第十二章 气体动力循环(作业)
热工基础第12章气体动力循环
冲程 四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
内燃机的整个工作过程存在着诸多不可逆因 素，因此实际内燃机的工作循环是不可逆的。
P
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入
3 4 气缸内空气的压力略低于大气压力。
1-2：压缩过程
2
2－3－4－5：燃烧和膨胀
混合加热循环
内燃机按加热方式 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环
特征参数：
p3
4
压缩比：压缩前的比体积与
压缩后的比体积之 2
比，它是表征内燃
5
v1 机工作体积大小的
1
v2 结构参数。
0
v
混和加热理想循环
定容升压比：
p
定容加热后的压力与加热前
3
的压力之比，它表示内燃机
2
定容燃烧情况的特性参数。
第一节 活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式
Hale Waihona Puke 活塞式内燃机的分类：（特或点称是往用复燃式烧）的的产，物其作共为同工
使用燃料
煤气机 质推动活塞作功，燃料的燃
烧过程以及工质的膨胀和压
汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸
柴油机
中进行，再由连杆带动曲轴 转动。
点火方式 点燃式 （汽油机、煤气机）
压燃式 （柴油机）
1 T1 T2
1
1
1
定容加热理想循环
定容加热理想循环的热效率:
t
1
1
1
混合加热理想循环的热效率:t
1
1[(
1 1) (
分析气体动力循环方法
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
分析动力循环的一般方法 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比较 斯特林循环 埃里克森循环 燃气轮机装置循环 燃气轮机装置的定压加热实际循环
课件目录
本章作业
10-1 分析动力循环的一般方法
（10-2）
当两个相同尺寸发动机比较时，MEP大的比MEP小的可 产生更多净输出功。
10-3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环（Sabathe循环）
v1
p 3
4
T
4
v2
3
v4
2
v3
2 5
5
p3
p2
11
o
vo
s
图10-4 混合加热理想循环的p-v图和T-s图
混合加热循环的热效率为:
解: 由已知条件：p1 = 0.17 MPa，T1 = 333.15 K
点1：
v1
R gT1 p1
0.562
m3 / kg
点2：
v2
v1
0.0387
m 3 / kg
1 – 2 是定熵过程，有
p2
p
1
(
v v
1 2
)
p1
7.18
kPa
T2
p2v2 Rg
968
K
点3：p3 = 10.3 MPa，v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg
1
O
V
图10-2 定压燃烧柴油机示功图
2 ＋
气体动力循环
§10–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一.压缩比相同，吸热量相同时的比较
q1v q1m q1 p
q2 v q2 m q2 p
得 T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
1 t 1 1 1 1
讨论：
a) t
b) t
c) t
v1 二、定压加热理想循环 —Diesel cycle v2 v1 v3 v2 v2
二. 实际工作循环的抽象与简化
简化原则为:
（1）不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作是 气缸内工 质进行状态变化的封闭循环。 （2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，
并认为2－3是定容加热过程，3－4是定压加热过程。
（3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量 交换,近似地认为是绝热过程。
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
分类： 按燃料：煤气机(gas engine)
汽油机(gasoline engine; petrol engine)
柴油机(diesel engine) 按点火方式：点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine) 按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
气体而增大。
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1 v2
p3 p2
热效率
q1 cV T3 T2
v1 v2
q2 cV T4 T1
第十、十一、十二章热力装置及其循环气(气体动力循环、蒸汽循(精)
第十、十一、十二章热力装置及其循环气（气体动力循环、蒸汽循环、制冷循环、热泵循环）气体动力循环一、目的及要求了解各种内燃机的热力过程，掌握朗肯循环的热力循环过程，了解制冷循环及热泵循环的热力过程。
二、内容：10.1分析动力循环的一般方法10.2活塞式内燃机实际循环的简化10.3活塞式内燃机的理想循环10.4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较10.5燃气轮机装置循环10.6燃气轮机装置的定压加热实际循环10.7简单蒸汽动力装置循环――朗肯循环10.8再热循环及回热循环10.9制冷循环概况10.10压缩空气与压缩蒸汽制冷循环10.11制冷剂的性质10.12热泵循环三、重点及难点：10.1掌握各种装置循环的实施设备及工作流程。
10.2掌握将实际循环抽象和简化为理想循环的一般方法，并能分析各种循环的热力过程组成。
10.3掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算的方法。
10.4会分析影响各种循环热效率的因素。
10.5掌握提高各种循环能量利用经济性的具体方法和途径。
四、主要外语词汇：sabeander cycle, diesel cycle, otto cycle, spark ignition, brayton cycle, gas turbine, rankine cycle, vapor, air standard assumptions, refrigerator cycle, heat pump cycle五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：1、试以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。
2、活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率？实际中是否采用？为什么？3、燃气轮机装置循环中，压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功，因而增加了循环净功，但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低，试分析之。
4、干饱和蒸汽朗肯循环与同样初压下的过热蒸汽朗肯循环相比较，前者更接近卡诺循环，但热效率却比后者低，如何解释此结果？5、各种实际循环的热效率，无论是内燃机循环、燃气轮机装置循环或是蒸汽循环肯定地与工质性质有关，这些事实是否与卡诺定理相矛盾？6、蒸汽动力循环中，在动力机中膨胀作功后的乏气被排入冷凝器中，向冷却水放出大量的热量q2，如果将乏汽直接送入汽锅中使其再吸热变为新蒸汽，不是可以避免在冷凝器中放走大量热量，从而减少对新汽的加热量q1，大大提高热效率吗？这样的想法对不对？为什么？7、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？8、压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？作业：10－2，10－3，10－7，11－2，11－4，11－6，12－3，12－5第十章气体动力循环在学习本章过程中需要掌握三个问题：1）余隙容积对压气机产生什么影响？2）压缩比π的影响如何？如有矛盾采用什么方法解决？3）请说明多级压缩级间冷却原理？§10－1分析动力循环的一般方法动力装置，制冷装置和热泵装置统称为热力装置。
《气体动力循环》课件
3
卡诺循环定理
热机工作最高效率与温度之间的关系可以通过卡诺循环来表达。
涡轮机
单级涡轮机
利用单一的轮盘（旋转的部件）和静子（静止 的部件）转换压缩气流为动能或反之。这种设 计可用于航空发动机、小型电站和低效率发动 机。
多级涡轮机
使用多个轮盘和静子提高效率，但需要更多的 空间和重量，和更昂贵的制造成本。
气体动力循环
本课程将介绍气体动力循环及其设计过程。我们会深入探讨现代热力学与涡 轮机技术之间的相互作用，同时讨论若干案例研究。
热力学定律
1
热力学第一定律
能量守恒定律。它表明，在任何一个系统中，能量不能被创造或消失，只是在转化的过程中 产生能量交换。
2
热力学第二定律
热量只能从高温区流向低温区，这种现象被称为热量的不可逆性。
热交换器
热交换器帮助将空气和热能传输到另一个容器中， 在各种情况下提高了效率和性能。
气体动力循环的性能与措施
1 热力系统的性能分析
对气体动力循环的性能进行综合评估，考虑 功率、效率、节能和环境等因素。
2 节能措施
节能措施通常包括降低系统内能量损失、增 加能量利用效率和改进热交换性能等措施。
3 性能指标计算方法
不同类型的热力循环
卡诺循环
卡诺循环是工程中最重要的热力学概念之一，它是 一种完全可逆的热力学过程。
布雷顿循环
是一种常用的气体动力循环，广泛应用于燃气轮机、 航空发动机和工业应用。
斯特林循环
斯特林循环是另一种常用的气体动力循环，主要用 于制冷、加热和转换工作。
燃气轮机
1
工作原理
燃气轮机是通过将压气机所吸入的空气
提供实现气体动力循环的一些计算方法和公 式。
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的CO2的质量。
当地大气压B ＝101.325 kPa 。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO2的质量 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T（3） 27322+=t T（4）压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=（5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
油气储运工程专业课程.doc
油气储运工程专业课程油气储运工程专业油气储运工程专业是研究油气和城市燃气储存、运输及管理的一门穿插性高新技术学科。
业务培养目标：本专业培养具备工程流体力学、物理化学、油气储运工程等方面知识，能在国家与省、市的开展方案部门、交通运输规划与设计部门、油气储运管理部门等从事油气储运工程的规划、勘查设计、施工工程管理和研究、开发等工作的高级工程技术人才。
业务培养要求：本专业学生主要学习油气储运工艺、设备设施方面的根本理论和根本知识，受到识图制图、上机操作、工程测量、工程概预算的根本训练，具有进行油气储运系统的规划、设计与运行管理的根本能力。
主干学科：工程流体力学、油气储运工程学主要课程：工程力学、工程流体力学、工程热力学、传热学、物理化学、泵与压缩机、电工与电子技术、油气管道设计与管理、油气集输、油库设计与管理、油气储运工程最优化、技术经济学等主要实践性教学环节：包括工程制图、测量实习、金工实习、施工实习等一般安排18周。
主要专业实验：油气质量检测、物理化学等修业年限：四年授予学位：学士学位相近专业：采矿工程石油工程矿物加工工程勘察技术与工程资源勘察工程地质工程矿物资源工程油气储运工程煤及煤层气工程资源勘查工程开设学校：中国石油大学重庆科技学院石油大学长江大学武汉理工大学浙江海洋学院中国地质大学榆林学院(省A专业) 四川大学华南农业大学西南石油大学西安石油大学大庆石油学院课程编号：05040120工程热力学Engineering Thermodynamics总学时：48学时总学分：3学分课程性质：技术根底课开设学期及周学时分配：第5学期，周时数3适用专业及层次：过程装备及控制专业、油气储运专业相关课程：大学物理，物理化学、化工原理教材：（《工程热力学》，沈维道等编，高等教育出版社推荐参考书：（1、《工程热力学》，严家禄编，高等教育出版社，1989第二版2、《工程热力学》，曾丹苓、敖越、朱克雄等编，高等教育出版社，1986第二版 3、《热力学》，王竹溪编，高等教育出版社，1955）一、课程目的及要求工程热力学是一门专业技术根底课，其任务是培养学生运用热力学的定律、定理及有关的理论知识，对热力过程进行热力学分析的能力；初步掌握工程设计与研究中获取物性数据，对热力过程进行有关计算的方法。
第十二章 气体动力循环(作业)
T
6
5 7
8 9
4
3
2 10 1 s
q2 131.9 t 1 1 0.5297 q1 280.5
此时热效率提高了。
热力学习题参考答案 [12-6]一内燃机混合加热循环，工质视为空气。已 知 p1 0.1MPa ，t1 50C， v1 v2 15 ， p3 p2 1.8， v4 v3 1.3 比热容为定值。求此循环的吸热量及循环热效率。 解：
循环的最高温度kgkj273273004450041477755232kgkj224300523004kgkj109224333热力学习题参考答案3273333109kgkj777ln00459655844015584吸热平均温度及放热平均温度热力学习题参考答案124具有回热的燃气轮机装置采用两级压缩中间冷却和两级膨胀中间再热图127
T1 323K
T2 T1 1 323151.41 954.2K
T3 T2 954.2 1.8 17176K .
T4 T3 17176 1.3 22328K . .
q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
0.7174 1717 6 954.2 1.004 2232 8 1717 6 1064 6kJ / kg . . . .
解： T1 363K ，T2 673K ， T3 863K ，T5 573K
3 2
4
s15 s23 s34 T T T 1 s34 C p ln 3 s15 s23 Cv ln 5 Cv ln 3 T4 T1 T2 537 863 0.717ln 0.717ln 0.149kJ/kg K 363 673 T 0.149 T4 1.1599T3 1.1599 863 1001K ln 4 0.1484 T3 1.004
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解：⑴循环的最高温度 已知 T1 273 27 300K ， p2 p1 4
1.41 p2 T2 T1 300 4 1.4 445.8K p1 q 333 T3 1 T2 445.8 777.5K Cp 1.004 ⑵循环的净功量 T4 T31 777.5 523.2 K 1.4 1 4 1.4
解： T1 363K ，T2 673K ， T3 863K ，T5 573K
3 2
4
s15 s23 s34 T T T 1 s34 C p ln 3 s15 s23 Cv ln 5 Cv ln 3 T4 T1 T2 537 863 0.717ln 0.717ln 0.149kJ/kg K 363 673 T 0.149 T4 1.1599T3 1.1599 863 1001K ln 4 0.1484 T3 1.004
q1 333 596.3K s23 0.5584
q2 224.1 401.1K s41 0.5584
T2 401.1 t 1 1 0.3273 T1 596.3
热力学习题参考答案
[12-4] 具有回热的燃气轮机装置采用两级压缩、中间冷却和两级膨胀、中间再热 （图12-7）。工质视为空气，经过每级燃气轮机和压气机的压力比为2。进入每 级压气机时温度 t1 t3 27C ，初压 p1 0.1MPa 。进入每级燃气轮机时温 度 t6 t8 504.6C ，膨胀终压为0.1MPa，求在极限回热情况下，该燃气轮机装置 理想循环的热效率，并与习题12-1的结果相比较。
Cv T5 T1 T5 T1 q2 t 1 1 q1 Cv T3 T2 C p T4 T3 T3 T2 T4 T3 1 573 363 0.4520 863 673 1.4 1001 863
T1 323K
T2 T1 1 323151.41 954.2K
T3 T2 954.2 1.8 17176K .
T4 T3 17176 1.3 22328K . .
q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
0.7174 1717 6 954.2 1.004 2232 8 1717 6 1064 6kJ / kg . . . .
热力学习题参考答案
第十二章
气体动力循环
热力学习题参考答案
[12-1]燃气轮机装置的定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压气机的温 度 t1 27C 、压力 p1 0.1MPa ，循环增压比 p2 p1 4 。在燃烧室中加入热 量q1 333kJ / kg，经绝热膨胀到 p4 0.1MPa ，设比热容为定值，试求：⑴循环的 最高温度；⑵循环的净功量；⑶循环的热效率；⑷吸热平均温度及放热平均温度。
，
q1 C p T6 T5 C p T8 T7
2C p T8 T7 2 1.004 777.5 623.8 280.5kJ / kg
q2 C p T10 T1 C p T2 T3 2C p T2 T3 2 1.004 365.8 300 131.9kJ / kg
T
6
5 7
8 9
4
3
2 10 1 s
q2 131.9 t 1 1 0.5297 q1 280.5
此时热效率提高了。
热力学习题参考答案 [12-6]一内燃机混合加热循环，工质视为空气。已 知 p1 0.1MPa ，t1 50C， v1 v2 15 ， p3 p2 1.8， v4 v3 1.3 比热容为定值。求此循环的吸热量及循环热效率。 解：
解：
1.41 p2 T4 T2 T1 300 2 1.4 365.7 K p1 T7 T6 T8 504.6 273 777.6K ，
1
，
T6 p6 p7
1
777.5 2
1.4 1 1.4
t 1
1
1
1 1 1.8 1.31.4 1 1 1.41 0.6521 15 1 1 1.8 1 1.4 1.8 1.3 1
热力学习题参考答案
[12-7]一内燃机混合加热循环，已知t1=90℃, t2=400℃, t3=590 ℃, t5=300℃，如图12-9所示。工质视为空气，比热容为定值。求此循环 的热效率，并与同温度范围内卡诺循环热效率相比较（提示：根据各 过程的熵变化量，先求出t4） T
T
2
3 4
1
1 s
q2 C p T4 T1 1.004 523.2 300 224.0kJ / kg
w q1 q2 333 224 109kJ / kg
热力学习题参考答案 ⑶循环的热效率 t q 333 0.3273 1 或
5
s
同温度范围内卡诺循环热效率
C 1
T1 363 1 0.6374 T4 1001
t
t 1
s23 s41 C p l4 1 1.4
1 4
1
1.4 1 1.4
0.3270
⑷吸热平均温度 T1 及放热平均温度 T2
T3 777.5 1.004ln 0.5584kJ / kg K T2 445.8