熱力學第五章.ppt

作業(yè) 5 25 7 第五章氣體動力循環(huán) GasPowerCycle 動力循環(huán)研究目的和分類 動力循環(huán) 工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫熱源取得的熱量的一部分轉(zhuǎn)換成對外的凈功 按工質(zhì) 氣體動力循環(huán) 內(nèi)燃機 蒸汽動力循環(huán) 外燃機 空氣為主的燃氣 按理想氣體處理 水蒸氣等 實際氣體 研究目的 合理安排循環(huán) 提高熱效率 internalcombustionengine externalcombustionengine 氣體動力循環(huán)分類 按結(jié)構(gòu) 活塞式 葉輪式 汽車 摩托 小型輪船 航空 大型輪船 移動電站聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán) pistonengine Gasturbinecycle 氣體動力循環(huán)分類 小型汽車 摩托 中 大型汽車 火車 輪船 移動電站 汽油機petrol gasoline engine 按燃料 柴油機dieselengine 煤油機keroseneoilengine 航空 氣體動力循環(huán)分類 點燃式sparkignition 按點燃方式 按沖程數(shù) 四沖程four stroke 壓燃式compressionignition 二沖程two stroke 動力循環(huán)研究方法 實際動力循環(huán)非常復(fù)雜 不可逆 多變指數(shù)變化 燃燒等 工程熱力學研究方法 先對實際動力循環(huán)進行抽象和理想化 形成各種理想循環(huán)進行分析 最后進行修正 5 1活塞式內(nèi)燃機動力循環(huán) 一 四沖程高速柴油機 混合加熱循環(huán) high speeddieselengin 四沖程柴油機工作原理 空氣 廢氣 吸氣 壓縮 膨脹 排氣 Intake Compression Expansion Exhaust Exhaustgas Air Intakevalve Exhaustvalve Fuel 油 四沖程高速柴油機工作過程 上止點Topdeadcenter 下止點Bottomdeadcenter 四沖程高速柴油機工作過程 1 2 3 0 1吸空氣 一般n 1 34 1 37 柴油自燃t 335 p0 2 0 1 2 多變壓縮 p2 3 5MPa t2 600 800 2 噴柴油 2開始燃燒 p 5 9MPa Autoiginition 四沖程高速柴油機工作過程 1 2 3 4 5 3 4邊噴油 邊膨脹 p V p0 1 2 0 t4可達1700 1800 4停止噴柴油 4 5多變膨脹 p5 0 3 0 5MPa t5 500 5 1 開閥排氣 降壓 1 0活塞推排氣 完成循環(huán) 四沖程高速柴油機的理想化 1 2 3 4 5 1 工質(zhì) p V p0 1 2 0 工質(zhì)數(shù)量不變 定比熱理想氣體 P V圖 p v圖 2 0 1和1 0抵消 開口 閉口循環(huán) 3 燃燒 外界加熱 4 排氣 向外界放熱 5 多變 絕熱 6 不可逆 可逆 理想混合加熱循環(huán) 薩巴德循環(huán) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 p v 分析循環(huán)吸熱量 放熱量 熱效率和功量 Dualcycle Sabathe 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 吸熱量 放熱量 取絕對值 熱效率 定義幾個指標性參數(shù) 1 2 3 4 5 p v 壓縮比 定容增壓比 預(yù)脹比 反映氣缸容積 反映供油規(guī)律 Compressionratio Cutoffratio 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 熱效率 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 熱效率 各因素對混合加熱循環(huán)的影響 1 當 不變 受氣缸材料限制一般柴油機 潛艇用氦氣 k 1 66 各因素對混合加熱循環(huán)的影響 2 當不變 圖示的研究方法 不必記憶的復(fù)雜式 柴油機與汽油機動力循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 柴油機 壓燃式 汽油機 點燃式 定容加熱循環(huán) 奧圖OTTO循環(huán) 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 定容加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 T s 吸熱量 放熱量 取絕對值 熱效率 定容加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 T s 熱效率 定容加熱循環(huán)的計算 汽油易爆燃一般汽油機 一般柴油機效率高于汽油機的效率但汽油機小巧 柴油機與低速柴油機循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油機 壓燃式 低速柴油機 壓燃式 定壓加熱循環(huán) 狄塞爾Diesel循環(huán) 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 定壓加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 吸熱量 放熱量 取絕對值 熱效率 定壓加熱循環(huán)的計算 熱效率 當不變 當不變 5 2活塞式內(nèi)燃機循環(huán)比較 比較的條件 壓縮比 吸熱量 反映氣缸結(jié)構(gòu)尺寸 工藝材料 反映作功量 馬力 最高壓力 反映材料耐壓 壁厚 成本 最高壓力 反映材料耐溫 和相同 平均溫度法 3m 4m 3p 4p 和相同 相等 2m 2p 和相同 3p 4m 2p 3m 4p 2m 和相同 圖示大小 5 3斯特林 Stirling 循環(huán) 1816年提出 近幾十年才實施 冷氣室 熱氣室 加熱器 冷卻器 A B 回熱器 斯特林循環(huán)圖示 1 2 3 4 1 2 3 4 p v 概括性卡諾循環(huán) 核潛艇 制冷 5 4勃雷登循環(huán) BraytonCycle 用途 航空發(fā)動機尖峰電站移動電站大型輪船聯(lián)合循環(huán)的頂循環(huán) 勃雷登循環(huán)示意圖和理想化 1 2 3 4 壓氣機 燃氣輪機 燃燒室 1 工質(zhì) 數(shù)量不變 定比熱理想氣體 2 閉口 循環(huán) 3 可逆過程 Combustionchamber Compressor Turbine 1 2 3 4 1 2 3 4 T sandP vdiagramsfortheidealBraytonCycle 勃雷登循環(huán)的計算 1 2 3 4 吸熱量 放熱量 熱效率 勃雷登循環(huán)熱效率的計算 1 2 3 4 熱效率 勃雷登循環(huán)熱效率的計算 1 2 3 4 熱效率 定義 壓比 Pressureratio 勃雷登循環(huán)凈功的計算 1 2 3 4 定義 循環(huán)增溫比 對凈功的影響 1 2 3 4 3 4 當不變 不變 但T3受材料耐熱限制 對凈功的影響 當不變 太大 太小 存在最佳 使最大 最佳增壓比 w凈 的求解 令 最大循環(huán)凈功 作業(yè) 5 115 145 155 19 燃氣輪機的實際循環(huán) 1 2 3 4 壓氣機 不可逆絕熱壓縮 燃氣輪機 不可逆絕熱膨脹 2 4 定義 壓氣機絕熱效率 燃氣輪機相對內(nèi)效率 燃氣輪機的實際循環(huán)的凈功 1 2 3 4 2 4 凈功 吸熱量 燃氣輪機的實際循環(huán)的熱效率 1 2 3 4 2 4 熱效率 影響燃氣機實際循環(huán)熱效率的因素 一定 一定 有最佳 右移 和的關(guān)系 地面上 尺寸次要 省燃料 取 空中 尺寸重要 取 提高 受材料耐熱限制 取最佳 有無其它途徑 5 5提高勃雷登循環(huán)熱效率的其他途徑 2 若使T4 T4在500oC以上 1 3 4 T s 不可能 如果T4 T2 預(yù)熱空氣 回熱 一 回熱 Regeneration 勃雷登循環(huán)回熱示意圖 1 2 3 4 壓氣機 燃氣輪機 燃燒室 回熱器 4R 2A Regenerator 回熱在Ts圖上的表示 2 1 3 4 T s 4R 2R 2A 理想回熱 實際回熱 定義 回熱度 一般取0 6 0 9 2R4R 2A Effectiveness 壓氣機間冷intercooling的圖示 1 2 3 4 燃氣輪機 燃燒室 間冷器 5 壓氣機 6 2 Intercooler 壓氣機間冷在Ts圖上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 A B 12341和62 256聯(lián)合工作 壓氣機間冷熱效率的推導(dǎo) 當 間冷 回熱示意圖 1 3 4 燃氣輪機 燃燒室 間冷器 5 壓氣機 6 2 回熱器 4R 2R Intercooler Regenerator 間冷 回熱在Ts圖上的表示 2 1 3 4 T s 2 6 5 4R 2R 再熱reheating示意圖 1 2 3 4 壓氣機 燃氣輪機 燃燒室1 燃燒室2 3 5 Reheater 再熱在Ts圖上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 再熱 回熱示意圖 1 2 3 4 壓氣機 燃氣輪機 燃燒室2 回熱器 燃燒室1 4R 2R 5 3 Reheat regenerativecycle 再熱 回熱在Ts圖上的表示 2 1 3 T s 3 4 4 5 4R 2R 再熱 間冷 回熱示意圖 1 2 3 4 壓氣機 燃氣輪機 燃燒室2 回熱器 間冷器 燃燒室1 2R 4R 再熱 間冷 回熱在Ts圖上的表示 3 T s 2 1 4 2R 4R 無窮多級的極限情況 2 1 3 4 T s 兩個等溫過程兩個等壓過程 回熱 概括性卡諾循環(huán) 級數(shù)越多 越復(fù)雜 造價越高 一般2 3級 Ericssoncycle 第五章小結(jié)Summary 燃氣輪機循環(huán) 理想循環(huán)和實際循環(huán)的計算和比較 活塞式內(nèi)燃機循環(huán) 特點 計算 比較 提高熱效率的手段 回熱間冷 回熱再熱 回熱 動力循環(huán)問題討論 1 1 為了提高效率 燃氣