工程热力学课件:第九章.ppt
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- 工程 热力学 课件 第九
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1、1第九章第九章 气体动力循环气体动力循环Gas Power Cycle2本章主要内容本章主要内容 动力循环的分析方法动力循环的分析方法 活塞式内燃机工作原理及理想循环活塞式内燃机工作原理及理想循环 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较 燃气轮机装置的构成及工作原理燃气轮机装置的构成及工作原理3重重 点:点:分析动力循环的一般方法;活塞式内分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机循环分析燃机循环分析; ;燃气轮机装置循环的分析方法,燃气轮机装置循环的分析方法,提高燃气轮机装置循环效率的方法和途径。提高燃气轮机装置循环效率的方法和途径。难难 点:点:实际循环简化成理
2、想循环的方法;提实际循环简化成理想循环的方法;提高内燃机和燃气轮机装置循环效率的方法和途径。高内燃机和燃气轮机装置循环效率的方法和途径。4动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类动力循环:动力循环:工质连续不断地将从高温热源取工质连续不断地将从高温热源取得的得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功。净功。研究目的:合理安排循环,提高热效率。研究目的:合理安排循环,提高热效率。 研究循环中热变功的效果研究循环中热变功的效果 分析影响热效率的因素分析影响热效率的因素 探求提高能量转换效果和利用率的途径探求提高能量转换效果和利用率的途径5动力循环分类动力循环分类按工质按工质蒸汽动
3、力循环:蒸汽动力循环:外燃机外燃机空气为主的燃气空气为主的燃气按按理想气体理想气体处理处理水蒸气等水蒸气等 实际气体实际气体气体动力循环:气体动力循环:内燃机内燃机6气体动力循环分类气体动力循环分类按结构按结构活塞式:活塞式:叶轮式:叶轮式:汽车汽车 摩托摩托 小型轮船小型轮船航空航空 大型轮船大型轮船 移动电站移动电站7气体动力循环分类气体动力循环分类小型汽车,摩托车等。小型汽车,摩托车等。中、大型汽车,火车,中、大型汽车,火车,轮船,移动电站。轮船,移动电站。汽油机汽油机 petrol (gasoline) engine按燃料按燃料柴油机柴油机diesel engine煤油机煤油机 ker
4、osene oil engine航空航空8气体动力循环分类气体动力循环分类点燃式点燃式 spark ignition按点燃方式:按点燃方式:按冲程数:按冲程数:四冲程四冲程 four-stroke压燃式压燃式 compression ignition二冲程二冲程 two-stroke9动力循环研究方法动力循环研究方法实际动力循环非常复杂实际动力循环非常复杂不可逆,多变指数变化,燃烧等。不可逆,多变指数变化,燃烧等。 工程热力学研究方法,先对实际动工程热力学研究方法,先对实际动力循环进行力循环进行抽象抽象和和理想化理想化,形成各种理,形成各种理想循环进行分析,最后进行想循环进行分析,最后进行修正
5、修正。10分析循环的步骤分析循环的步骤1、将实际循环抽象和简化为理想循环、将实际循环抽象和简化为理想循环2 2、将简化好的理想可逆循环将简化好的理想可逆循环 表示在表示在p-vp-v、T-sT-s图上图上3、对理想循环进行分析计算、对理想循环进行分析计算计算循环中有关状态点(如最高压力计算循环中有关状态点(如最高压力点、最高温度点)的参数,与外界交换的点、最高温度点)的参数,与外界交换的热量、功量以及循环热效率或工作系数热量、功量以及循环热效率或工作系数。循环的热效率:循环的热效率:1211qqqwnett114、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热
6、量及净功量的影响,进而分析对循环放热量及净功量的影响,进而分析对循环热效率(或工作系数)的影响,提出提高热效率(或工作系数)的影响,提出提高循环热效率(或工作系数)的主要措施。循环热效率(或工作系数)的主要措施。平均温度分析法平均温度分析法:121TTt5 5、对理想循环的计算结果引入必要的修正、对理想循环的计算结果引入必要的修正6 6、对实际循环进行热力学第二定律分析、对实际循环进行热力学第二定律分析熵分析熵分析分析分析129-1内燃机简介分类:分类: 1、按循环的冲程数分、按循环的冲程数分 四冲程四冲程 两冲程两冲程 2、按着火方式分、按着火方式分 点燃式点燃式 压燃式压燃式 3、按使用燃
7、料分、按使用燃料分 汽油机汽油机 柴油机柴油机 煤气机煤气机 4、按气缸数分、按气缸数分 单缸机单缸机 多缸机多缸机 5、按曲轴转速分、按曲轴转速分 高速高速 中速中速 低速低速冲程:活塞在气缸中从左冲程:活塞在气缸中从左止点到右止点的距离止点到右止点的距离139-2 活塞式内燃机的活塞式内燃机的混合加热循环混合加热循环14四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理空气、油空气、油废气废气吸气吸气压缩压缩膨胀膨胀排气排气15四四冲冲程程柴油机工作过程柴油机工作过程进气排气16四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程12301 吸空气吸空气pV一般一般n=1.341.37柴油自燃柴油自燃t
8、=335pb2012 多变压缩多变压缩p2=35MPat2=6008002 喷柴油喷柴油2 开始燃烧开始燃烧23 迅速燃烧,近似迅速燃烧,近似 Vp59MPa17四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程1234534 边喷油,边膨胀边喷油,边膨胀pVp0120t4可达可达170018004 停止喷柴油停止喷柴油45 多变膨胀多变膨胀Vp5=0.30.5MPat5 50051 开阀排气开阀排气 , 降压降压10 排气排气,完成循环。完成循环。p近似近似 膨胀膨胀18四冲程高速柴油机的理想化四冲程高速柴油机的理想化123451. 工质工质pVp0120工质数量不变工质数量不变定比热理想气体
9、定比热理想气体2. 0-1和和1-0抵消抵消开口开口闭口循环闭口循环3. 燃烧燃烧外界加热外界加热 排气排气向向外界放热外界放热4. 多变多变绝绝热热 不可逆不可逆可逆可逆19理想混合加热循环(萨巴德循环)理想混合加热循环(萨巴德循环)1234512345pvTsVp循环中循环中Tmax=T4循环中循环中Pmax=P3=P4柴油机的理想循环柴油机的理想循环12345pp0120ss20理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts吸热量吸热量1v32p43qcTTcTT放热量放热量2v51qcTT热效率热效率12t11wqqqq5121324311TTqqTTk TT 分析循环分析
10、循环吸热量,放热量,热效率吸热量,放热量,热效率和和功量功量Vp21几个表征循环特性参数几个表征循环特性参数12345pv压缩比压缩比12vv定容增压比定容增压比32pp预胀比预胀比43vv反映反映气缸气缸容积容积反映反映供油供油规律规律2245123Ts热效率热效率51t32431TTTTk TT 1112112kkvTTTv12vv133212kpTTTp 32pp144313kvTTTv 43vv由由1-2由由2-3由由3-4Vp压缩比压缩比定容增压比定容增压比预胀比预胀比2312345Ts热效率热效率51t32431TTTTk TT t11111kkk kkkkTTvvvvTvvTT1
11、1415334415445112345pVp由由4-5144313kvTTTv 43vv预胀比预胀比12vv压缩比压缩比24t11111kkk 特性参数与热效率的关系特性参数与热效率的关系25 9-3 活塞式内燃机的活塞式内燃机的 定容、定压加热循环定容、定压加热循环26一、定容加热循环(奥托循环一、定容加热循环(奥托循环) )123(4)5Ts123(4)5pv1汽油机理想循环汽油机理想循环t11111kkk 111ktv预胀比预胀比12345p27柴油机与汽油柴油机与汽油机动力循环图示机动力循环图示12345pv123(4)5pv柴油机,压燃式柴油机,压燃式汽油机,点燃式汽油机,点燃式12
12、8二、定压加热循环(狄塞尔二、定压加热循环(狄塞尔Diesel循环循环) )112(3)45pv12(3)45Ts1111kkktp柴油机理想循环柴油机理想循环定容增压比定容增压比t11111kkk 29思 考 同样是柴油机同样是柴油机为什么有为什么有混合加热混合加热循环和循环和定压加热定压加热循环之分?循环之分?12345pv12(3)45pv30高速柴油机与低速柴油高速柴油机与低速柴油机循环图示机循环图示12345pv12(3)45pv高速柴油机,压燃式、轻高速柴油机,压燃式、轻柴油、高压油泵供油。柴油、高压油泵供油。低速柴油机,压燃式、重柴低速柴油机,压燃式、重柴油、压缩空气喷油。油、压
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