第八章熱力循環(huán)一、單級活塞式壓氣機的工作原理（理想工作過程）8－2壓氣機循環(huán)

單級活塞式壓氣機一個循環(huán)的工作過程可分為吸氣、壓縮、排氣三個階段（設均為可逆過程）

。二、壓氣機的耗功：吸氣過程中氣缸吸入壓力為p1的氣體，氣體的質(zhì)量qm

和容積V不斷增加，而氣體的狀態(tài)(p1,v1

)不變，相當于氣體定壓膨脹，該過程中系統(tǒng)作正功p1V1；壓縮過程中氣體的量不變，而氣體的壓力不斷增加，該過程中外界對系統(tǒng)作壓縮功（負功）為：

排氣過程中氣體的質(zhì)量不斷減少，氣體的狀態(tài)不變，相當于氣體被定壓壓縮，因此該過程系統(tǒng)作負功p2V2。壓氣機所消耗的功為上述三項功的代數(shù)和。即壓縮1kg氣體，壓氣機耗功為壓氣機耗功為負的技術(shù)功。注意：壓縮過程的耗功與壓氣機的耗功概念不同。二、活塞式壓氣機三種壓縮過程的比較：1、等熵壓縮；2、多變壓縮；3、等溫壓縮根據(jù)其工作條件不同，可能存在3種壓縮過程：壓氣機簡化物理模型為：穩(wěn)流、可逆見教材P.125，F(xiàn).8.6不同壓縮過程初、終狀態(tài)參數(shù)及耗功量可利用表3.2中相應的公式進行計算。由p—v、T—s圖知：，定溫壓縮過程最理想（省功、安全、體積小）。應采用良好的冷卻措施，使過程盡量接近于定溫過程。在T—s圖上，不同過程線以下的面積代表壓縮過程中單位質(zhì)量工質(zhì)的放熱量：設壓氣機的質(zhì)量流量為qm

kg／min，其耗功率為：三、余隙容積實際活塞式壓氣機中，活塞頂面與氣缸蓋之間必須留有的空隙——余隙容積Vc容積效率=實際吸氣量/理論吸氣量在實際循環(huán)中，余隙容積使實際吸氣量（產(chǎn)氣量）減少，氣缸的有效利用率降低，用容積效率表示氣缸容積的利用程度。結(jié)論：1、壓力比p2/p1和多變指數(shù)n一定時，余隙容積越大，容積效率越低；2、余隙容積和多變指數(shù)n一定時，壓力比p2/p1越大，容積效率越低；壓力比p2/p1達到一定值時，容積效率為零，產(chǎn)氣量為零；3、余隙容積對生產(chǎn)1kg壓縮氣體的理論耗功量沒有影響，但實際耗功量增加；而且壓氣機的無用體積增加，設計時應盡量減小余隙容積。注意：壓氣機的循環(huán)圖用p—V圖較方便。三、多級壓縮及級間冷卻（壓比較高時采用）多級壓縮是把氣體的壓縮過程分為多個階段，分別在多個氣缸中依次壓縮，每兩個氣缸之間有級間冷卻器對氣體進行冷卻（兩級或兩級以上稱為多級）。采用多級壓縮及級間冷卻的優(yōu)點：★壓氣機耗功減少（在總壓比一定的條件下，級數(shù)越多，級間冷卻越充分，功耗越少；理論上，級數(shù)→∞，過程→等溫過程）★排氣溫度低（熱負荷小，有利于潤滑）★容積效率高（每級壓比較小）缺點：★結(jié)構(gòu)復雜，造價高，運行可靠性降低（分級不宜太多）最佳級間壓力和壓力比確定原則：功耗最小原則以兩級壓縮為例，可推得最佳級間壓力為：最佳壓力比為：

Ｚ級壓縮、級間冷卻相同時，每級壓力比相同。即：最佳壓力比為：選擇最佳壓力比的其它好處：★各級壓縮功耗相同(動力具有通用性和互換性)★各級氣缸排溫相同

★各級間冷卻熱負荷相同內(nèi)燃機—燃料在產(chǎn)生動力的空間(氣缸)中燃燒的動力機械一、內(nèi)燃機的分類:

按活塞運動特征分:

往復活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式、擺盤式等

按燃料分：柴油機—壓燃式（柴油自燃溫度335℃附近）汽油機—點燃式（汽油自燃溫度415—

530℃）煤氣機—點燃式（現(xiàn)很少用）8－3活塞式內(nèi)燃機循環(huán)按單循環(huán)沖程數(shù)分：

二沖程、四沖程按進氣壓力分：增壓、非增壓按氣缸布置分：立式、臥式、V型、H型、星(X)型等二、活塞式內(nèi)燃機實際循環(huán)和理想循環(huán)0－1：吸氣過程(缸內(nèi)壓力稍低于大氣壓)1.實際循環(huán)工作過程（以四沖程混合加熱循環(huán)柴油機為例）1－2：多變壓縮過程（中速：n＝1.34－1.37；高速：n=

1.37－1.41）2－3－4：噴油燃燒過程其中2’－2噴油,2－

3接近定容，3－4接近定壓4―5：多變膨脹過程（中速：n＝1.25－1.30；高速：n＝

1.18－1.27）5―0：排氣過程其中5―1’為自由排氣過程，接近定容過程；1’―0：強制排氣過程(接近定壓)實際循環(huán)為開式的不可逆循環(huán),進排氣過程耗功。簡化方法:1）取作閉口系（不考慮進排氣過程）；2）以空氣代替燃氣（理想氣體、定比熱）；3）用可逆加熱代替燃燒，可逆放熱代替排氣（無化學變化）；4）壓縮、膨脹過程為可逆絕熱(定熵)過程.

通過以上簡化措施，從開式的實際循環(huán)圖得到閉式的理想循環(huán)圖(空氣標準循環(huán))。2.活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)圖

混合加熱（柴油機）定容加熱（汽油機、煤氣機）OttoCycle定壓加熱（早期柴油機、高增壓、船用高速柴油機）DieselCycle活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)圖3.循環(huán)特性參數(shù)混合定容定壓壓縮比ε=V1/V214-205-1214-20定容升壓比λ=p3/p21.3-2.22.?-3.?---

定壓預脹比ρ=V4/V3

1.1-1.7---1.1-1.7注意:大的λ值對應小的ρ值功、熱：三、循環(huán)的功、熱和熱效率為分析熱效率與循環(huán)特性參數(shù)之間的關(guān)系，推出了以下關(guān)系式：熱效率:分析知，對任意循環(huán)，有：一、燃氣輪機裝置的定壓加熱理想循環(huán)1.基本組成：壓氣機、燃燒室、燃氣輪機。下面是裝置示意圖。8―4燃氣輪機裝置循環(huán)3.理想循環(huán)工作過程1－2：定熵壓縮2－3：定壓加熱（燃燒室）3－4：定熵膨脹4－5：定壓放熱（在大氣中）理想循環(huán)簡化條件：●變開式循環(huán)為閉式循環(huán)；●工質(zhì)為空氣，且質(zhì)量、成分不變（無化學變化）；●壓縮、膨脹為定熵過程；●吸、放熱為可逆定壓過程。4.理想循環(huán)圖特性參數(shù)：增壓比：增溫比：5.理想循環(huán)的功、熱及熱效率由∵∴討論：▲隨增壓比π↑→ηt↑,一般取π=3—10，π的提高受材料性能的限制。ηt與τ無關(guān)?！小h(huán)凈功w0

并非單調(diào)增加，而是存在一個最佳πopt

，使w0

為最大。將w0

計算式對π求導并令其等于零，可求得πopt，將πopt代入w0

計算式，得到最大w0。燃氣輪機實際循環(huán)不要求（自學）一、壓縮蒸氣制冷循環(huán)的組成及工作原理1.理想循環(huán)特點：在濕蒸氣區(qū)進行，為逆向卡諾循環(huán)。8－5壓縮蒸氣制冷循環(huán)組成及Ts圖：2.理論循環(huán)（對理想循環(huán)的改進）●壓縮機中液滴的存在，對氣缸造成液擊。因此用干壓縮代替濕壓縮；●膨脹機所做膨脹功很小，且結(jié)構(gòu)復雜，不易調(diào)節(jié)。因此用節(jié)流閥代替膨脹機，制冷量雖有所減小，但結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)節(jié)。3.工作原理：1—2：從蒸發(fā)器出來的干飽和蒸氣在壓縮機中定熵壓縮為過熱蒸氣；2—3：過熱蒸氣在冷凝器中定壓冷卻為飽和液體；3—4：飽和液體經(jīng)節(jié)流閥絕熱節(jié)流（不可逆），節(jié)流后的工質(zhì)p↓、T↓；4—1：制冷劑液體在蒸發(fā)器中定壓吸熱氣化為干飽和蒸氣。從而達到從低溫吸熱、向高溫放熱的目的。二、制冷量、耗功量及制冷系數(shù)（均與焓有關(guān)）1.單位制冷劑制冷量q2在T－s圖上：面積14561；在lgp－h(huán)圖上：線段h1－h(huán)4。72.耗功量w0：在lgp－h(huán)圖上：7注意：T-s圖上面積12341不代