2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)1第九章氣體動(dòng)力循環(huán)9-1

活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)9-2

燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)9-3

增壓內(nèi)燃機(jī)及其循環(huán)9-4

自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置及其循環(huán)9-5

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)及其循環(huán)9-6

活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其循環(huán)2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)29-1

活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)實(shí)際循環(huán)：

0-1進(jìn)氣過(guò)程

1-2壓縮過(guò)程

2-3-4燃燒過(guò)程

4-5膨脹(作功)過(guò)程

5-1自由排氣過(guò)程＋強(qiáng)制排氣過(guò)程一、混合加熱循環(huán)（薩巴特循環(huán)）2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)3理想化：

1.

熱力過(guò)程的理想化①進(jìn)氣過(guò)程→0-1定壓線②壓縮過(guò)程→1-2定熵壓縮③燃燒過(guò)程→2-3定容加熱＋3-4定壓加熱（外熱源加熱）④膨脹過(guò)程→4-5定熵膨脹⑤排氣過(guò)程→5-1定容放熱＋1-0定壓線

2.

工質(zhì)以理想氣體對(duì)待2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)4

3.開(kāi)口系統(tǒng)簡(jiǎn)化為閉口系統(tǒng)（進(jìn)排氣功近似相等，相互抵消）得到如下理論循環(huán)。

混合加熱循環(huán)的熱效率：2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)5利用內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)來(lái)表示熱效率：

①壓縮比：②壓力升高比：1-2為絕熱過(guò)程2-3為定容過(guò)程3-4為定壓過(guò)程③預(yù)脹比：4-5為絕熱過(guò)程2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)6混合加熱循環(huán)熱效率將各點(diǎn)溫度與特性參數(shù)的關(guān)系代入熱效率表達(dá)式，得到可見(jiàn)：。；2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)7混合加熱循環(huán)的循環(huán)凈功：利用循環(huán)中各狀態(tài)間的參數(shù)關(guān)系，可以得到可見(jiàn)：。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)8二、定容加熱循環(huán)和定壓加熱循環(huán)①定容加熱循環(huán)（奧圖循環(huán)）

特點(diǎn)：ρ＝1，為混合加熱循環(huán)的一個(gè)特例，將ρ＝1代入混合加熱循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功的表達(dá)式，即分別有可見(jiàn)：。；2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)9②定壓加熱循環(huán)（笛塞爾循環(huán)）

特點(diǎn)：λ＝1，為混合加熱循環(huán)的一個(gè)特例，將λ＝1代入混合加熱循環(huán)熱效率及循環(huán)凈功的表達(dá)式，即分別有可見(jiàn)：；。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)10三、活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的比較

①壓縮比相同、放熱量相同②最高壓力相同、最高溫度相同2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)119-2

燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)一、定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)

燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)（勃雷登循環(huán)）的組成：①絕熱壓縮過(guò)程（壓氣機(jī)）②定壓加熱過(guò)程（燃燒室、加熱器）③絕熱膨脹過(guò)程（燃?xì)廨啓C(jī)、氣輪機(jī)）④定壓放熱過(guò)程（大氣、冷卻器）2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)12增壓比——π=p2/p1最高溫度——T3升溫比——τ=T3/T1參數(shù)關(guān)系：循環(huán)加熱量：循環(huán)放熱量：循環(huán)熱效率：循環(huán)特性：2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)13整理上式，有可見(jiàn)，↑π，熱效率↑。

功量—燃?xì)廨啓C(jī)軸功：壓氣機(jī)耗功：循環(huán)凈功有極大值。當(dāng)所以2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)14二、燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際循環(huán)壓氣機(jī)耗功：燃?xì)廨啓C(jī)軸功：循環(huán)熱效率：因所以有2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)15

①②當(dāng)、、一定時(shí)，隨著增壓比π的提高，循環(huán)熱效率有一個(gè)極大值③可見(jiàn)：熱效率影響因素分析

由。；；2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)16

(1)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的回?zé)嵫h(huán)

循環(huán)的組成：1-2為壓氣機(jī)中絕熱壓縮；2-6為回?zé)崞髦卸▔侯A(yù)熱；6-3為燃燒室中定壓加熱；3-4為燃?xì)廨啓C(jī)中絕熱膨脹；4-5為回?zé)崞髦卸▔悍艧幔?-1為大氣中定壓放熱。理想回?zé)幔嚎諝鈴腡2

升溫至T4，實(shí)際只能到T6。三、提高熱效率的措施定義：回?zé)岫?023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)17燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)嵫h(huán)熱效率可表示為

比熱容為定值時(shí)，有代入?yún)?shù)間的關(guān)系式，可得

2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)18可見(jiàn):①增大升溫比，可提高燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)嵫h(huán)的熱效率；②當(dāng)升溫比及回?zé)岫纫欢〞r(shí)，隨著增壓比的提高，回?zé)嵫h(huán)的熱效率有一個(gè)極大值。當(dāng)回?zé)岫仍龃髸r(shí)，與熱效率極大值相對(duì)應(yīng)的增壓比的數(shù)值不斷降低。熱效率影響因素分析

由2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)19

采用多級(jí)壓縮中間冷卻以及再熱的回?zé)嵫h(huán)措施后，提高了平均加熱溫度及降低了平均放熱溫度，使得循環(huán)熱效率得到較大的提高。(2)采用多級(jí)壓縮中間冷卻以及再熱的回?zé)嵫h(huán)2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)209-3

增壓內(nèi)燃機(jī)及其循環(huán)廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)相當(dāng)于由一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的混合加熱循環(huán)和一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱循環(huán)疊加而成。

增壓——將空氣的壓力及密度提高后，送入內(nèi)燃機(jī)氣缸，使氣缸充入更多空氣。

目的——增加內(nèi)燃機(jī)的功率(功率↑30％～100％，甚至更多)。

增壓器——用于增壓的壓氣機(jī)。

廢氣增壓可充分利用廢氣能量，提高經(jīng)濟(jì)性，因此廣泛應(yīng)用。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)219-4

自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置及其循環(huán)自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以看做是一種特殊形式的增壓內(nèi)燃機(jī)。它本身不直接輸出功率，而是與壓氣機(jī)相結(jié)合，把全部功率用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)生產(chǎn)壓縮氣體。它也可作為燃?xì)獍l(fā)生器而與燃?xì)廨啓C(jī)組成聯(lián)合動(dòng)力裝置，稱為自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)22自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置的工作過(guò)程

氣缸2中的兩個(gè)對(duì)置的自由活塞3的外端分別與壓氣機(jī)活塞相連。

缸內(nèi)氣體燃燒膨脹→推動(dòng)兩活塞外移，壓縮兩端氣墊氣缸7內(nèi)的空氣，將發(fā)動(dòng)機(jī)全部有效功儲(chǔ)存在空氣中。

活塞外移→壓氣機(jī)氣缸6容積↑→空氣經(jīng)進(jìn)氣閥5吸入。

活塞外移接近端部→右活塞先把氣缸排氣孔8打開(kāi)→高溫燃?xì)狻鷥?chǔ)氣罐9；隨后，左活塞將掃氣口11打開(kāi)→掃氣箱12內(nèi)壓縮空氣→氣缸，將氣缸中殘余燃?xì)怛?qū)入燃?xì)鈨?chǔ)氣罐，并使氣缸充滿新鮮壓縮空氣。

兩端氣墊氣缸內(nèi)的高壓空氣推動(dòng)自由活塞內(nèi)移。當(dāng)排氣孔及掃氣孔關(guān)閉后，氣缸內(nèi)的空氣被絕熱壓縮。同時(shí)壓氣機(jī)氣缸內(nèi)的空氣也被壓縮，壓力達(dá)到掃氣箱內(nèi)壓力時(shí)，輸氣閥4打開(kāi)，壓縮空氣在活塞推動(dòng)下輸入掃氣箱12。兩活塞移至接近中間位置時(shí)，噴油器1將燃料噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中進(jìn)行燃燒。隨后又開(kāi)始膨脹過(guò)程，進(jìn)行新的工作循環(huán)。

由發(fā)動(dòng)機(jī)送入儲(chǔ)氣罐9中的高溫高壓燃?xì)獠粩嗟厮腿肴細(xì)廨啓C(jī)10中，在其中絕熱膨脹推動(dòng)葉輪輸出軸功。由于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中燃?xì)馀蛎浰鞯墓θ客ㄟ^(guò)活塞用于壓氣機(jī)的壓縮功，所以燃?xì)廨啓C(jī)所輸出的功也就是整個(gè)裝置唯一對(duì)外輸出的功。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)23自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置的熱力循環(huán)

根據(jù)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的能量平衡，壓氣機(jī)消耗的軸功等于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)凈功，即p-v圖上循環(huán)1-2-3-4-5-1的面積應(yīng)和壓氣機(jī)壓氣過(guò)程8-1左側(cè)面積8-1-a-b-8相等。整個(gè)裝置輸出的功，也就是燃?xì)廨啓C(jī)輸出的軸功，可用燃?xì)廨啓C(jī)中絕熱膨脹過(guò)程6-7左側(cè)的面積6-7-b-a-6表示。循環(huán)1-2-3-4-5-1為自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中工質(zhì)所完成的混合加熱循環(huán)。1-6為儲(chǔ)氣罐定壓充氣，6-7為燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中絕熱膨脹，7-8為廢氣在大氣中定壓放熱，8-1為空氣在壓氣機(jī)氣缸中的絕熱壓縮。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)249-5

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)及其循環(huán)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)以一定飛行速度前進(jìn)時(shí)，空氣以相同速度進(jìn)入。高速氣流在前端擴(kuò)壓管1中降速升壓后進(jìn)入壓氣機(jī)2，經(jīng)絕熱壓縮進(jìn)一步升壓。壓縮空氣在燃燒室3中和噴入的燃料一起進(jìn)行定壓燃燒。產(chǎn)生的高溫燃?xì)庀仍谌細(xì)廨啓C(jī)4中絕熱膨脹產(chǎn)生軸功用于帶動(dòng)壓氣機(jī)，然后進(jìn)入尾部噴管5中，在其中繼續(xù)膨脹獲得高速，最后從尾部噴向大氣。

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)重量輕、體積小、功率大，其功率隨本身運(yùn)動(dòng)速度提高而增大，特別適合用做航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

工作過(guò)程：2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)25噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)分析

1-a—擴(kuò)壓管中的絕熱壓縮；a-2—壓氣機(jī)中的絕熱壓縮；2-3—燃燒室中的定壓吸熱；3-b—燃?xì)廨啓C(jī)中的絕熱膨脹；b-4—尾噴管中的絕熱膨脹；4-1—大氣中定壓放熱。

p-v圖上，面積代表壓氣機(jī)所消耗的軸功，面積代表燃?xì)廨啓C(jī)所輸出的軸功，根據(jù)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，兩軸功的數(shù)值相等，故兩面積相等。

顯然，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)和定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)相同，故可引用有關(guān)的結(jié)論來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析。2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)269-6

活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其循環(huán)

(4)定容回?zé)徇^(guò)程：動(dòng)力活塞1位于其下死點(diǎn)，配氣活塞2從其下死點(diǎn)上移。使膨脹腔內(nèi)工質(zhì)經(jīng)連通管流入壓縮腔。此時(shí)工質(zhì)容積不變，并在流過(guò)回?zé)崞?時(shí)向回?zé)崞鞣艧?，降低溫度。?dāng)配氣活塞2移至其上死點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)全部進(jìn)入壓縮腔，定容回?zé)徇^(guò)程結(jié)束。

工作過(guò)程：

(1)定溫壓縮過(guò)程：配氣活塞2位于上死點(diǎn)，動(dòng)力活塞1由其下死點(diǎn)向上移動(dòng)。兩活塞間壓縮腔內(nèi)的工質(zhì)受壓，同時(shí)通過(guò)缸壁向冷卻水放熱。

(2)定容預(yù)熱過(guò)程：動(dòng)力活塞1位于其上死點(diǎn)位置，配氣活塞2從其上死點(diǎn)下移。迫使氣缸壓縮腔內(nèi)工質(zhì)流入配氣活塞上方的氣缸膨脹腔。此時(shí)工質(zhì)容積不變，在流過(guò)回?zé)崞?時(shí)被加熱。配氣活塞與和動(dòng)力活塞相靠時(shí)，工質(zhì)全部進(jìn)入氣缸的膨脹腔，定容預(yù)熱過(guò)程結(jié)束。

(3)定溫膨脹過(guò)程：外部燃燒系統(tǒng)通過(guò)氣缸頂部向膨脹腔內(nèi)的工質(zhì)加熱，工質(zhì)定溫膨脹，推動(dòng)配氣活塞和動(dòng)力活塞一起下移，輸出容積變化功。

2023年2月7日第九章氣體動(dòng)力循環(huán)27活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)及熱效率

定溫膨脹過(guò)程3