热工基础第六章

热工基础第六章1第一页，共二十一页，编辑于2023年，星期三热能动力装置：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简称热机。

动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：蒸汽动力装置循环:气体动力装置循环:以蒸汽为工质的热机工作循环（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。以气体为工质的热机工作循环（如内燃机、燃气轮机等）。2第二页，共二十一页，编辑于2023年，星期三6-1

蒸汽动力装置循环

火力发电厂的蒸汽动力装置以水蒸气为工质，主要由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵四个设备组成。锅炉汽轮机冷凝器水泵冷却水过热蒸汽乏汽循环水发电机3第三页，共二十一页，编辑于2023年，星期三1.朗肯循环

朗肯循环是一个简化的理想蒸汽动力循环，由4个理想化的可逆过程组成：4-5-6-1：水与水蒸气在锅炉中的可逆定压加热过程；1-2：水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程；2-3：乏汽在冷凝器中的定压放热过程。3-4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程;4第四页，共二十一页，编辑于2023年，星期三2.

朗肯循环的净功及热效率在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功根据稳定流动能量方程式

每千克蒸汽在锅炉中的定压吸热量为根据热效率定义，可得朗肯循环的热效率为5第五页，共二十一页，编辑于2023年，星期三由于水的压缩性很小，水泵消耗的功与汽轮机作出的功相比甚小，可忽略不计，汽耗率：动力装置每输出1J功所消耗的蒸汽量单位：kg/J工程单位：kg/（kW·h)1kW·h=3600kJ1kg/J=3600kg/(kWh)

6第六页，共二十一页，编辑于2023年，星期三6-2活塞式内燃机循环气体动力循环分类：按结构活塞式：汽车，摩托，小型轮船航空，大型轮船，移动电站叶轮式：按燃料小型汽车，摩托中、大型汽车，火车，轮船，移动电站汽油机：柴油机：煤油机：航空点燃式、压燃式按点燃方式：按冲程数：二冲程、四冲程7第七页，共二十一页，编辑于2023年，星期三1.

活塞式内燃机实际循环与理想循环1）进气冲程0-1：活塞从汽缸上死点下行，进气阀开启，吸入空气。由于进气阀的节流作用，气缸内气体的压力约低于大气压力。

2）压缩冲程1-2：活塞到达下死点1时，进气阀关闭；活塞上行，压缩空气。

1－2’

为多变压缩，p2’=3~5MPa，t2’=600~800℃，2’

点开始喷进柴油，柴油自燃温度约为205℃。柴油机工作的4个冲程：(1)活塞式内燃机实际循环8第八页，共二十一页，编辑于2023年，星期三3）动力冲程2-3-4-5：2—3

柴油迅速燃烧，活塞在上死点移动甚微，近似定容燃烧，压力迅速升至5~9MPa。3—4

活塞下行，继续喷油、燃烧、近似定压膨胀，4点喷油停止，温度达1700~1800℃。4—5燃气膨胀作功，压力、温度下降，活塞到5点时，压力约

0.3~0.5MPa，温度约500℃。4）排气冲程5-0：活塞到下死点5时，排气阀打开，部分废气排出，而活塞移动极微，接近定容降压过程。活塞开始上行，将气缸中剩余气体排出，完成一个实际循环。9第九页，共二十一页，编辑于2023年，星期三对实际循环加以合理的抽象、概括和简化：1)

忽略实际过程中进、排气阀的节流损失；进气过程与排气过程互相抵消；认为废气与吸入的新鲜空气状态相同；忽略喷入的油量，假设一定量的工质在气缸中进行封闭循环。

2)

假定工质是化学成分不变、比热容为常数的理想气体—空气。3)忽略工质、活塞、气缸壁之间的热交换及摩擦阻力，认为工质的膨胀和压缩过程是可逆绝热的。

4)

将燃烧过程看成是工质从高温热源可逆吸热过程，将排气过程看成是工质向低温热源可逆放热过程。5)

忽略工质的动、位能变化。

(2)活塞式内燃机理想循环10第十页，共二十一页，编辑于2023年，星期三1－2：可逆绝热压缩过程；2－3：可逆定容加热过程；3－4：可逆定压加热过程；4－5：可逆绝热膨胀；5－1：可逆定容放热过程。

活塞式内燃机理想混合加热循环（萨巴德循环）11第十一页，共二十一页，编辑于2023年，星期三压缩比：升压比：预胀比：2.

活塞式内燃机理想循环分析为了说明内燃机的工作过程对循环热效率的影响，引入下列内燃机的特性参数：表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。表示定容加热过程工质压力升高的程度。表示定压加热时工质体积膨胀的程度。

12第十二页，共二十一页，编辑于2023年，星期三单位质量工质的吸热量：单位质量工质的放热量：循环热效率：（1）混合加热循环

13第十三页，共二十一页，编辑于2023年，星期三各点温度可由以下过程求得

：由可逆定容过程2－3得

：由可逆定压过程3－4得

：由可逆绝热过程4－5得

：由可逆绝热过程1－2得

：14第十四页，共二十一页，编辑于2023年，星期三将各点温度代入循环热效率表达式：

由上式可见，混合加热循环的热效率与多种因素有关，当压缩比

增加、升压比

增加以及预胀比

减少时，都会使混合加热循环的热效率提高。15第十五页，共二十一页，编辑于2023年，星期三（2）

定容加热循环

（奥图Otto循环)

汽油机和煤气机的理想循环循环热效率：定压预胀比：16第十六页，共二十一页，编辑于2023年，星期三（3）定压加热循环

（狄塞尔循环)

早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。循环热效率：定容升压比：17第十七页，共二十一页，编辑于2023年，星期三3.

影响内燃机理想循环热效率的主要因素（1）压缩比的影响汽油燃点低，易爆燃，压缩比受限制。提高压缩比是提高内燃机循环热效率的主要途径之一。柴油机热效率一般高于汽油机，但汽油机小巧。一般柴油机一般汽油机：18第十八页，共二十一页，编辑于2023年，星期三（2）绝热指数的影响

值大小取决于工质的种类和温度

。潜艇用氦气：19第十九页，共二十一页，编辑于2023年，星期三（3）升压比和预胀比的影响

当压缩比

和绝热指数

一定时