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1、第五章 氣體動力循環(huán) Gas Power Cycle 動力循環(huán)研究目的和分類 動力循環(huán)： 工質連續(xù)不斷地將從高溫熱源取 得的 熱量 的一部分轉換成對外的 凈功 按工質 氣體動力循環(huán) ：內燃機 蒸汽動力循環(huán) ：外燃機 空氣為主的燃氣 按 理想氣體 處理 水蒸氣等 實際氣體 研究目的： 合理安排循環(huán)，提高熱效率 internal combustion engine external combustion engine 氣體動力循環(huán)分類 按結構 活塞式 葉輪式 汽車，摩托，小型輪船 航空，大型輪船，移動電站 piston engine Gas turbine cycle 氣體動力循環(huán)分類 小型汽車，
2、摩托 中、大型汽車，火車， 輪船，移動電站 汽油機 petrol (gasoline) engine 按燃料 柴油機 diesel engine 煤油機 kerosene oil engine 航空 氣體動力循環(huán)分類 點燃式 spark ignition 按點燃方式： 按沖程數： 四沖程 four-stroke 壓燃式 compression ignition 二沖程 two-stroke 動力循環(huán)研究方法 實際動力循環(huán)非常復雜 不可逆 ， 多變指數變化 ， 燃燒 等 工程熱力學研究方法，先對實際動 力循環(huán)進行 抽象 和 理想化 ，形成各種理 想循環(huán)進行分析，最后進行 修正 。 5-1 活塞式
3、內燃機動力循環(huán) 一、四沖程高速柴油機 （混合加熱循環(huán)） high-speed diesel engin 四沖程柴油機工作原理 空氣、油 廢氣 吸氣 壓縮 膨脹 排氣 Intake Compression Expansion Exhaust Exhaust gas Air, Fuel Intake valve Exhaust valve 四沖程高速柴油機工作過程 1 2 3 0 1 吸空氣 p V 一般 n=1.341.37 柴油自燃 t=335 p0 2 0 1 2 多變壓縮 p2=35MPa t2=600800 2 噴柴油 2 開始燃燒 2 3 迅速燃燒，近似 V p59MPa Autoig
4、inition 四沖程高速柴油機工作過程 1 2 3 4 5 3 4 邊噴油，邊膨脹 p V p0 1 2 0 t4可達 17001800 4 停止噴柴油 4 5 多變膨脹 V 近似 膨脹 p p5=0.30.5MPa t5500 5 1 開閥排氣， 降壓 1 0 活塞推排氣 ,完成循環(huán) 四沖程高速柴油機的理想化 1 2 3 4 5 1. 工質 p V p0 1 2 0 工質數量不變 定比熱理想氣體 P-V圖 p-v圖 2. 0-1和 1 -0抵消 開口 閉口循環(huán) 3. 燃燒 外界加熱 4. 排氣 向 外界放熱 5. 多變 絕 熱 6. 不可逆 可逆 理想混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)） 1 2 3
5、 4 5 1 2 3 4 5 p v T s 分析循環(huán) 吸熱量 ， 放熱量 ， 熱效率 和 功量 Dual cycle 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 T s 吸熱量 1 v 3 2 p 4 3q c T T c T T 放熱量 (取絕對值） 2 v 5 1q c T T 熱效率 12 t 11 w q q qq qw蜒 512 1 3 2 4 3 11 TTq q T T k T T 定義幾個指標性參數 1 2 3 4 5 p v 壓縮比 1 2 v v 定容增壓比 3 2 p p 預脹比 4 3 v v 反映 氣缸 容積 反映 供油 規(guī)律 Compression ratio C
6、utoff ratio 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 T s 熱效率 51 t 3 2 4 3 1 TT T T k T T 1 11 2 1 1 2 k kvT T T v 1 2 v v 13 3 2 1 2 kpT T T p 3 2 p p 14 4 3 1 3 kvT T T v 4 3 v v 理想混合加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 5 T s 熱效率 51 t 3 2 4 3 1 TT T T k T T 1 54 5 4 1 1 51 k kpvT T T T vp t 1 11 11 k k k 各因素對混合加熱循環(huán)的影響 t 1.4k 1.3k 1.2k 1、
7、 當 、 不變 t 受氣缸材料限制 一般柴油機 1 4 2 1 k t 1 11 11 k k k 潛艇用氦氣， k=1.66 各因素對混合加熱循環(huán)的影響 2、 當 不變 t t t 1 1.5 2 3 t 1 11 11 k k k 注意： 圖示的研究方法 不必記憶 的復雜式 t 1 2 3 4 5 p v 柴油機與汽油 機動力循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油機，壓燃式 汽油機，點燃式 1 定容加熱 循環(huán)（奧圖 OTTO循環(huán) ) 1 2 3 4 1 2 3 4 p v T s 定容加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 T s 吸熱量 1 v 3 2q c T T
8、放熱量 (取絕對值） 2 v 4 1q c T T 熱效率 1 2 2 4 1 t 1 1 1 3 2 11w q q q T T q q q T T 定容加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 T s 熱效率 41 t 32 1 TT TT 4 1 1 3 2 2 1 1 1 T T T T T T 1 321 1 2 4 k TTv T v T 1 1 2 1 2 1 11 k T T v v 1 11 k 定容加熱循環(huán)的計算 t 1 11 11 k k k 1 t 1 11 k tk 汽油易爆燃 一般汽油機 5 1 0 一般柴油機效率高于汽油機的效率 但汽油機小巧 1 4 2 1 柴油機 柴油機
9、與低速柴油 機循環(huán)圖示 1 2 3 4 5 p v 1 2 3 4 p v 柴油機，壓燃式 低速柴油機，壓燃式 1 定壓加熱循環(huán)（狄塞爾 Diesel循環(huán) ) 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 T s 定壓加熱循環(huán)的計算 1 2 3 4 T s 吸熱量 1 p 3 2q c T T 放熱量 (取絕對值） 2 v 4 1q c T T 熱效率 1 2 2 t 1 1 1 1w q q q q q q 定壓加熱循環(huán)的計算 熱效率 t 1 11 ( 1 ) k k k t 1.5 2 2.5 當 不變 t 當 不變 t 已被淘汰 5-2 活塞式內燃機循環(huán)比較 比較的條件 壓縮比 吸熱量 1q 反映氣缸結構尺寸、工藝材料 反映作功量（馬力） 最高壓力 maxp 反映材料耐壓、壁厚、成本 最高壓力 maxT 反映材料耐溫 比較的對象： 混合加熱，定容加熱，定壓加熱 和 相同 T s 2 t 1 1 q q tv tm tp 2 v 2 m 2 pq q q 平均溫度法 1q 3m 4m 1 2 3v 4v 3p 4p
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