《工程热力学》课程PPT教学课件（讲稿）第九章 气体动力循环 Gas power cycles

第九章气体动力循环〖 Gas power cycles 9-1分析动力循环的一般方法 9-2活塞式内燃机实际循环的简化 9-3活塞式内燃机的理想循环 9-4活塞式内燃机个正理想循环的热力学比较 9-5燃气轮机装置循环 9-6燃气轮机装置完压加热实际循环 9-7提高燃气轮机装置热效率的热力学措施 9-8喷气发动机简介

1 第九章 气体动力循环 Gas power cycles 9-1 分析动力循环的一般方法 9-2 活塞式内燃机实际循环的简化 9-3 活塞式内燃机的理想循环 9-4 活塞式内燃机个正理想循环的热力学比较 9-5 燃气轮机装置循环 9-6 燃气轮机装置定压加热实际循环 9-7 提高燃气轮机装置热效率的热力学措施 9-8 喷气发动机简介

9-1分析动力循环的一般方法 分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性, 寻求提高经济性的方向及途径。 、分析动力循环的一般步骤 1,实际循环(复杂不可逆)抽象简化司逆理论循环 分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径 指导改善 实际循环 2.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、原因及改进办法

2 9–1 分析动力循环的一般方法 一、分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析循环能量转化的经济性， 寻求提高经济性的方向及途径。 二、分析动力循环的一般步骤 1. 实际循环（复杂不可逆） 抽象、简化 可逆理论循环 分析可逆循环 影响经济性的主要因素和可能改进途径 实际循环 指导改善 2. 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、原因及改进办法

三、分析动力循环的方法 1第一定律分析法—以第一定律为基础,以能 量的数量守恒为立足点。 2.第二定律分析法 综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 熵分析法 熵产 作功能力损失 分析法—火用损—火用效率

3 三、分析动力循环的方法 1. 第一定律分析法 以第一定律为基础，以能 量的数量守恒为立足点。 2. 第二定律分析法 综合第一定律和第二定律 从能量的数量和质量分析。 熵分析法 分析法 熵产 作功能力损失

四、内部热效率m( nternal thermal efficiency 不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比 net. act net 其中 71= =717 q1 与实际循环相当的内可逆循环的热效率 wnet act相对内部效率( internal engine efficiency nT 反映内部摩擦引起的损失 五、空气标准假设 the air- standard hypothesis) ●气体动力循环中工作流体一理想气体一→空气一定比热 燃烧和排气过程吸热和放热过程 ●燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计4

4 四、内部热效率i (internal thermal efficiency ) ——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比 net,act T net i T t 1 1 w w q q     = = = 其中 net t 1 w q  = 与实际循环相当的内可逆循环的热效率 net,act T net w w  = 相对内部效率(internal engine efficiency) 反映内部摩擦引起的损失 五、空气标准假设(the air-standard hypothesis) 气体动力循环中工作流体 理想气体 空气 定比热 燃烧和排气过程 吸热和放热过程 燃料燃烧造成各部分气体成分及质量改变忽略不计

9-2活塞式内燃机实际循环的简化 、活塞式内燃机( internal combustion engine)简介 1.分类 按燃料:煤气机 gas engine) 汽油机( gasoline engine; petrol engine) 桨油机( 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)

5 9–2 活塞式内燃机实际循环的简化 一、活塞式内燃机(internal combustion engine)简介 1．分类： 按燃料：煤气机(gas engine) 汽油机(gasoline engine; petrol engine) 柴油机(diesel engine) 按冲程：二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke ) 按点火方式：点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine)

2.活塞式内燃机循环特点 开式循环( open cycle) 燃烧、传热、排气、膨胀、医缩均为不可逆; 各环节中工质质量、成分稍有变化。 P 燃烧终点 火花塞 膨胀 余隙容积 上死点 缸径 排气阀开启 点火 冲程 汽缸壁 压缩 下死点 活塞 进气阀开启 往复运动 排气 曲轴机构 吸气 上止点 下止点U

6 开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆； 各环节中工质质量、成分稍有变化。 ２．活塞式内燃机循环特点

二、活塞式内燃机循环的简化 排气 油气混合物 燃烧终点 胀 油气混合物 排气阀开启 点火 压缩 进气阀开启 排气 吸气 下止点 压缩冲程 膨胀(动力)冲程 排气冲程 吸气冲程 空气 空气 空气 (2) (2)-(3) (3) 7 等熵压缩 定容加热 等鸩膨胀 定容放热

7 二、活塞式内燃机循环的简化

三、平均有效压力 mean effective pressure net PMEp max min) W n MEP net PMEP min ma 上止点 下止点 8 4

8 net MEP h W p V = 三、平均有效压力(mean effective pressure)

9-3活塞式内燃机的理想循环 混合加热理想循环 0→1吸气 dual combustion cycle)1→2压缩 2→3喷油、燃烧 3→4燃烧 →5膨胀作功 5→0排气 简化:引用空气标准假设 燃烧→2-3等容吸热+3-4定压吸热 排气→5-1等容放热 压缩、膨胀→1-2及45等过程 吸、排气线→重合、忽略 燃油质量→忽略 燃气成分改变→忽略

9 01 吸气 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 50 排气 简化：引用空气标准假设 燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热 排气5-1等容放热 压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略 燃油质量忽略 燃气成分改变忽略 9–3 活塞式内燃机的理想循环 一、混合加热理想循环 （dual combustion cycle）

1.p-v图及rs图 1→2等熵压缩;2→3等容吸热; 3→4定压吸热;4→5等熵膨胀; 5→1定容放热 特性参数 O 压缩比( (compression ratio)E 定容增压比( pressure ratio)2 定压预胀比 (cutoff ratio 10

10 1. p-v图及T-s图 12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热 特性参数： 1 2 v v  = 3 2 p p  = 4 3 v v  = 压缩比(compression ratio) 定容增压比(pressure ratio) 定压预胀比 (cutoff ratio)