热力循环与热工设备简介

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1、作作业业5-15-22第五章第五章热力循环热力循环与热工设备简介与热工设备简介热力循环研究目的和分类热力循环研究目的和分类动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功按工质气体动力循环：内燃机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体研究目的：合理安排循环，提高热效率ICEECE气体动力循环分类气体动力循环分类按结构活塞式叶轮式汽车，摩托，小型轮船航空，大型轮船，移动电站联合循环的顶循环piston engineGas turbine cycle气体动力循环分类气体动力循环分类小型汽车，摩托中、大型汽车，火车，轮船，移动电站汽油机 petrol

2、(gasoline) engine按燃料柴油机diesel engine煤油机 kerosene oil engine航空气体动力循环分类气体动力循环分类点燃式 spark ignition按点燃方式：按冲程数：四冲程 four-stroke压燃式 compression ignition二冲程 two-stroke动力循环研究方法动力循环研究方法实际动力循环非常复杂不可逆，多变指数变化，燃烧等 工程热力学研究方法，先对实际动力循环进行抽象和理想化，形成各种理想循环进行分析，最后进行修正。5-1 内燃机的基本构造及循环内燃机的基本构造及循环一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）high-spee

3、d diesel engin四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理空气废气吸气压缩膨胀排气IntakeCompressionExpansionExhaustExhaust gasAirIntake valveExhaust valveFuel油四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程上止点Top dead center下止点Bottom dead center四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程12301 吸空气pV一般n柴油自燃t=335p02012 多变压缩p2=35MPat2=6008002 喷柴油2 开始燃烧23 迅速燃烧，近似Vp59MPaAutoiginiti

4、on四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程1234534 边喷油，边膨胀pVp0120t4可达170018004 停止喷柴油45 多变膨胀V近似 膨胀pp5t550051 开阀排气， 降压10 活塞推排气,完成循环四冲程高速柴油机的理想化四冲程高速柴油机的理想化123451. 工质pVp0120工质数量不变定比热理想气体P-V图p-v图2. 0-1和1 -0抵消开口闭口循环3. 燃烧外界加热4. 排气向外界放热5. 多变绝热6. 不可逆可逆理想混合加热循环（萨巴德循环）理想混合加热循环（萨巴德循环）1234512345pvTs分析循环吸热量，放热量，热效率和功量Dual cycle(

5、Sabathe)理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts吸热量放热量(取绝对值）热效率定义几个指标性参数定义几个指标性参数12345pv压缩比定容增压比预胀比反映气缸容积反映供油规律Compression ratioCutoff ratio理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts热效率理想混合加热循环的计算理想混合加热循环的计算12345Ts热效率各因素对混合加热循环的影响各因素对混合加热循环的影响1、当 、 不变受气缸材料限制 一般柴油机潜艇用氦气，k各因素对混合加热循环的影响各因素对混合加热循环的影响2、当 不变注意：图示的研究方法不必记忆 的复杂式12

6、345pv柴油机与汽油柴油机与汽油机动力循环图示机动力循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式汽油机，点燃式定容加热定容加热循环（奥图循环（奥图OTTO循环循环)12341234pvTs定容加热循环的计算定容加热循环的计算1234Ts吸热量放热量(取绝对值）热效率定容加热循环的计算定容加热循环的计算1234Ts热效率定容加热循环的计算定容加热循环的计算汽油易爆燃一般汽油机一般柴油机效率高于汽油机的效率但汽油机小巧柴油机与低速柴油柴油机与低速柴油机循环图示机循环图示12345pv1234pv柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式定压加热循环（狄塞尔定压加热循环（狄塞尔Diesel循环循环)12

7、34pv1234Ts定压加热循环的计算定压加热循环的计算1234Ts吸热量放热量(取绝对值）热效率定压加热循环的计算定压加热循环的计算热效率当 不变当 不变已被淘汰5-2 活塞式内燃机循环比较活塞式内燃机循环比较比较的条件压缩比吸热量反映气缸结构尺寸、工艺材料反映作功量（马力）最高压力反映材料耐压、壁厚、成本最高压力反映材料耐温比较的对象：混合加热，定容加热，定压加热和和相同相同Ts平均温度法3m4m123v4v3p4p和和相同相同Ts相等12v342m2p和和相同相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m？和相同，图示大小5-3 斯特林（斯特林（Stirling)循环循环1816年提出，

8、近几十年才实施冷气室热气室加热器冷却器AB回热器1-2 T 压缩2-3 V 吸热3-4 T 膨胀4-1 V 放热斯特林循环图示斯特林循环图示12341234pvTs概括性卡诺循环核潜艇，制冷5-4 勃雷登循环勃雷登循环（Brayton Cycle）用途： 航空发动机 尖峰电站 移动电站 大型轮船 联合循环的顶循环勃雷登循环示意图和理想化勃雷登循环示意图和理想化1234压气机燃气轮机燃烧室1）工质：数量不变，定比热理想气体理想化：2）闭口 循环3）可逆过程Combustion chamberCompressorTurbinepvTs12341234T-s and P-v diagrams for

9、 the ideal Brayton Cycle勃雷登循环的计算勃雷登循环的计算Ts1234吸热量：放热量：热效率：勃雷登循环热效率的计算勃雷登循环热效率的计算Ts1234热效率：热效率表达式似乎与卡诺循环一样勃雷登循环热效率的计算勃雷登循环热效率的计算Ts1234热效率：定义：压比Pressure ratio勃雷登循环净功的计算勃雷登循环净功的计算Ts1234定义：循环增温比对净功的影响对净功的影响Ts123434当 不变不变但T3 受材料耐热限制对净功的影响对净功的影响Ts当 不变太大太小存在最佳 ，使 最大最佳增压比最佳增压比 （w净净）的求解）的求解Ts令最大循环净功作作业业5-115

10、-145-155-19燃气轮机的实际循环燃气轮机的实际循环Ts1234压气机：不可逆绝热压缩燃气轮机：不可逆绝热膨胀24定义：压气机绝热效率燃气轮机相对内效率燃气轮机的实际循环的净功燃气轮机的实际循环的净功Ts123424净功吸热量燃气轮机的实际循环的热效率燃气轮机的实际循环的热效率Ts123424热效率影响燃气机实际循环热效率的因素影响燃气机实际循环热效率的因素一定，一定，有最佳 右移和和 的关的关系系地面上，尺寸次要，省燃料，取空中，尺寸重要，取提高受材料耐热限制取最佳有无其它途径5-5 提高勃雷登循环热效率的其他途径提高勃雷登循环热效率的其他途径2若使T4T4 在500oC以上134Ts

11、不可能如果T4T2预热空气，回热一、回热Regeneration勃雷登循环勃雷登循环回热示意图回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室回热器4R2ARegenerator回热在回热在Ts 图上的表示图上的表示2134Ts4R2R2A理想回热：实际回热:定义：回热度一般取2R 4R2AEffectiveness压气机间冷压气机间冷intercooling的图示的图示1234燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62Intercooler压气机间冷在压气机间冷在Ts图上的表示图上的表示2134Ts265AB12341和62256联合工作？结论：间冷回热示意图间冷回热示意图134燃气轮机燃烧室间冷器5压气机62

12、回热器4R2RIntercoolerRegenerator间冷回热在间冷回热在Ts图上的表示图上的表示2134Ts2654R2R结论：再热再热reheating示意图示意图1234压气机燃气轮机燃烧室1燃烧室235Reheater再热在再热在Ts图上的表示图上的表示213Ts3445结论：再热回热示意图再热回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器燃烧室14R2R53Reheat-regenerative cycle再热再热回热回热在在Ts图上的表示图上的表示213Ts344结论：54R2R再热再热+间冷间冷+回热示意图回热示意图1234压气机燃气轮机燃烧室2回热器间冷器燃烧室12R4R结

13、论：再热再热+间冷间冷+回热回热在在Ts图上的表示图上的表示3Ts2142R4R无穷多级的极限情况无穷多级的极限情况2134Ts两个等温过程两个等压过程+回热概括性卡诺循环级数越多，越复杂，造价越高，一般23级Ericsson cycle第五章第五章 小小 结结 Summary燃气轮机循环：理想循环和实际循环的计算 和比较活塞式内燃机循环：( 特点、计算、比较 )提高热效率的手段：回热 间冷+回热 再热+回热动力循环问题讨论动力循环问题讨论(1)1、为了提高效率，燃气轮机的废气能否再继续膨胀作功，能否废气不放热再压缩再膨胀作功不能使可逆时，不可逆时，p0pv1234动力循环问题讨论动力循环问题讨论(2)2、回热器能否装在压气机前Ts123412动力循环问题讨论动力循环问题讨论(3)3、能否先加热，后压缩Ts动力循环问题讨论动力循环问题讨论(4)动力循环的一般规律:动力循环都是以消耗热能为代价 以作功为目的升压是前提加热是手段作功是目的放热是必须顺序不可变步骤不可缺第五章第五章完完End of Chapter Five