活塞式内燃机循环的简化课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,91,分析动力循环的一般方法,一、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。,二、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,可逆理论循环,分析可逆循环,影响经济性的主要因素和可能改进途径,实际循环,指导改善,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,191 分析动力循环的一般方法一、分析动力循环的目的,2,三、分析动力循环的方法,1.,第一定律分析法,以第一定律为基础，以能,量的数量守恒为立足点。,2.,第二定律分析,法,综合第一定律和第二定律,从能量的数量和质量分析。,熵分析法,分析法,熵产,作功能力损失,火用损,火用效率,2三、分析动力循环的方法1. 第一定律分析法以第一定律为基础,3,四、内部热效率,i,(internal thermal efficiency ),不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比,其中,与实际循环相当的内可逆循环的热效率,相对内部效率,(internal engine efficiency),反映内部摩擦引起的损失,五、空气标准假设,(the air-standard hypothesis),气体动力循环中工作流体,理想气体,空气,定比热,燃烧和排气过程,吸热和放热过程,燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计,3四、内部热效率i(internal thermal ef,4,92,活塞式内燃机实际循环的简化,一、活塞式,内燃机,(,internal combustion engine,),简介,1,分类,：,按燃料：煤气机,(gas engine),汽油机,(gasoline engine; petrol engine),柴油机,(diesel engine),按冲程：二冲程,(two-stroke ),四冲程,(four-stroke ),按点火方式：点燃式,(spark ignition engine),压燃式,(compression ignition engine),492 活塞式内燃机实际循环的简化一、活塞式内燃机(i,5,开式循环,(open cycle),；,燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为,不可逆,；,各环节中工质,质量、成分稍有变化,。,活塞式内燃机循环特点,5活塞式内燃机循环特点,6,二、活塞式内燃机循环的简化,6二、活塞式内燃机循环的简化,7,三、平均有效压力,(mean effective pressure),7三、平均有效压力(mean effective press,8,0,1,吸气,1,2,压缩,2,3,喷油、燃烧,3,4,燃烧,4,5,膨胀作功,5,0,排气,简化,：引用空气标准假设,燃烧,2-3,等容吸热,+3-4,定压吸热,排气,5-1,等容放热,压缩、膨胀,1-2,及,4-5,等熵过程,吸、排气线,重合、忽略,燃油质量,忽略,燃气成分改变,忽略,93,活塞式内燃机的理想循环,一、混合加热理想循环,（,dual combustion cycle,）,801 吸气简化：引用空气标准假设燃烧2-3等,9,1.,p-v,图及,T-s,图,1,2,等熵压缩；,2,3,等容吸热；,3,4,定压吸热；,4,5,等熵膨胀；,5,1,定容放热,特性参数,：,压缩比,(compression ratio),定容增压比,(pressure ratio),定压预胀比,(cutoff ratio),91. p-v图及T-s图12 等熵压缩；23 等容,10,2.,循环热效率,或,102. 循环热效率或,11,利用,表示,11利用表示,12,两式相除，考虑到,把,T,2,、,T,3,、,T,4,和,T,5,代入,求,12两式相除，考虑到把T2、T3、T4和T5代入求,13,讨论,：,归纳：,a.,吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。,b.,利用,T-s,图分析循环较方便。,c.,同时考虑,q,1,和,q,2,或,T,1m,和,T,2m,平均。,13讨论：归纳：,14,二、定压加热理想循环,(Diesel cycle),14二、定压加热理想循环(Diesel cycle),15,讨论：,c,),重负荷（,，,q,1,）时,内部热效率下降，除,外还有因温度上升而使,，造成热效率下降,15讨论：c) 重负荷（，q1 ）时,16,三、定容加热理想循环,(Otto cycle),16三、定容加热理想循环(Otto cycle),17,17,18,讨论：,c,),重负荷（,q,1,）时内部热效率下降，,因温度上升使,，造成热效率下降,18讨论：c ) 重负荷（q1 ）时内部热效率下降，因温,19,94,活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较,一、压缩比相同，吸热量相同时的比较,或,1994 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一、压缩,20,二、循环,p,max,、,T,max,相同时的比较,或,例,A470299,例,A447277,20二、循环pmax、Tmax相同时的比较 或例A4,21,9-5,燃气轮机装置循环,一、燃气轮机,(gas turbine),装置简介,小型燃气轮机,219-5 燃气轮机装置循环一、燃气轮机(gas tur,22,轴流式燃气轮机,22轴流式燃气轮机,23,23,24,24,25,25,26,构成,压气机,(,compressor,),燃烧室,(,combustion chamber,),燃气轮机,(,gas turbine,),特点,1.,开式循环,(open cycle),，工质流动；,2.,运转平稳，连续输出功；,3.,启动快，达满负荷快；,4.,压气机消耗了燃气轮机产生功率,的绝大部分，但重量功率比,(specific weight of engine),仍较大。,用途,飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组,(peak-load set),等。,26构成特点用途,27,二、定压加热理想循环,（,constant-pressure combustion,cycle,，,Brayton cycle,）,1-2,等熵压缩（压气机内）,2-3,定压吸热（燃烧室内）,3-4,等熵膨胀（燃气轮机内）,4-1,定压放热（排气，假想换热器）,循环增压比,（,pressure ratio,）,循环增温比,（,temperature ratio,）,27二、定压加热理想循环1-2 等熵压缩（压气机内）2-3,28,三、定压加热理想循环分析,1.,热效率,t,注意,：,式中,T,1,、,T,2,并非指高温,热源，低温热源。,28三、定压加热理想循环分析1.热效率t注意：式中T1、T,29,2.,分析,？,292.分析 ？,30,30,31,可见：,1,）对于每一,，均有,，,其,w,w,net,max,2,）,上升，即,T,3,上升，使取得,w,net,max,的,上升，,t,上升，所以提高,T,3,能带动,w,net,max,及,t,同时升高。,31可见：2）上升，即T3上升，使取得wnet,max 的,32,96,燃气轮机装置定压加热实际循环,1-2,不可逆绝热压缩；,2-3,定压吸热；,3-4,不可逆绝热膨胀；,4-1,定压放热。,一、定压加热的实际循环,3296 燃气轮机装置定压加热实际循环 1-2,33,二、压气机绝热效率,(adiabatic compressor efficiency),和燃气轮机相对内效率,(adiabatic turbine efficiency),33二、压气机绝热效率(adiabatic compress,34,三、燃气轮机装置的内部热效率,(,internal thermal efficiency,),i,整理,34三、燃气轮机装置的内部热效率 整理,35,讨论,：,增大,是提高燃气轮机装置性能（,w,net,，,i,）的方向。,35讨论：增大是提高燃气轮机装置性能（wnet，i）的方,36,97,提高燃气轮机装置热效率的热力学措施,一、回热（,regeneration,）,讨论,2,）极限回热,3697 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施一、回热（,37,3,）,回热度,(,regenerator effectiveness,),注意：,达一定值，回热不能进行。,4,）,实际循环的回热,373）回热度(regenerator effectiven,38,分级压缩，中间冷却,（,multistage compression,，,intervening cooling,）,二、 分级压缩，中间冷却,回热基础上,压气机耗功很大,分级压缩可降低压气机耗功,循环,12341,：,循环,1567341,：,循环,12341,循环,67256,循环,67256,：,采用分级压缩，中间冷却后,t,？,+,38分级压缩，中间冷却二、,39,回热基础上分级压缩中间冷却,39回热基础上分级压缩中间冷却,40,三、回热基础上分级膨胀，中间加热,循环,12389101=,循环,127101,-,循环,37983,若无回热,若回热,循环,12389101,与循环,12341,比较,T,1m,上升，,T,2m,下降,40三、回热基础上分级膨胀，中间加热循环12389101=,41,五、,回热基础,上,分级压缩，中间冷却；分级膨胀，中间加热,41五、回热基础上,42,当分级压缩中间冷却；分级膨胀中间再热，级数趋向无穷,多时，定压加热理想循环趋于概括性卡诺循环。,42 当分级压缩中间冷却；分级膨胀中间再热，级数趋,43,气体动力循环热效率分析归纳,：,基础,：,方法：,在,T,-,s,图上叠加、拆分等；,在,T,-,s,图上与同温限卡诺循环比较；,利用,t,= f,(,x,y,z, ),的数学特性。,例,A474299,例,A470389,43气体动力循环热效率分析归纳：方法：例A474299例A4,44,98,喷气发动机简介,定压燃烧喷气式发动机,(jet engine),的理论循环及实际循环与,燃气轮机装置定压加热循环相同。,下一章,4498 喷气发动机简介 定压燃烧喷气式发动机(,