第9章-气体动力循环

第九章气体动力循环基本要求：掌握(动力)循环热力学分析的一般方法。掌握活塞式内燃机实际循环的热力学建模(物理建模)。熟练掌握活塞式内燃机理想循环的热力学分析，包括数学建模、热力性能分析。提出并理解提高循环热效率的方法。掌握燃气轮机动力装置实际循环的热力学建模(物理建模)。熟练掌握燃气轮机动力装置理想循环的热力学分析，包括数学建模、热力性能分析。提出并理解提高循环热效率的方法。主要任务：揭示热力学循环的能量利用完善程度与影响其循环性能的主要因素，给出评价和改进这些装置热力性能的方法与措施。19-1分析(动力)循环的一般方法一般方法：

1.分析实际循环的物理过程2.物理模型——热力过程，循环3.数学建模——定量分析(运用热力学第一、二定律、工质性质)4.分析总结——结论：指导实际循环熟练掌握：

1.物理建模——

p-v

图、T-s

图2.数学建模——热效率(经济性指标)3.提高热效率的措施或方法。29-2活塞式内燃机实际循环的简化汽油机柴油机四冲程内燃机二冲程内燃机多缸发动机单缸发动机双列式单列式水冷发动机风冷发动机用途：汽车、机车、轮船、发电机组应用广泛、工农业支柱内燃机装置示例种类繁多、形式多样、结构复杂3(1)内燃机、外燃机热动力装置中能量转化两个阶段：1、化学能→热能；2、热能→机械能内燃机(InternalCombustionEngine)两者发生在一起

外燃机(ExternalCombustionEngine)两者发生不在一起如蒸汽机9-2活塞式内燃机实际循环的简化1.一些术语(2)燃料(Fuel)：内燃机中携带化学能的物质如：汽油、柴油、煤油按燃料汽油机

Petrol(Gasline)Engine小型汽车，摩托车柴油机

DieselEngine中、大型汽车，火车，轮船，移动电站煤油机

KeroseneOilEngine航空(3)行程(Stroke)：活塞在气缸中从一个极端位置移动到另一个极端位置的距离

四冲程内燃机进气、压缩、膨胀、排气完成一个工作循环

二冲程内燃机进气和压缩、膨胀和排气

(4)点火方式

点燃式内燃机

煤气机，汽油机

压燃式内燃机

柴油机49-2活塞式内燃机实际循环的简化2.四冲程柴油机假设：

1.

工质：燃气(数量不变，定比热，理想气体)2.进、排气：无压差，0-1和1’-0抵消，闭口循环

3.过程：理想化(可逆)

压缩、膨胀过程：可逆绝热

加热过程：定容+定压

排气过程：定容59-2活塞式内燃机实际循环的简化理想化3.高速柴油机4Ts02(3)1v5p69-2活塞式内燃机实际循环的简化4.汽油机理想化79-3活塞式内燃机理想循环(1)p-v

图、T-s

图(2)热效率

1.混合加热理想循环(萨巴德Sabathe循环)89-3活塞式内燃机理想循环

分析影响因素,引入压缩比:

定容增压比：定压预胀比：1-2定熵过程：2-3定容过程：3-4定压过程：5-1定容过程：热效率：1.混合加热理想循环(萨巴德Sabathe循环)(2)热效率99-3活塞式内燃机理想循环

热效率：可见：绝热指数

定值、一定时：

↑、

t↑、一定时：

↑、

t↑、一定时：

↑、

t↓(3)提高热效率的措施

1.尽量减小不可逆损失理想化

2.增大压缩比ε=16↑25

3.增加定容增压比

4.减少定压预胀比1.混合加热理想循环(萨巴德Sabathe循环)(2)热效率109-3活塞式内燃机理想循环

2.定压加热理想循环(狄塞尔Diesel循环)(1)p-v

图、T-s

图(2)热效率可见：绝热指数

定值ρ

一定时：

↑、

t↑

一定时：

↑、

t↓(3)提高热效率的措施

1.尽量减小不可逆损失理想化

2.增大压缩比ε=16↑253.减少定压预胀比119-3活塞式内燃机理想循环

3.定容加热理想循环(奥托Otto循环)(1)p-v

图、T-s

图(2)热效率可见：绝热指数

定值

↑、

t↑

定值

↑、

t↑(3)提高热效率的措施

1.尽量减小不可逆损失理想化

2.增大压缩比ε=9↑15爆燃129-4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较热力性能与循环条件有关条件：压缩比，加热量，最高压力，最高温度等参数相同方法：T-s图分析1.压缩比

相同、吸热量q1

相同139-4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较2.pmax、Tmax

相同

149-5燃气轮机装置循环

1.空气进入轴流式压气机被压缩；2.压缩空气进入燃烧室，与燃油混合燃烧；3.高温高压燃气进入燃气轮机做功；4.废气排出。

用途：飞机、船用发动机、发电机组应用广泛1.燃气轮机装置简介159-5燃气轮机装置循环

2.布雷顿循环(BraytonCycle)

假设：

1.

工质：燃气(数量不变，定比热，理想气体)2.进、排气：抵消，闭口循环

3.过程：理想化(可逆)

压缩、膨胀过程：可逆绝热

加热过程：定压

排气过程：定压(1)p-v

图、T-s

图169-5燃气轮机装置循环

1-2、3-4等熵过程：可见：

↑、

t↑同时：

↑、wnet

↗↘循环净功：

2.布雷顿循环(BraytonCycle)

q(2)热效率循环增温比：

Tsppss12341q20179-5燃气轮机装置循环

循环净功：

2.布雷顿循环(BraytonCycle)

工程上：在功率和

t

之间取得平衡。可见：定熵指数

定值π

一定时：τ↑、wnet↑

τ

一定时：

π

↑、wnet

↗↘189-6燃气轮机装置的定压加热实际循环

不可逆性表征：压气机定熵效率

实际耗功：

燃气轮机相对内效率

实际作功：其中：内部热效率：1.p-v

图、T-s

图实际循环压气机、燃气轮机流量大、功率大、不可逆性大，考虑实际情况。

2.热效率199-6燃气轮机装置的定压加热实际循环

2.热效率

T=

c,s=0.85、T1=290K可见：

T、

c,s、

相同情况下，

一定时，

、

i

↗↘

T、

c,s、

相同情况下，

一定时，

，

i

(T3/T1：受材料耐高温程度限制)

T、

c,s

、

i

209-7提高燃气轮机装置循环热效率措施

(1)理想回热