热力循环与热工设备简介.ppt
作 业,5-15-2,第五章 热力循环与热工设备简介,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,ICE,ECE,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 engine,Gas turbine cycle,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(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,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,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,一、四冲程高速柴油机（混合加热循环）,high-speed diesel engin,四冲程柴油机工作原理,空气,废气,吸气,压缩,膨胀,排气,Intake,Compression,Expansion,Exhaust,Exhaust gas,Air,Intake valve,Exhaust valve,Fuel,油,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,1,2,3,01 吸空气,一般n=1.341.37,柴油自燃t=335,p0,2,0,12 多变压缩,p2=35MPa,t2=600800,2 喷柴油,2 开始燃烧,p59MPa,Autoiginition,四冲程高速柴油机工作过程,1,2,3,4,5,34 边喷油，边膨胀,p,V,p0,1,2,0,t4可达17001800,4 停止喷柴油,45 多变膨胀,p5=0.30.5MPa,t5500,51 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,1,2,3,4,5,1.工质,p,V,p0,1,2,0,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）,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,p,v,分析循环吸热量，放热量，热效率和功量,Dual cycle,(Sabathe),理想混合加热循环的计算,1,2,3,4,5,吸热量,放热量(取绝对值）,热效率,定义几个指标性参数,1,2,3,4,5,p,v,压缩比,定容增压比,预胀比,反映气缸容积,反映供油规律,Compression ratio,Cutoff ratio,理想混合加热循环的计算,1,2,3,4,5,热效率,理想混合加热循环的计算,1,2,3,4,5,热效率,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=1.66,各因素对混合加热循环的影响,2、当 不变,图示的研究方法,不必记忆 的复杂式,柴油机与汽油机动力循环图示,1,2,3,4,5,p,v,柴油机，压燃式,汽油机，点燃式,定容加热循环（奥图OTTO循环),1,2,3,4,1,2,3,4,p,v,定容加热循环的计算,1,2,3,4,T,s,吸热量,放热量(取绝对值）,热效率,定容加热循环的计算,1,2,3,4,T,s,热效率,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,柴油机与低速柴油机循环图示,1,2,3,4,5,p,v,1,2,3,4,p,v,柴油机，压燃式,低速柴油机，压燃式,定压加热循环（狄塞尔Diesel循环),1,2,3,4,p,v,1,2,3,4,定压加热循环的计算,1,2,3,4,吸热量,放热量(取绝对值）,热效率,定压加热循环的计算,热效率,当 不变,当 不变,5-2 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,和 相同,平均温度法,3m,4m,3p,4p,和 相同,相等,2m,2p,和 相同,3p,4m,2p,3m,4p,2m,？和 相同，图示 大小,5-3 斯特林（Stirling)循环,1816年提出，近几十年才实施,冷气室,热气室,加热器,冷却器,A,B,回热器,斯特林循环图示,1,2,3,4,1,2,3,4,p,v,概括性卡诺循环,核潜艇，制冷,5-4 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,1,2,3,4,压气机,燃气轮机,燃烧室,1）工质：数量不变，定比热理想气体,2）闭口 循环,3）可逆过程,Combustion chamber,Compressor,Turbine,1,2,3,4,1,2,3,4,T-s and P-v diagrams for the ideal Brayton Cycle,勃雷登循环的计算,1,2,3,4,吸热量：,放热量：,热效率：,勃雷登循环热效率的计算,1,2,3,4,热效率：,勃雷登循环热效率的计算,1,2,3,4,热效率：,定义：,压比,Pressure ratio,勃雷登循环净功的计算,1,2,3,4,定义：,循环增温比,对净功的影响,1,2,3,4,3,4,当 不变,不变,但T3 受材料耐热限制,对净功的影响,当 不变,太大,太小,存在最佳，使 最大,最佳增压比（w净）的求解,令,最大循环净功,作 业,5-115-145-155-19,燃气轮机的实际循环,1,2,3,4,压气机：不可逆绝热压缩,燃气轮机：不可逆绝热膨胀,2,4,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,1,2,3,4,2,4,净功,吸热量,燃气轮机的实际循环的热效率,1,2,3,4,2,4,热效率,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 的关系,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,2,若使T4,T4 在500oC以上,1,3,4,T,s,不可能,如果T4T2,预热空气，回热,一、回热,Regeneration,勃雷登循环回热示意图,1,2,3,4,压气机,燃气轮机,燃烧室,回热器,4R,2A,Regenerator,回热在Ts 图上的表示,2,1,3,4,T,s,4R,2R,2A,理想回热：,实际回热:,定义：回热度,一般取0.60.9,2R 4R,2A,Effectiveness,压气机间冷intercooling的图示,1,2,3,4,燃气轮机,燃烧室,间冷器,5,压气机,6,2,Intercooler,压气机间冷在Ts图上的表示,2,1,3,4,T,s,2,6,5,A,B,12341和62256联合工作,？,压气机间冷热效率的推导,当,间冷回热示意图,1,3,4,燃气轮机,燃烧室,间冷器,5,压气机,6,2,回热器,4R,2R,Intercooler,Regenerator,间冷回热在Ts图上的表示,2,1,3,4,T,s,2,6,5,4R,2R,再热reheating示意图,1,2,3,4,压气机,燃气轮机,燃烧室1,燃烧室2,3,5,Reheater,再热在Ts图上的表示,2,1,3,T,s,3,4,4,5,再热回热示意图,1,2,3,4,压气机,燃气轮机,燃烧室2,回热器,燃烧室1,4R,2R,5,3,Reheat-regenerative cycle,再热回热在Ts图上的表示,2,1,3,T,s,3,4,4,5,4R,2R,再热+间冷+回热示意图,1,2,3,4,压气机,燃气轮机,燃烧室2,回热器,间冷器,燃烧室1,2R,4R,再热+间冷+回热在Ts图上的表示,3,T,s,2,1,4,2R,4R,无穷多级的极限情况,2,1,3,4,T,s,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 小 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(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，,动力循环问题讨论(2),2、回热器能否装在压气机前,1,2,3,4,1,2,动力循环问题讨论(3),3、能否先加热，后压缩,动力循环问题讨论(4),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 完End of Chapter Five,
