汽油机动力循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式汽油机，点燃式定容加热循环的计算1234Ts吸热量放热量热效率定容加热循环的计算1234Ts热效率柴油机与低速柴油机循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式定压加热循环（狄塞尔Diesel循环)1234pv1234Ts定压加热循环的计算热效率当

不变当

不变活塞式内燃机循环比较比较的条件压缩比吸热量反映气缸结构尺寸、工艺材料反映作功量（马力）最高压力反映材料耐压、壁厚、成本最高压力反映材料耐温比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热和相同Ts平均温度法3m4m123v4v3p4p和相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m斯特林（Stirling)循环冷气室热气室加热器冷却器AB回热器1-2T

压缩2-3V

吸热3-4T

膨胀4-1V

放热斯特林循环图示12341234pvTs概括性卡诺循环核潜艇，制冷勃雷登循环（BraytonCycle）用途：

航空发动机尖峰电站移动电站大型轮船联合循环的顶循环勃雷登循环示意图和理想化1234压气机燃气轮机燃烧室1）工质：数量不变，定比热理想气体理想化：2）闭口循环3）可逆过程CombustionchamberCompressorTurbinepvTs12341234T-sandP-vdiagramsfortheidealBraytonCycle勃雷登循环的计算Ts1234吸热量：放热量：热效率：勃雷登循环热效率的计算Ts1234热效率：热效率表达式似乎与卡诺循环一样勃雷登循环热效率的计算Ts1234热效率：定义：压比Pressureratio勃雷登循环净功的计算Ts1234定义：循环增温比对净功的影响Ts12343’4’当不变不变但T3受材料耐热限制对净功的影响Ts当不变太大太小存在最佳，使最大最佳增压比（w净）的求解Ts令最大循环净功燃气轮机的实际循环Ts1234压气机：

不可逆绝热压缩燃气轮机：不可逆绝热膨胀2’4’定义：压气机绝热效率燃气轮机相对内效率燃气轮机的实际循环的净功Ts12342’4’净功吸热量燃气轮机的实际循环的热效率Ts12342’4’热效率影响燃气机实际循环热效率的因素··一定，·一定，有最佳

·右移和的关系>地面上，尺寸次要，省燃料，取空中，尺寸重要，取提高受材料耐热限制取最佳有无其它途径？提高勃雷登循环热效率的其他途径2若使T4T4在500oC以上134Ts不可能如果T4>T2预热空气，回热一、回热Regeneration勃雷登循环回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室回热器4R2ARegenerator回热在Ts

图上的表示2134Ts4R2R2A理想回热：实际回热:定义：回热度一般取0.6~0.92R4R2AEffectiveness压气机间冷intercooling的图示1234燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62’Intercooler压气机间冷在Ts图上的表示2134Ts2’65AB12341和62’256联合工作？结论：压气机间冷热效率的推导当间冷＋回热示意图134燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62’回热器4R2RIntercoolerRegenerator间冷＋回热在Ts图上的表示2134Ts2’654R2R结论：再热reheating示意图1234’压气机燃气轮机燃烧室1燃烧室23’5Reheater再热在Ts图上的表示213Ts3’4’45结论：再热＋回热示意图1234’压气机燃气轮机燃烧室2回热器燃烧室14R2R53’Reheat-regenerativecycle再热＋回热在Ts图上的表示213Ts3’4’4结论：54R2R再热+间冷+回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器间冷器燃烧室12R4R结论：再热+间冷+回热在Ts图上的表示3Ts2142R4R无穷多级的极限情况2134Ts两个等温过程两个等压过程+回热概括性卡诺循环级数越多，越复杂，造价越高，一般2~3级Ericssoncycle第五章小结Summary燃气轮机循环：理想循环和实际循环的计算和比较活塞式内燃机循环：(特点、计算、比较)提高热效率的手段：回热间冷+回热再热+回热动力循环问题讨论(1)1、为了提高效率，燃气轮机的废气能否再继续膨胀作功，能否废气不放热再压缩再膨胀作功不能使可逆时，不可逆时，p0pv1234动力循环问题讨论