1、氣體動力循環(huán)第1頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四191 分析動力循環(huán)的一般方法一、分析動力循環(huán)的目的 在熱力學基本定律的基礎(chǔ)上分析循環(huán)能量轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟性，尋求提高經(jīng)濟性的方向及途徑。二、分析動力循環(huán)的一般步驟 1. 實際循環(huán)（復雜不可逆）抽象、簡化可逆理論循環(huán)分析可逆循環(huán)影響經(jīng)濟性的主要因素和可能改進途徑實際循環(huán)指導改善2. 分析實際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實際損失的部位、大小、原因及改進辦法。第2頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四2三、分析動力循環(huán)的方法1. 第一定律分析法以第一定律為基礎(chǔ)，以能量的數(shù)量守恒為立足點。2. 第二定律分析法綜

2、合第一定律和第二定律從能量的數(shù)量和質(zhì)量分析。熵分析法Exergy分析法熵產(chǎn)作功能力損失Exergy損Exergy效率第3頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四3四、內(nèi)部熱效率i（internal thermal efficiency ）不可逆過程中實際作功量和循環(huán)加熱量之比其中 與實際循環(huán)相當?shù)膬?nèi)可逆循環(huán)的熱效率相對內(nèi)部效率(internal engine efficiency) 反映內(nèi)部摩擦引起的損失五、空氣標準假設(shè)(the air-standard hypothesis)氣體動力循環(huán)中工作流體理想氣體空氣定比熱燃燒和排氣過程吸熱和放熱過程燃料燃燒造成各部分氣體成分及質(zhì)量

3、改變忽略不計第4頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四492 活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)的簡化一、活塞式內(nèi)燃機(internal combustion engine)簡介1分類：按燃料：煤氣機(gas engine) 汽油機(gasoline engine; petrol engine) 柴油機(diesel engine) 按沖程：二沖程(two-stroke ) 四沖程(four-stroke )按點火方式：點燃式(spark ignition engine) 壓燃式(compression ignition engine)第5頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53

4、分，星期四5 開式循環(huán)(open cycle)； 燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆； 各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化?；钊絻?nèi)燃機循環(huán)特點第6頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四6二、活塞式內(nèi)燃機循環(huán)的簡化第7頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四7三、平均有效壓力(mean effective pressure)第8頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四801 吸氣12 壓縮23 噴油、燃燒34 燃燒45 膨脹作功50 排氣簡化：引用空氣標準假設(shè)燃燒2-3等容吸熱+3-4定壓吸熱排氣5-1等容放熱壓縮、膨脹1-2及4-5等熵

5、過程吸、排氣線重合、忽略燃油質(zhì)量忽略燃氣成分改變忽略93 活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán) （dual combustion cycle）第9頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四91. p-v圖及T-s圖12 等熵壓縮；23 等容吸熱；34 定壓吸熱；45 等熵膨脹；51 定容放熱特性參數(shù)：壓縮比(compression ratio)定容增壓比(pressure ratio)定壓預脹比 (cutoff ratio)第10頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四102. 循環(huán)熱效率或第11頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四

6、11利用表示第12頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四12兩式相除，考慮到把T2、T3、T4和T5代入求第13頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四13討論：歸納： a.吸熱前壓縮氣體，提高平均吸熱溫度是提高熱效率的重要措施，是卡諾循環(huán)，第二定律對實際循環(huán)的指導。 b.利用T-s圖分析循環(huán)較方便。 c.同時考慮q1和q2或T1m和T2m平均。第14頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四14二、定壓加熱理想循環(huán)(Diesel cycle)第15頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四15討論：c) 重負荷（，q1 ）

7、時 內(nèi)部熱效率下降，除 外還有因溫度上升而使 ，造成熱效率下降第16頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四16三、定容加熱理想循環(huán)(Otto cycle)第17頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四17第18頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四18討論：c ) 重負荷（q1 ）時內(nèi)部熱效率下降，因溫度上升使 ，造成熱效率下降第19頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四1994 活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的熱力學比較一、壓縮比相同，吸熱量相同時的比較 或第20頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四

8、20二、循環(huán)pmax、Tmax相同時的比較 或第21頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四219-5 燃氣輪機裝置循環(huán)一、燃氣輪機(gas turbine)裝置簡介 小型燃氣輪機第22頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四22軸流式燃氣輪機第23頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四23第24頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四24第25頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四25第26頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四26構(gòu)成 壓氣機(compressor) 燃燒室(c

9、ombustion chamber) 燃氣輪機(gas turbine)特點 1.開式循環(huán)(open cycle)，工質(zhì)流動； 2.運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連續(xù)輸出功； 3.啟動快，達滿負荷快； 4.壓氣機消耗了燃氣輪機產(chǎn)生功率 的絕大部分，但重量功率比 (specific weight of engine)仍較大。用途飛機、艦船的動力載荷機組，電站峰荷機組(peak-load set) 等。第27頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四27二、定壓加熱理想循環(huán)（constant-pressure combustion cycle， Brayton cycle）1-2 等熵壓縮（壓氣機內(nèi)）

10、2-3 定壓吸熱（燃燒室內(nèi)）3-4 等熵膨脹（燃氣輪機內(nèi)）4-1 定壓放熱（排氣，假想換熱器）循環(huán)增壓比（pressure ratio） 循環(huán)增溫比（temperature ratio）第28頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四28三、定壓加熱理想循環(huán)分析1.熱效率t注意：式中T1、T2并非指高溫 熱源，低溫熱源。第29頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四292.分析 ？第30頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四30第31頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四31可見： 1）對于每一，均有， 其wwnet,m

11、ax 2）上升，即T3上升，使取得wnet,max 的 上升，t上升，所以提高T3 能帶動wnet,max 及t同時升高。第32頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四3296 燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環(huán) 1-2 不可逆絕熱壓縮； 2-3 定壓吸熱； 3-4 不可逆絕熱膨脹； 4-1 定壓放熱。一、定壓加熱的實際循環(huán) 第33頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四33二、壓氣機絕熱效率(adiabatic compressor efficiency) 和燃氣輪機相對內(nèi)效率(adiabatic turbine efficiency)第34頁，共45頁，202

12、2年，5月20日，23點53分，星期四34三、燃氣輪機裝置的內(nèi)部熱效率 (internal thermal efficiency)i 整理第35頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四35討論：增大是提高燃氣輪機裝置性能（wnet，i）的方向。第36頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四3697 提高燃氣輪機裝置熱效率的熱力學措施一、回熱（regeneration） 討論2）極限回熱第37頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四373）回熱度(regenerator effectiveness) 注意：達一定值，回熱不能進行。4）實際循環(huán)

13、的回熱第38頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四38分級壓縮，中間冷卻 （multistage compression ， intervening cooling ）二、 分級壓縮，中間冷卻回熱基礎(chǔ)上壓氣機耗功很大分級壓縮可降低壓氣機耗功循環(huán)12341：循環(huán)1567341：循環(huán)12341循環(huán)67256循環(huán)67256：采用分級壓縮，中間冷卻后t？+第39頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四39回熱基礎(chǔ)上分級壓縮中間冷卻第40頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四40三、回熱基礎(chǔ)上分級膨脹，中間加熱循環(huán)12389101= 循環(huán)127101-循環(huán)37983若無回熱若回熱 循環(huán)12389101與循環(huán)12341 比較T1m上升，T2m下降第41頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四41五、回熱基礎(chǔ)上分級壓縮，中間冷卻；分級膨脹，中間加熱第42頁，共45頁，2022年，5月20日，23點53分，星期四42 當分級壓縮中間冷卻；分級膨脹中間再熱，級數(shù)趨向無窮多時，定壓加熱理想循環(huán)趨于概括性卡諾循環(huán)。第43頁，共45頁，2022年，5月20日，