工程热力学答辩-内燃机火用分析ppt课件.pptx

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1、内燃机工作过程分析——工程热力学课程答辩目录1.火用和火无的定义2.零维缸内热力学模型3.计算结果分析1.火用和火无的定义什么是“火用”？什么是“火无”？1.火用和火无的定义热力学第一定律指出，能量是守恒的，这体现了能量的“数量”属性热力学第二定律指出，能量的转化是有方向性的，这体现了能量的“品质”属性，即能量在转换过程中会出现“品质”的退化、贬值、可用能减少。“火用”和“火无”能够对能量的“品质”进行评价图1-1永动机模型图1-2热力学第二定律推导模型1.火用和火无的定义1956年南斯拉夫学者Rant首先提出”火用”这个术语，Rant把能量分为在一定条件下可以转换的部分和不可转

2、换的部分，分别命名“Exergy”和“Anergy”。即“火用”是热力系统或能流与环境相互作用而达到完全平衡时系统向外界输出的最大功量。“火用”也常被称为能量可用性(availability),或称可用能(availableenergy)。机械能、电能等，理论上可以百分之百转换为其它形式的能量，其能量100%为火用；而环境状态下的热力学能，如地球表面的空气和海水容纳着巨大的热能，这种能量无法转化为功，其只有“数量”而没有”品质”，能量100%为火无。图1-3电能图1-4热能（与环境有温差）图1-5环境热能（与环境无温差）66THT0热机As1.火用和火无的定义1000K1000k

3、J300K400kJ非可逆机600kJ卡诺热效率：系统最大火用值：实际系统火用值:实际系统火无值:QAa1000K1000kJ300K300kJ可逆机700kJQ=As+Aa1.火用和火无的定义内燃机属于典型的热机，其能量转换受到热力学第二定律的限制，本课程总结报告的主要内容为：对内燃机的工作过程进行热力学分析，从火用损的角度对内燃机实际过程与理想可逆过程接近程度及改进方向提供指导。图1-6内燃机结构示意图图1-7汽油机工作过程2.零维缸内热力学模型不考虑气缸内各点的压力、温度与浓度场的差异,并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合,缸内的状态是均匀

4、的亦即为单区过程;工质为理想气体,其比热容、内能仅与气体的温度和气体的组成有关:气体流入与流出气缸为准稳态流动,不计流入或流出时的动能;不计及进气系统内压力和温度波动的影响:缸内工质在封闭过程中无泄漏。图2-1柴油机热力学系统（取气缸为控制容积）2.1模型的假定2.零维缸内热力学模型2.2基本微分方程能量守恒方程U—系统的内能W—作用在活械功Qi—通过系统交换的热量h—比焓可推导得温度对曲轴转角的微分方程为：图2-1柴油机热力学系统（取气缸为控制容积）质量守恒方程ms—系统内质量mi—流入气缸的空气质量me—流出气缸的废气质量mf—喷入气缸的燃油质量理想气体方程pV=mRTi图2

5、-1柴油机热力学系统（取气缸为控制容积）2.零维缸内热力学模型2.2基本微分方程图2-2柴油机火用平衡示意图火用平衡方程Af—燃油可用能Ai—进气可用能Ae—排气可用能Aw—活塞功可用能Aq—传热可用能As—系统储存可用能Ad—不可逆性损失可用能AfAiAeAwAqAdAs2.零维缸内热力学模型2.2基本微分方程图2-2柴油机火用平衡示意图2.3火用值求解AfAiAeAwAqAdAsAIande=H-H0-T0(S-S0)气缸内工质火用计算需采用闭口系公式：As=U-U0-T0(S-S0)-p0(V-V0)式中:0为环境状态；T为工质温度;p为工质压力;S工质为熵;V为工质容积。

6、对于开口系和闭口系工质火用的计算，需采用不同的计算公式。空气流入气缸和废气流出气缸所携带的火用需采用开口系计算公式：工质的火用2.零维缸内热力学模型图2-2柴油机火用平衡示意图AfAiAeAwAqAdAs式中:HLV、HHV分别为燃油低热值和高热值;mf为燃油质量;H、C、O、S为燃油中的氢、碳、氧和硫的质量成份。燃油的火用与燃油的热值和燃油成份有关，对液体燃料，常采用信泽寅男近似公式或Rant近似公式:燃油的火用2.3火用值求解2.零维缸内热力学模型图2-2柴油机火用平衡示意图AfAiAeAwAqAdAs求出各项可用能以后，应用火用平衡公式,求出不可逆损失dAd。在发动机的一个

7、工作循环内进行积分，就可以得到缸内工作过程的Af、Ai、Ae、Aw、Aq、ΔA和Ad值活塞做功火用和传热火用分别用以下公式计算:活塞做功和传热的火用？2.3火用值求解2.零维缸内热力学模型在以上方程中还有未知量是否可以开始火用的计算？2.零维缸内热力学模型图2-2柴油机火用平衡示意图2.4模型中变量求解AfAiAeAwAqAdAsAIande=H-H0-T0(S-S0)气缸内工质火用计算需采用闭口系公式：As=U-U0-T0(S-S0)-p0(V-V0)式中:0为环境状态；T为工