工程热力学六动力装置循环

工程热力学六动力装置循环第1页，共40页，2023年，2月20日，星期四

水蒸气做为工质的卡诺循环相同温差间，卡诺循环热效率最大。一、采用水蒸气的原因气体为工质，定温加热和放热很难进行；水蒸气吸热汽化和放热凝结很容易定温进行。二、不采用卡诺循环原因：水和汽混合物-湿蒸汽进行绝热压缩很难。第2页，共40页，2023年，2月20日，星期四§6-1

蒸汽动力装置最理想循环

－朗肯循环

一．装置组成及流程

主要由锅炉（含过热器）、汽轮机、凝汽器及给水泵等设备组成。工作流程如图所示。工质为水蒸汽。

二．工作原理第3页，共40页，2023年，2月20日，星期四第4页，共40页，2023年，2月20日，星期四第5页，共40页，2023年，2月20日，星期四其工作原理为：

１→２过程来自锅炉及过热器的过热水蒸汽１在汽轮机中可逆绝热膨胀对外输出机械功ｗs1＝ｈ1－ｈ2然后变为湿饱和蒸汽（乏汽）２。

２→３过程乏汽在凝汽器内定压、定温冷却凝结放热ｑ2＝ｈ2－ｈ3然后变为饱和水３，冷凝放热量由冷却水带走。

第6页，共40页，2023年，2月20日，星期四３→4过程给水泵消耗机械功ｗs2＝ｈ4－ｈ3将饱和水可逆绝热压缩至未饱和水４。

4→５→6→１过程未饱和水在锅炉内定压加热至干饱和蒸汽５，然后经过热器定压加热后变为过热蒸汽１。此过程中水的总吸热量为ｑ1＝ｈ1－ｈ4。

第7页，共40页，2023年，2月20日，星期四三．郎肯循环热效率厂、汽耗率

1.循环热效率2.汽耗率d=3600/h1-h2第8页，共40页，2023年，2月20日，星期四四、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响提高朗肯循环热效率的基本途径是提高工质的平均吸热温度和降低平均放热温度。从改变工质参数角度上来讲有：1提高新汽（即过热蒸汽）的初压力、初温度以提高平均吸热温度；2降低乏汽压力以降低平均放热温度；但分别受到材料耐压耐热性能、汽轮机安全运行对乏汽干度的要求以及环境冷却水温度等各方面因素的影响。

第9页，共40页，2023年，2月20日，星期四最有得的措施是在不改变新汽初压力、初温及乏汽压力的前提下，从改善朗肯循环本身入手，采取一系列措施，如：采用所谓“回热”、“再热”等措施，来提高循环的平均吸热温度。另外，可以采取“热电联产”措施来提高热能利用的有效利用率。第10页，共40页，2023年，2月20日，星期四§6–2往复式内燃机的动力循环

分析动力循环的一般方法A.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，寻求提高经济性的方向及途径。B.分析动力循环的一般步骤1）实际循环（复杂不可逆）抽象、简化,影响经济性的主要因素和可能改进途径指导改善实际循环2）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。第11页，共40页，2023年，2月20日，星期四

C.分析动力循环的方法

1.实际过程简化为可逆理想循环，在p-v图,T-s图上表示。2.确定理想循环各过程交点的状态参数，和循环特性参数。3.进行循环性能分析，确定循环整体性能的各种指标，分析循环特征参数对循环的影响。第12页，共40页，2023年，2月20日，星期四一、机械喷射式柴油机工作过程：混合加热循环（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＋强制排气过程第13页，共40页，2023年，2月20日，星期四理想化：1、热力过程的理想化

①进气过程→0-1定压线；②压缩过程→1-2定熵压缩；③燃烧过程→2-3定容加热＋3-4定压加热（外热源加热）；④膨胀过程→4-5定熵膨胀；⑤排气过程→5-1定容放热＋1-0定压线；第14页，共40页，2023年，2月20日，星期四2、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）得到如下理论循环：第15页，共40页，2023年，2月20日，星期四4、内燃机的特性参数以及各点的状态参数：

特性参数：①压缩比：②压力升高比：③定压予胀比：第16页，共40页，2023年，2月20日，星期四状态参数：1-2为绝热过程2-3为定容过程3-4为定压过程4-5为绝热过程第17页，共40页，2023年，2月20日，星期四

5、混合加热循环的热效率：

代入特性参数得：第18页，共40页，2023年，2月20日，星期四可见：①②由图可见，ε、λ↑→Tm1↑，所以热效率ηt↑。第19页，共40页，2023年，2月20日，星期四予胀比ρ对热效率ηt影响的分析ρ—描述了定压过程中加热量的多少，加热量↑→ρ↑4‘显然，在3-4（4’）的加热过程伴随膨胀过程同时进行，因而，不同时刻加入系统的热量转换为功量的机会是不相同的。3点假如的热量在整个膨胀过程中均有机会转换为功，而随后加入的热量转换为功量的机会越来越少，在4‘点加入的热量转换为功的机会为零。可见ρ↑→ηt↓。第20页，共40页，2023年，2月20日，星期四6、混合加热循环的循环净功为利用循环中各状态间的参数关系，可以得到：可见：第21页，共40页，2023年，2月20日，星期四二、定容加热循环1.定容加热循环（奥图循环）：汽油机理想循环

特点：ρ＝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：第22页，共40页，2023年，2月20日，星期四可见：第23页，共40页，2023年，2月20日，星期四三、定压加热循环（笛塞尔循环）早期柴油机的理想循环

特点：λ＝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：第24页，共40页，2023年，2月20日，星期四第25页，共40页，2023年，2月20日，星期四平均温度概念：假想定温加热过程与原来的加热过程的熵和热量变化相同时的温度。1、压缩比相同、放热量相同比较；四内燃机三种理想循环的比较第26页，共40页，2023年，2月20日，星期四2、最高压力相同、最高温度相同比较：第27页，共40页，2023年，2月20日，星期四内燃机循环平均压力Pt1.定义：以汽缸工作体积VS为底作为矩形，使之面积等于示功图面积，矩形高度就是平均压力。2.Pt是单位汽缸体积的作功能力，是衡量各类内燃机作功能力的一个重要指标。3.Pt大小主要取决于工作循环进行的完善程度。由状态方程和热效率得；Pt=mq1ηt/Vs=p1q1

ηt/RT1P1q1

ηt

提高T1下降，平均压力升高。第28页，共40页，2023年，2月20日，星期四4.影响因素：（1）吸入一定空气量，喷入燃油量是一定的，循环加热量q1基本不变，对Pt影响不大；（2）循环热效率ηt的提高值很小，对Pt影响不大；（3）现代柴油机利用废气涡轮增压器提高空气压力p1；（4）利用空气冷却器降低空气温度T1。第29页，共40页，2023年，2月20日，星期四§6–3燃气轮机装置的理想循环一、定压加热燃气轮机循环（勃雷登循环）燃气轮机装置闭式燃气轮机装置第30页，共40页，2023年，2月20日，星期四燃气轮机装置循环的四个过程：①绝热压缩过程（压气机）；②定压加热过程（燃烧室、加热器）；③绝热膨胀过程（燃气轮机、气轮机）；④定压放热过程（大气、冷却器）。第31页，共40页，2023年，2月20日，星期四（一）循环特性参数：

增压比—π=p2/p1

最高温度—T3

升温比—τ=T3/T1参数关系：循环加热量：循环放热量：第32页，共40页，2023年，2月20日，星期四（二）循环热效率：将参数关系代入，有：可见，π↑

，热效率提高。（三）功量—燃气轮机轴功：第33页，共40页，2023年，2月20日，星期四压气机耗功：可见w0仅为增压比π的函数，当π为时循环净功W0有极大值。第34页，共40页，2023年，2月20日，星期四（二）、燃气轮机的实际循环压气机耗功：燃气轮机轴功：循环热效率：第35页，共40页，2023年，2月20日，星期四可见：①升温比②当、、一定时，随着增压比的提高，循环热效率有一个极大值。

③第36页，共40页，2023年，2月20日，星期四（三）、提高热效率的措施（1）燃气轮机装置的回热循环1-2—压气机中的绝热压缩过程；2-6—回热器中的定压预热过程；6-3—燃烧室中的定压加热过程；3-4—燃气轮机中的绝热膨胀过程；4-5—回热器中的定压放热过程；5-1—大气中的定压放热过程。第37页，共40页，2023年，2月20日，星期四理想情况下，空气从T2

升温至T4，实际只能达到T6。定义：回热度：比热为定值时，上式可写为：第38页，共40页，2023年，