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1、热能动力装置第1页，共28页，编辑于2022年，星期日 第一节第一节 分析动力循环的一般方法分析动力循环的一般方法 第二节第二节 往复式内燃机的动力循环往复式内燃机的动力循环 第三节第三节 内燃机三种理想循环的比较及循环的平均压力内燃机三种理想循环的比较及循环的平均压力 第四节第四节 其他气体动力循环简介其他气体动力循环简介第2页，共28页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 分析动力循环的一般方法分析动力循环的一般方法分析动力循环的一般步骤是：（1）把实际工作过程简化成可逆理想循环。（2）确定理想循环中各典型点（各过程线交点）的状态参数，可将它们表示为工质的初态参数和循环特性参数的函数。（
2、3）进行循环性能分析，确定表征循环整体性能的各种指标。第3页，共28页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 往复式内燃机的动力循环往复式内燃机的动力循环 往复式内燃机的进气、压缩、燃烧和膨胀、排气四个工作过程是由活塞在四个行程内完成的，称为“四冲程内燃机”，在两个行程内完成的，称为“二冲程内燃机”。一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化P PV VP Pb b0-10-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入气缸内空气的压力略低于大气压力。0 01 12 21-21-2：压缩过程3 34 45 52 23 34 45 5：燃烧和膨胀过程燃烧可分为定容过程和定压过程
3、6 65 56 60 0：排气过程第4页，共28页，编辑于2022年，星期日P PV VP Pb b0 01 12 23 34 45 56 6简化原则为简化原则为:（1）不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作是气缸内工质进行状态变化的封闭循环。（2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，并认为23是定容加热过程，34是定压加热过程。（3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量交换,近似地认为是绝热过程。（4）用定容放热过程来代替废气排入大气中的实际放热过程。第5页，共28页，编辑于2022年，星期日机械喷射式柴油机理想循环的P-v图和T-s图该循环由于兼有定容和定压加热过程，所以称
4、为“混合加热循混合加热循混合加热循混合加热循环环环环”，也称“萨巴太循环萨巴太循环萨巴太循环萨巴太循环”。1-21-2：绝热压缩；：绝热压缩；2-3 2-3：定容吸热；：定容吸热；3-4 3-4：定压吸热；：定压吸热；4-5 4-5：绝热膨胀；：绝热膨胀；5-1 5-1：定容放热：定容放热q q第6页，共28页，编辑于2022年，星期日二、内燃机的特性参数及混合加热理想循环各典型点的状态参数二、内燃机的特性参数及混合加热理想循环各典型点的状态参数（1）压缩比压缩比：压缩前的比体积与压缩后的比体积之比，它是表征内燃机工作体积大小的结构参数。（2）定容升压比定容升压比:定容加热后的压力与加热前的压
5、力之比，它是表示内燃机定容燃烧情况的特性参数。（3）定压预胀比定压预胀比:定压加热后的比体积与加热前的比体积之比，它是表示内燃机定压燃烧情况的特性参数。第7页，共28页，编辑于2022年，星期日1-2为定熵过程：混合加热理想循环中各典型点上的状态参数，可以表示为初态参数及循环特性参数的函数：第8页，共28页，编辑于2022年，星期日2-3为定容加热过程：3-4为定压加热过程：第9页，共28页，编辑于2022年，星期日4-5为定熵过程，5-1及2-3为定容过程，因此有：第10页，共28页，编辑于2022年，星期日三、混合加热循环的能量分析和性能分析三、混合加热循环的能量分析和性能分析热效率热效率
6、定容过程23工质吸入热量：定压过程34工质吸入热量：工质在混合循环中总吸热量：q q第11页，共28页，编辑于2022年，星期日定容放热过程5中，工质放出的热量为混合加热循环的热效率为：第12页，共28页，编辑于2022年，星期日循环净功和净热分别为 在循环特性参数（、及）一定的条件下，提高初态参数，提高初态参数，提高初态参数，提高初态参数，对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采用对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采用对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采用对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采用“增压增压增压增压”等措施来提高柴油机的净功等措施来提高
7、柴油机的净功等措施来提高柴油机的净功等措施来提高柴油机的净功。第13页，共28页，编辑于2022年，星期日 (1)在一定的、条件下，压缩比愈大,热效率愈高。（2）在一定的值条件下,提高定容升压比和降低定压预胀比,混合加热循环的热效率增高。混合加热循环的热效率随压缩比混合加热循环的热效率随压缩比混合加热循环的热效率随压缩比混合加热循环的热效率随压缩比、定容升压比、定容升压比、定容升压比、定容升压比的增大而增大，随定的增大而增大，随定的增大而增大，随定的增大而增大，随定压预胀比压预胀比压预胀比压预胀比的减小而增大。因此，的减小而增大。因此，的减小而增大。因此，的减小而增大。因此，在组织燃烧过程时，
8、应尽可能增加定容在组织燃烧过程时，应尽可能增加定容在组织燃烧过程时，应尽可能增加定容在组织燃烧过程时，应尽可能增加定容燃烧部分的比例，减少定压部分的比例燃烧部分的比例，减少定压部分的比例燃烧部分的比例，减少定压部分的比例燃烧部分的比例，减少定压部分的比例。第14页，共28页，编辑于2022年，星期日四、定容加热理想循环和定压加热理想循环四、定容加热理想循环和定压加热理想循环1、定容加热理想循环(汽油机的理想循环)混合加热循环在混合加热循环在=1=1时：时：t，=610第15页，共28页，编辑于2022年，星期日2.定压加热理想循环(早期柴油机的理想循环)混合加热循环在混合加热循环在 =1=1时
9、：时：热效率随着压缩比的增大,预胀比的减小和采用高值的气体而增大。第16页，共28页，编辑于2022年，星期日一、平均温度的概念一、平均温度的概念第三节第三节 内燃机三种理想循环的比较及循环的平均压力内燃机三种理想循环的比较及循环的平均压力前提条件：1.循环初始状态点1相同2.对每kg工质而言,加入的热量相同T Ts sa ab bc cd d加热过程加热过程 a-b-c a-b-c：s sc cs sa a加热过程的平均进热温度：加热过程的平均进热温度：加热过程的平均进热温度：加热过程的平均进热温度：放热过程的平均放热温度：放热过程的平均放热温度：放热过程的平均放热温度：放热过程的平均放热温
10、度：第17页，共28页，编辑于2022年，星期日T Ts sa ab bc cd ds sc cs sa a1 12 23 34 4提高提高平均进热温度平均进热温度平均进热温度平均进热温度或降低降低平均放热温度平均放热温度平均放热温度平均放热温度的措施,均能提高循环的热效率。第18页，共28页，编辑于2022年，星期日二、二、压缩比压缩比相同的比较相同的比较T Ts sq q1 1相同，初态相同，初态1 1相同相同4 41 12 23 35 544554455a ab bbbbb第19页，共28页，编辑于2022年，星期日三、三、循环的最高压力相同时的比较循环的最高压力相同时的比较T Ts s
11、q q1 1相同，初态相同，初态1 1相同相同a ab bbbbb2244555 54 41 12 23 3P Pmaxmax2 2 4455第20页，共28页，编辑于2022年，星期日单位气缸体积在每一循环中所作的功称为“内燃机理想循环的平均内燃机理想循环的平均内燃机理想循环的平均内燃机理想循环的平均压力压力压力压力”。四、四、内燃机循环平均压力内燃机循环平均压力如吸入气缸中气体的比体积为v1，则气缸工作体积中的气体质量为：理想气体状态方程：热效率定义：第21页，共28页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 其它气体动力循环简介其它气体动力循环简介一、勃雷顿循环 由于燃气轮机的部件是在高温
12、下连续地工作,因此,进入第一排叶片的燃气温度要受到叶片材料耐热强度的限制,这使得燃气轮机热效率也远低于往复式内燃机。第22页，共28页，编辑于2022年，星期日根据燃气轮机装置循环工作的特性，经理想化之后，可以近似的合理的看作由下列四个基本热力过程所组成的理想循环，燃气轮机装置的理想循环称为定压加热燃气轮机循环定压加热燃气轮机循环定压加热燃气轮机循环定压加热燃气轮机循环,也称勃雷顿循环勃雷顿循环勃雷顿循环勃雷顿循环。12定熵压缩过程（在压气机中完成）；23定压加热过程（在燃烧室或加热器中完成）；34定熵膨胀过程（在气轮机中完成）；41定压冷却过程（在大气中或冷却器中完成）。第23页，共28页，
13、编辑于2022年，星期日二、理想回热循环二、理想回热循环1.1.斯特林循环斯特林循环第24页，共28页，编辑于2022年，星期日斯特林按正循环工作时可以作为热机循环，对外作出功量；按逆向循环工作时，可以作为热泵循环。循环由四个过程组成：（1)定温压缩过程。如图10-13（a）所示。（2）定容吸热过程。如图10-13（b）所示。（3）定温膨胀过程。如图10-13（c）所示。（4）定容放热过程。如图10-13（d）所示。第25页，共28页，编辑于2022年，星期日 在斯特林循环中，在定容吸热过程2-3中工质从回热器中吸收的热量正好等于定容放热过程4-1放给回热器的热量。经过一个循环回热器恢复到初始
14、状态。可以证明：在相同的温度范围内，理想的定容回热循环（斯特林循环）和卡诺循环，具有相同的热效率。斯特林循环的突出优点是热热热热效效效效率率率率高高高高、污污污污染染染染少少少少，对对对对加加加加热热热热方方方方式式式式的的的的适适适适应应应应性性性性强强强强。随着科技的发展以及环境保护日益为人们所重视，斯特林循环的应用前景越来越好。第26页，共28页，编辑于2022年，星期日2.2.艾利克松循环艾利克松循环 它是一种开式的循环，用定压回热代替了斯特林循环中的定容回热。艾利克松定压回热理想循环abcda（如图所示），由下列四个过程所组成：第27页，共28页，编辑于2022年，星期日ab为定压吸热过程（从回热器中吸热）；bc为定温膨胀过程，并从高温热源吸热；cd为定压放热过程（向回热器中放热）；da为定温压缩过程，并向低温热源放热。同样可以证明：在相同的温度范围内，理想的定压回热循环理想的定压回热循环理想的定压回热循环理想的定压回热循环（艾利克艾利克艾利克艾利克松循环松循环松循环松循环）和卡诺循环，具有相同的热效率。理想回热循环（斯特林循环和艾利克松循环）通常称为概括性卡概括性卡概括性卡概括性卡诺循环诺循环诺循环诺循环。实践证明，采用回热措施可以提高循环热效率，也是余热回收的一种重要节能途径。第28页，共28页，编辑于2022年，星期日