1、第九章 氣體動力循環1一、分析動力循環的目的在熱力學基本定律的基礎上，分析循環能量轉化的 經濟性，尋求提高經濟性的方向及途徑。91 分析動力循環的一般方法分析動力循環的一般步驟實際循環（復雜不可逆） 吸熱、放熱、作功、熱效率實際循環指導改善可逆理論循環抽象、簡化分析4 分析動力循環的方法1. 第一定律分析法以第一定律為基礎，以能量的數量守恒為立足點。2. 第二定律分析法綜合第一定律和第二定律從能量的數量和質量分析。熵分析法火用分析法熵產作功能力損失火用損火用效率5內部熱效率i(internal thermal efficiency )不可逆過程中實際作功量和循環加熱量之比其中 與實際循環相當的

2、內可逆循環的熱效率相對內部效率(internal engine efficiency) 反映內部摩擦引起的損失分析動力循環的一般方法：內燃機采用燃燒前壓縮技術,以提高平均吸熱溫度所用燃料為液體或氣體加熱按定容、定壓或介于定容定壓之間的過程循環采用四沖程或兩沖程點火方式為點燃式或壓燃式空氣標準假設(the air-standard hypothesis)氣體動力循環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量改變忽略不計按加熱方式分類的各類循環：1. 定容加熱循環2. 定壓加熱循環3. 混合加熱循環分析動力循環主要采用兩種方法：1. 以熱力學第一定律為

3、基礎的“第一定律分析法”以能量數量為立足點,以熱效率為指標。2.以熱力學第一定律和第二定律為依據、從能量的數量和品質來分析，以“作功能力損失和火用效率為其指標的第二定律分析法”。煤氣機(gas engine)汽油機(gasoline engine; petrol engine)柴油機(diesel engine) 分類：二沖程(two-stroke )四沖程(four-stroke ) 點燃式(spark ignition engine)壓燃式(compression ignition engine)92 活塞式內燃機實際循環的簡化按燃料：按點火方式：按沖程：10壓燃式柴油機空氣和燃料 (柴油

4、 )分別壓縮,自行發火式發動機。 柴油機： 0-1 吸氣 1-2-2 壓縮 2噴油 2-3 定容加熱(燃燒) 3-4 定壓加熱(燃燒) 4-5 膨脹 5-0 排氣 柴油機實際工作循環（1）不計吸氣和排氣過程，將內燃機的工作過程看作是氣缸內工質進行狀態變化的封閉循環。（2）把燃燒過程看作是外界對工質的加熱過程，并認為23是定容加熱過程，34是定壓加熱過程。（3）略去壓縮過程和膨脹過程中工質與氣缸壁之間的熱量交換,近似地認為是絕熱過程。（4）用定容放熱過程來代替廢氣排入大氣中的實際放熱過程。（二）實際工作循環的抽象與簡化簡化原則為: 活塞式內燃機循環的簡化（三）活塞式內燃機循環的簡化01 吸氣 1

5、2 等熵壓縮 23 定容加熱 34 定壓加熱 45 等熵膨脹 51 排氣10 排氣排氣51 等容放熱吸氣01排氣線10重合略去，封閉循環燃油質量忽略燃氣成分改變忽略進一步說明 工質為空氣定比熱二、平均有效壓力 mean effective pressure 一、混合加熱理想循環12 等熵壓縮；23 等容吸熱； 34 定壓吸熱；45 等熵膨脹； 51 定容放熱該循環由于兼有定容和定壓加熱過程，所以稱為“混合加熱循環”，也稱“薩巴太循環”。93 活塞式內燃機的理想循環1、p-v圖及T-s圖二、內燃機的特性參數及混合加熱理想循環各典型點的狀態參數（1）壓縮比compression ratio ：壓縮

6、前的比體積與壓縮后的比體積之比，它是表征內燃機工作體積大小的結構參數。（2）定容升壓比pressure ratio : 定容加熱后的壓力與加熱前的壓力之比，它是表示內燃機定容燃燒情況的特性參數。（3）定壓預脹比 cutoff ratio : 定壓加熱后的比體積與加熱前的比體積之比，它是表示內燃機定壓燃燒情況的特性參數。循環熱效率三、混合加熱循環的能量分析和性能分析，求出得討論：把T2、T3、T4和T5代入循環凈功和凈熱分別為 在循環特性參數（、及）一定的條件下，提高初態參數，對熱效率雖然并無影響，但可以提高凈功。因此可以采用“增壓”等措施來提高柴油機的凈功。四、定壓加熱理想循環Diesel c

7、ycle熱效率 熱效率隨著壓縮比的增大,預脹比的減小和采用高值的氣體而增大。五.定容加熱理想循環Otto cycle熱效率圖101所示的定容加熱活塞式內燃機理想循環，工質為空氣，比熱容為定值并取已知壓縮比試求循環各點的溫度、壓力、比體積，循環熱效率及平均有效壓力。解：由已知條件：例：一.壓縮比相同，吸熱量相同時的比較或 94 活塞式內燃機各種理想循環的熱力學比較或二.循環pmax，Tmax相同時的比較一.燃氣輪機裝置簡介9-5 燃氣輪機裝置循環(gas turbine) 特點：1.運轉平穩，連續輸出功 2.啟動快，達滿負荷快 3.重量功率比 仍較大用途： 飛機、艦船的動力載荷機組， 電站峰荷機

8、組(peak-load set)，等。優點： 其熱能轉變為機械能的過程是在燃氣輪機中實現，它是一種旋轉式熱力發動機，轉速可設計很高，且工作過程連續。可在設備重量小，尺寸小的條件下發出很大功率。缺點：葉片材料、設計、加工、裝配要求很高。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為工質的熱動力設備小型燃氣輪機軸流式燃氣輪機壓氣機簡圖：燃燒室燃氣輪機簡圖燃燒室為定壓燃燒，壓縮、膨脹過程與絕熱相近。故定壓燃燒燃氣輪機裝置的理想循環組成如下： 絕熱壓縮、定壓吸熱、絕熱膨脹、定壓放熱燃燒室燃氣輪機壓氣機q1321圖 1016二. 定壓加熱理想循環定壓燃燒燃氣輪機裝置流程示意圖如下:二.定壓加熱理想循環過程1-2 等熵

9、壓縮（壓氣機內）過程2-3 定壓吸熱（燃燒室內）過程3-4 等熵膨脹（燃氣輪機內）過程4-1 定壓放熱循環增壓比pressure ratio 循環增溫比temperature ratio1.熱效率t注意：式中T1，T2并非指高溫 熱源，低溫熱源。三.定壓加熱理想循環分析2.分析一.定壓加熱的實際循環 96 燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環1-2a 不可逆絕熱壓縮； 2-3 定壓吸熱； 3-4a 不可逆絕熱膨脹； 4-1 定壓放熱。二、壓氣機絕熱效率 adiabatic compressor efficiency三、燃氣輪機相對內效率 adiabatic turbine efficiency三、燃氣

10、輪機裝置的內部熱效率 (internal thermal efficiency)i 整理回熱regeneration 97 提高燃氣輪機裝置熱效率的熱力學措施1）極限回熱2）回熱度regenerator effectiveness 注意：達一定值，回熱不能進行3） 98 噴氣發動機(jet engine)簡介12 擴壓管壓縮 23 壓氣機壓縮34 定壓燃燒45 膨脹作功 56 噴管加速 定壓燃燒噴氣式發動機的理論循環及實際循環與燃氣輪機裝置定壓加熱循環相同理想循環注意：壓縮和膨脹過程 都分兩段作業：91, 5, 15第九章 完End of Preface定容加熱理想循環中，如果絕熱膨脹不在4點停下，而使之繼續膨脹到，5