分析气体动力循环方法

气体动力循环
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 ＋
－ 4
0
1’ 1
O
V
图10-3 定容燃烧汽油机示功图
三、实际循环的理想化过程
<1> 燃烧过程 →可逆定容或（和）定压吸热过程； <2> 工质→比热为定值的理想气体（空气）； <3> 膨胀和压缩过程→可逆绝热（等熵）过程； <4> 忽略摩擦阻力及节流损失，认为进、排气过程的
T3

p3v3 Rg
1389
K
p 3 1.43 p2
q1v = cv(T3 – T2) = 302 kJ/kg q1p = q1 – q1v = 598 kJ/kg
点4：p4 = p3 = 10.3 MPa，因q1p = cp(T4 – T3)，所以
T4
T3
q1p cp
1985
t
1
k1
k 1
1 k(
（10-3）
1)
上式说明：
<1>η t随ε和λ的增大而提高。 <2> ηt随ρ的增大而降低。
二、定压加热理想循环（Diesel 循环）
又称荻塞尔 循环，相当 于λ＝1时的 混合加热循 环情况。
热效率公式 （略）
p2 3
T
3
2 4
4
1 1
一、实际工作循环理想化成可逆循环； 二、找出影响循环热效率的主要因素及提高
循环效率的措施； 三、分析实际循环与理论循环的偏离程度，
找出实际损失的部位、大小、原因以及 改进方法。
循环的经济性评价（内部热效率）：
itT coT （10-1）
其中：ηc为卡诺循环热效率；
ηt为内部可逆循环的热效率, η0为相对热效率, ηT为循环相对内部效率。
10-2 活塞式内燃机实际循环的简化 一、几种活塞式内燃机简介
船用柴油机
车用柴油机
建筑用柴油机
发电用柴油机
固定动力用柴油机
增压柴油机
农用柴油机
工程机械用柴油机Biblioteka 柴油发电机组直喷柴油机
二、实际循环的示功图（p-V图）
右图是四冲程柴油机 p
（混合加热）的示功图，
34
包括：0-1吸气冲程、1-3
压缩冲程、3-1’ 膨胀冲程、 1’-0排气冲程。
其中：0、3是上死点；
2 ＋
2’
Q（－）
1、1’是下死点；
－
5
2’-3-4是注燃过程。 2-3-4：燃烧过程； 5-1’-0：排气过程。
0
1’ 1
O
V
图10-1 四冲程柴油机的示功图
p 2
3 高增压柴油机 船用柴油机
p 3
煤气机 汽油机
＋
－
4
0
1’
或
t

wnet q1
0.644 1
t 1 1[( 1) ( 1)] 0.639
在吸热过程中空气熵增为
s 24
cp
ln T4 T2

R
g
ln
p4 p2

0.6174
kJ /(kg K)
所以平均吸热温度为
T1m

q1 s 24
1457.6
上式说明，η t随压缩比ε的增加而提高。
例 10-1
某柴油机混合加热理想循环(见幻灯片6中的
图) 的p1=0.17MPa，t1=60℃，压缩比ε =14.5， 气缸中气 体最大压 力 p3=10.3MPa，循环 加热量 q1=900kJ/kg 。 设 工 质 为 空 气 ， 比 热 容 为 定 值 并 取 cp=1004 J/(kg·K) 、 cv=718J/(kg·K) ， κ =1.4 ； 环境温度t0=20℃，压力p0=0.1MPa。试分析该循 环并求循环热效率及 效率。
推动功抵消，两个过程重合，进而把开式循环抽 象成闭式循环。
通过上述简化，实际循环可理想化为以空气为工质的 可逆循环，且按加热方式可分为：
Otto循环（定容加热） Diesel循环（定压加热） Sabathe循环（混合加热）
这三种循环的图示 见下节相关内容。
有效压力：
MEP

循环净功＝ 循环净功 活塞排量 活塞面积 冲程
K
循环吸热量q1中的可用能为
ex,Q

(1
T0 T1m
)q1

719.1
kJ / kg
循环
效率
ex

wnet ex,Q
0.806
例题索引
本例中，循环是内部可逆的，且只是放热过程中 系统（工质）与环境有温差，从而有作功能力损失：
i

T0 s g

T0 (s24

q2 ) T0

139.1
o
vo
v
图10-5 定压加热理想循环的p-v图和T-s图
其η t随ε的增大而提高，随ρ的增大而降低。
三、定容加热理想循环(Otto循环)
定容加热理想循 环又称奥托循环， p 3
相当于预胀比ρ
＝1时的混合加
热循环。
2
T
T3 3
4
2
4
热效率:
1
1
t

1


1
k 1
o （10-4）
图10-6
vo
s
定容加热理想循环的p-v图和T-s图
kJ / kg
K
v4

R gT4 p4

0.055
m3 / kg
v 4 1.42 v3
点5： v5 = v1 = 0.562 m3/kg
p5

p
4
(
v v
4 5
)

0.398
MPa
T5

p5v5 Rg

779
K
q2 cv (T5 T1) 320kJ / kg
wnet q1 q2 580kJ / kg