【发动机原理】第五章 发动机热力循环分析ppt课件.ppt

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1、教学目标１.了解发动机实际循环的计算方法及数学模拟。２.了解发动机理想循环有限时间热力学分析简介。３.理解理想参数对循环功与循环热效率的影响。４.掌握发动机实际工作过程热力循环。５.掌握发动机理想循环。６.掌握发动机实际循环中的能量和热量。我们一般把热能转换为功的周而复始的热力过程称为热机循环。一种性能良好的热机就是要求它具有良好的动力性和经济性，而这些指标的优劣与热机工作时所依据的热力循环密切相关，对热机的热力循环作出全面的深入的分析，可以更深刻的揭示热机工作过程的本质和热功转换的规律，为新型热机的研制提供理论依据。通过对

2、发动机实际工作过程的分析，可以看出，在发动机能量转换的全部过程中，由于工质在‘质’和‘量’上都时刻发生着变化，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的不可逆损失也大量存在。因此，在实际发动机中实现的实际循环的所有热力过程在某种程度上都是不可逆的，发动机的实际热力循环是一个非常复杂的不可逆过程。为了定量的研究发动机实际热力循环中热力参数对发动机性能的影响，通常将实际循环进行简化，从而得到便于进行定量分析的内燃机的理想循环。研究理想循环的目的可以概括为:(１)阐明各基本热力参数间的关系，明确提高经济性和动力性的基本途径。(２)确定循环

3、热效率的理论极限，判断实际发动机工作过程进行的完善程度。(３)分析和比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性。一、发动机实际工作过程热力循环的简化由于实际发动机的工作过程是很复杂的，为了从热力过程完善程度这一角度来分析发动机实际发生的过程，需要忽略某些影响发动机性能的因素，在分析过程中，根据不同发动机的热力过程特点，用某些特定的热力过程近似代替实际发动机中复杂的热力过程，从而实现对发动机实际热力循环的简化。(一)发动机实际工作过程特点发动机的实际工作过程就是循环不断重复进行的过程，图5-1表示了四冲程发动机的实际工作过程示

4、意图，由图可以看出，发动机实际工作过程是由进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀做功过程和排气过程五个过程所组成的。１)进气过程进气过程如图５-１ａ)所示，为了使发动机连续运转，必须不断地吸入新鲜工质，即进气过程，此时进气门在发动机曲轴运转到上止点前的某一角度开启，当活塞由上止点向下止点移动，首先是上一循环滞留在汽缸中的残余废气膨胀，压力由排气终了压力Pt下降到小于大气压力P0，然后新鲜工质才被吸入汽缸。该过程的特点:由于进气系统的阻力，进气终了压力Pa一般小于大气压力P0,为0.08~0.095ＭPa。压力波动变化不大，进气过

5、程中进气气流受到发动机高温零件及残余废气的加热，进气终了的温度Ｔ总是高于大气温度T0，变化范围约为40K，同压力波动一样温度同样变化不大，值得注意的是进气门打开时，排气门并没有关闭，而是过了上止点后某一角度才关闭。２)压缩过程压缩过程中活塞由下止点向上止点移动，压缩过程开始时，排气门关闭，进气门为了充分利用进气气流的惯性，在下止点后某一角度才关闭，如图5-1b)所示。这时，缸内工质受到压缩，温度、压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比ε表示，压缩过程的作用是增大做功过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为

6、燃烧过程创造有利的条件，在柴油机中，压缩后气体的高温还是保证燃料着火的必要条件。压缩过程的特点是:汽缸中的工质与缸壁间存在热交换及工质泄漏，发动机的压缩过程是一个复杂的多变过程，但由于工质与缸壁间的温差较小，热交换的强度较弱。３)燃烧过程从柴油机的燃烧过程分析中可知，由于在滞燃期内形成了大量的可燃混合气。当可燃混合气达到着火条件后，燃烧室内的混合气多处同时着火，在极短的时间内工质的压力、温度急剧升高，这一阶段的混合气形成燃烧过程类似于汽油机的燃烧过程可以近似的认为是定容燃烧过程。随着柴油燃料的继续喷入燃烧室，这时燃料在燃烧室

7、内一边被加热蒸发、一边与空气混合形成可燃混合气、一边燃烧，这时的燃烧过程是在燃烧室工质压力、温度极高的情况下发生的，并且压力变化不大，如图5-2b)中ｚ′-ｚ所示，因此，近似的将这一阶段认为是定压燃烧过程。对于汽油机的燃烧过程，由于按一定空燃比预先混合好的可燃混合气充满了整个燃烧室，当在电火花的点燃下形成燃烧火焰中心后，火焰非常迅速地传播整个燃烧室，在上止点附近燃烧结束，整个燃烧过程近似于定容燃烧过程，如图5-2b)中ｃ-ｚ所示。４)膨胀做功过程膨胀过程如图5-1c)所示，膨胀过程中进、排气门均关闭，燃烧产生的高温、高压的工

8、质推动活塞由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随着活塞的向下运动迅速降低，膨胀过程的特点是:由于膨胀过程中高温、高压的工质通过汽缸体与外界有强烈的换热，热交换损失、漏气损失和补燃现象存在整个膨胀过程。因此，膨胀过程也是一个多变过程，但更为复杂，膨胀终了的温度在1000K左右，