1、1,第十章 氣體的動力循環(huán) - Gas power cycles,2,101 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(xué)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(fù)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(dǎo)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。,3,三.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,綜合第一定律和第二定律 從能量的數(shù)量和質(zhì)

2、量分析。,熵分析法,火用分析法,熵產(chǎn),作功能力損失,火用損,火用效率,4,3) 內(nèi)部熱效率(internal thermal efficiency )i,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(dāng)?shù)目ㄖZ循環(huán)熱效率,與實際循環(huán)相當(dāng)?shù)膬?nèi)可逆循環(huán)的熱效率,相對熱效率(relative thermal efficiency)， 反映該內(nèi)部可逆循環(huán)因與高、低溫?zé)嵩?存在溫差（外部不可逆）而造成的損失,相對內(nèi)部效率(internal engine efficiency) 反映內(nèi)部摩擦引起的損失,5,四.空氣標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)(the air-standard hypothesis),氣體動力循環(huán)

3、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)量改變忽略不計,102 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,分類： 按燃料：煤氣機(gas engine)、汽油機(gasoline engine; petrol engine)、柴油機(diesel engine) 按點火方式：點燃式(spark ignition engine)、壓燃式 (compression ignition engine) 按沖程：二沖程(two-stroke )、四沖程(four-stroke ),圖

4、設(shè)備圖內(nèi)燃機.doc,6,活塞式內(nèi)燃機循環(huán)特點： 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。,7,二、平均有效壓力- mean effective pressure,8,三.活塞式內(nèi)燃機循環(huán)的簡化,9,01 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(biāo)準(zhǔn)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,10,103 活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán),一.混合加熱理想循環(huán)（dual combu

5、stion cycle） 1.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(yù)脹比 cutoff ratio,11,2.循環(huán)熱效率,或,12,13,兩式相除，考慮到,把T2、T3、T4和T5代入,求,14,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(dǎo)。 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。,15,二.定壓加熱理想循環(huán)Diesel c

6、ycle,16,討論：,C) 重負(fù)荷（，q1 ）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,17,三.定容加熱理想循環(huán)Otto cycle,18,19,討論：,C) 重負(fù)荷（q1 ）時內(nèi)部熱效率下降，因溫度上升使 ，造成熱效率下降,20,104 活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的熱力學(xué)比較,一.壓縮比相同，吸熱量相同時的比較,或,21,二.循環(huán)pmax，Tmax相同時的比較,或,例題第十章A447277.ppt,例題第十章A470299.PPT,22,10-6 燃氣輪機裝置循環(huán),一.燃氣輪機(gas turbine)裝置簡介,圖設(shè)備圖燃氣輪機.doc,23,24,構(gòu)成： 壓氣機(c

7、ompressor) 燃燒室(combustion 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(fù)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。,25,二.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)）,2-3 定壓吸熱（燃燒室內(nèi)

8、）,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,26,三.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?zé)嵩础?27,2.分析,？,28,29,可見： 1）對于每一，均有其wnet,max 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。,30,107 燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環(huán),一.定壓加熱的實際循環(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

9、-1 定壓放熱。,31,二.壓氣機絕熱效率(adiabatic compressor efficiency) CS 和燃氣輪機相對內(nèi)效率(adiabatic turbine efficiency)T,32,三. 燃氣輪機裝置的內(nèi)部熱效率 (internal thermal efficiency)i,整理后可得：,33,討論：,增大是提高燃氣輪機裝置性能（wnet，i）的方向。,34,108 提高燃氣輪機裝置熱效率的熱力學(xué)措施,一.回?zé)醨egeneration,討論,2）極限回?zé)?圖設(shè)備圖gas turbine 1.gif,35,3）回?zé)岫萺egenerator effectiveness,注意

10、：達一定值，回?zé)岵荒苓M行,4）實際循環(huán)的回?zé)?36,分級壓縮，中間冷卻multistage compression and intervening cooling,37,二. 分級壓縮，中間冷卻,采用分級壓縮，中間冷卻后t？,循環(huán)12341：,循環(huán)1567341：,循環(huán)12341,循環(huán)67256,循環(huán)67256：,回?zé)峄A(chǔ)上分級壓縮中間冷卻,回?zé)峄A(chǔ)上,38,三.回?zé)峄A(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?zé)?若回?zé)?循環(huán)12389101與循環(huán)12341 比較T1m上升，T2m下降,注意： 當(dāng)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)。,39,氣體動力循環(huán)熱效率分析歸納： 基礎(chǔ)：,方法： 在T-s圖