第7章循环解析
69页1、第七章 循环,教学目标:使学生掌握分析动力循环的一般方法;了解活塞式内燃机实际循环的分析方法;了解燃气轮机循环的分析方法;蒸汽动力基本循环-朗肯循环;空气压缩制冷循环;蒸气压缩制冷循环。 知识点:活塞式内燃机实际循环的简化;活塞式内燃机的理想循环;活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较;燃气轮机装置循环;燃气轮机装置的定压加热实际循环,空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 重 点:分析动力循环的一般方法;活塞式内燃机循环分析;燃气轮机装置循环的分析方法,提高燃气轮机、蒸汽轮机装置循环效率的方法和途径。 难 点:实际循环简化成理想循环的方法;提高内燃机和燃气轮机、蒸汽轮机装置循环效率的方法和途径。,热力装置,动力装置:将热量通过能量的传递和转换,转变成人们所需要的功。,制冷装置:将热量不断地从系统排向环境以使系统温度降到所要求的某一低于环境温度的水平。,热泵装置:将热量不断地传给系统使系统温度提高到所要求的某一高于环境温度的水平。,热力装置,7-1 概说,一、分析循环的目的:,在热力学基本定律的基础上分析循环过程中能量转换的经济性,寻求提高经济性的方向及
2、途径。,二、分析循环的方法与步骤:,1、将实际循环抽象和简化为理想循环,任何实际热力装置中的工作过程都是不可逆的,且十分复杂。为了进行热力分析,需要建立实际循环相对应的热力学模型,即可理想的可逆循环代替实际不可逆循环。如将实际不可逆的燃烧过程简化为可逆的吸热过程,2、将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上,对理想循环进行分析计算,计算循环中有关状态点(如最高压力点、最高温度点)的参数,与外界交换的热量、功量以及循环热效率或工作系数。,3、对理想循环进行分析计算,动力循环的热效率:,4、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热量及净功量的影响,进而分析对循环热效率(或工作系数)的影响,提出提高循环热效率(或工作系数)的主要措施。,平均温度分析法:,5、对理想循环的计算结果引入必要的修正,考虑实际存在的不可逆性对理想循环的结果进行修正。,6、对实际循环进行热力学第二定律分析,熵分析 火用分析,一、活塞式内燃机分类:,按燃料:燃气机、汽油机和柴油机; 按点火方式:点燃式和压燃式; 按冲程:四冲程和二冲程,7-2 活塞式内燃机循环,1、两冲程内燃机工作过程,进气,排气,2、四冲程内燃
3、机工作过程,进气,排气,内燃机循环示功图,3-5MPa,600-800,5-9MPa,1700-1800,0.3-0.5MPa,500,实际开式循环抽象成闭式的以空气为工质的理想循环; 燃料燃烧加热燃气的过程简化成工质从高温热源可逆定容及定压吸热过程; 忽略实际过程的摩擦阻力及进、排气阀的节流损失; 膨胀和压缩过程忽略热交换,简化为可逆绝热过程。,二、活塞式内燃机实际循环的简化,三、活塞式内燃机混合加热理想循环,p,v,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,p,v,T,s,s,s,v,(萨巴德循环),3-5MPa,600-800,5-9MPa,1700-1800,0.3-0.5MPa,500,吸热量,放热量,循环热效率,循环净功,混合加热循环的计算,p,v,1,2,3,4,5,T,s,v,而,将以上两式代入上面的等式关系式有,p,v,1,2,3,4,5,T,s,v,或,定容升压比,压缩比,定压预胀比,p,v,1,2,3,4,5,T,s,v,上式表明,混合加热循环的热效率,随压缩比、定容升压比的增大 而增大,随定压预胀比的增大而减小。,已得到,3,2,3,2,4,4,1,1,p,v,T
4、,s,s,s,p,v,(早期柴油机),四、定压加热理想循环(Diesel循环),结论:(压缩比)t (定压预胀比)t ,3,2,3,2,4,4,1,1,p,v,T,s,s,s,v,v,五、定容加热理想循环(Otto循环),(早期活塞式汽油机/煤气机),3,2,4,1,T,s,v,v,吸热量,放热量,循环热效率,循环净功,定容加热循环的计算,3,2,4,1,T,s,v,v,因,即,有,则,令,称为压缩比。 则,结论:,3,2,4,1,T,s,v,v,分析:,若循环加热量不变,提高 增压比,实际上提高 了吸热平均温度,降低 了放热的平均温度,所 以循环的热效率提高了。,汽油机增压比的允许值7-12,柴油机允许值14-20,实际上压缩比过大,使压缩终了时的气体产生爆燃现象, 影响发动机的正常工作。 用提高压缩比来提高点燃式 内燃机的热效率,实际上受到严格的限制。,7-3 活塞式内燃机理想循环的比较,一、压缩比及吸热量相同时,活塞式内燃机各种循环的比较,二、具有相同的最高压力和最高温度的比较,7-5 燃气轮机装置循环,燃气轮机装置简介,Combustion chamber,燃气轮机装置示意图,
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