第九章 气体动力循环 刘英光.ppt

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1、第九章气体动力循环Gaspowercycles一、分析动力循环的目的在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性，寻求提高经济性的方向及途径。§9–1分析动力循环的一般方法二、分析动力循环的一般步骤实际循环（复杂不可逆）吸热、放热、作功、热效率实际循环指导改善可逆理论循环抽象、简化分析1）第一定律分析法以能量的数量守恒为立足点。评价指标：热效率2）第二定律分析法从能量的数量和质量分析。熵分析法能量分析法熵产作功能力损失可用功损失机械效率下降三、分析动力循环的方法内可逆循环的热效率反映该内部可逆循环因与高、低温热源存在温差（外部不可逆）而造成的损失反映内部摩擦

2、引起的损失热效率卡诺循环热效率T1—燃气温度（定值）相对热效率相对内部效率——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。内部热效率i气体动力循环中工作流体理想气体空气定比热燃烧和排气过程吸热和放热过程燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计四、空气标准假设theair-standardhypothesis9–2活塞式内燃机实际循环的简化一、活塞式内燃机(internalcombustionengine)简介1．分类：按燃料：煤气机(gasengine)汽油机(gasolineengine;petrolengine)柴油机(dieselengine)按冲程：二

3、冲程(two-stroke)四冲程(four-stroke)按点火方式：点燃式(sparkignitionengine)压燃式(compressionignitionengine)开式循环(opencycle)；燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；各环节中工质质量、成分稍有变化。２．活塞式内燃机循环特点二、平均有效压力(meaneffectivepressure)01吸气（定压）12压缩（定熵）23喷油、燃烧（定容吸热）34燃烧（定压吸热）45膨胀作功（定熵）51排气（定容放热）10。排气（定压）简化：引用空气标准假设吸、排气线重合、忽略燃油

4、质量忽略燃气成分改变忽略9–3活塞式内燃机的理想循环一、混合加热理想循环（dualcombustioncycle）1.p-v图及T-s图12等熵压缩；23等容吸热；34定压吸热；45等熵膨胀；51定容放热特性参数：压缩比(compressionratio)定容增压比(pressureratio)定压预胀比(cutoffratio)2.循环热效率或利用表示压缩比定容增压比定压预胀比两式相除，考虑到把T2、T3、T4和T5代入求讨论：归纳：a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。b.利用T-s图

5、分析循环较方便。c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。二、定压加热理想循环(Dieselcycle)讨论：三、定容加热理想循环(Ottocycle)讨论：9–4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较一、压缩比相同，吸热量相同时的比较或二、循环pmax、Tmax相同时的比较或已知柴油机混合加热理想循环p1=0.17MPa、t1=60℃，压缩比ε=14.5，气缸中气体最大压力10.3MPa，循环加热量q1=900kJ/kg。设工质为空气，比热容为定值并取cp=1004J/(kg·K)，cV=718J/(kg·K)，κ=1.4；环境温度t0=20℃，压力p0=0.

6、1MPa。试分析该循环并求循环热效率及效率。解：由已知条件p1=0.17kPa、T1=333.15K点1：点2：1-2是定熵过程，有点3：24点4：=10.3MPa，所以点5：或在吸热过程中空气熵增为26所以平均吸热温度为循环吸热量中的可用能：循环效率9-5燃气轮机装置循环一、燃气轮机(gasturbine)装置简介小型燃气轮机28轴流式燃气轮机29构成压气机(compressor)燃烧室(combustionchamber)燃气轮机(gasturbine)特点1.开式循环(opencycle)，工质流动；2.运转平稳，连续输出功；3.启动快，达满负荷快；4

7、.压气机消耗了燃气轮机产生功率的一大部分。用途飞机、舰船的动力载荷机组，电站峰荷机组(peak-loadset)等。30二、定压加热理想循环（constant-pressurecombustioncycle，Braytoncycle）1-2等熵压缩（压气机内）2-3定压吸热（燃烧室内）3-4等熵膨胀（燃气轮机内）4-1定压放热（排气，假想换热器）循环增压比（pressureratio）循环增温比（temperatureratio）三、定压加热理想循环分析1.热效率ηt注意：式中T1、T2并非指高温热源，低温热源。2.分析可见：1）对于每一τ，均有π，其w→wne

8、t,max2）τ上升，即