cV 0 (T5 T1 ) ηt = 1 = ′ ′ q1 + q1′ cV 0 (T3 T2 ) + c p 0 (T4 T3 ) q2
利用内燃机的特性参数来表示热效率: 利用内燃机的特性参数来表示热效率: 特性参数来表示热效率 v1 ε= ①压缩比: 压缩比: 压缩比 v2 T2 v1 κ 1 = ( ) = ε κ 1 → T2 = T1ε κ 1 1-2为绝热过程 为绝热过程 T1 v2 p3 ②压力升高比: λ = 压力升高比: 压力升高比 p2 T3 p3 = = λ → T3 = λT2 = T1λε κ 1 2-3为定容过程 为定容过程 T2 p 2 ③予胀比: 予胀比: 予胀比 3-4为定压过程 为定压过程 4-5为绝热过程 为绝热过程
二,燃气轮机的实际循环 压气机耗功: 压气机耗功:
ηc, s 燃气轮机轴功: 燃气轮机轴功: ( ws ) T = ηT (h3 h4 )
( ws ) c =
h2 h1
w0 ( ws ) T ( ws ) c 循环热效率: 循环热效率: η t = 1 = q1 q1
c p 0 (T3 T4 )ηT c p 0 (T2 T1 ) = c p 0 (T3 T1 ) c p 0 (T2 T1 ) 1
2,工质以理想气体对待; 工质以理想气体对待; 工质以理想气体对待 3,开口系统简化为闭口系统.(进排气功近似相等,相互抵消) 开口系统简化为闭口系统.(进排气功近似相等, 开口系统简化为闭口系统.(进排气功近似相等 相互抵消) 得到如下理论循环: 得到如下理论循环:
混合加热循环的热效率: 混合加热循环的热效率:
ηt = 1
1
ε κ 1
λρ κ 1 (λ 1) + κλ ( ρ 1)
ε ↑ ε → ηt ↑ p1v1 w0 = (λ 1)(ε κ 1 1) κ 1
可见: 可见:
↑ λ , ↑ ε → w0 ↑
②定压加热循环(笛塞尔循环) 定压加热循环(笛塞尔循环)
特点: 1,为混合 特点:λ=1,为混合 加热循环的一个特例, 加热循环的一个特例,将 其代入混合加热循环的热 效率及循环净功的表达式, 效率及循环净功的表达式, 即分别有: 即分别有: 1 ρκ 1 η t = 1 κ 1 ε κλ ( ρ 1) 可见: 可见:
将参数关系代入, 将参数关系代入,有:
ηt = 1
1
π (κ 1) / κ
可见, 热效率提高. 可见,↑π,热效率提高. 热效率提高 功量—燃气轮机轴功: 功量 燃气轮机轴功:ws ) T = h3 h4 = c p 0 (T3 T4 ) 燃气轮机轴功 ( 压气机耗功: 压气机耗功: ( ws ) c = h2 h1 = c p 0 (T2 T1 )
(2)采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环 采用多级压缩中间冷却以及再热的回热循环
采用多级压缩中间冷却,可使压缩终了温度降低. 采用多级压缩中间冷却,可使压缩终了温度降低.而采 用多级膨胀中间再热,可使膨胀终了温度提高. 用多级膨胀中间再热,可使膨胀终了温度提高.这两方面都 可使回热的温度范围大为扩展, 可使回热的温度范围大为扩展,从而提高平均吸热温度及降 低平均放热温度,使循环热效率得到较大的提高. 低平均放热温度,使循环热效率得到较大的提高. 结构复杂,体积较大, 结构复杂,体积较大,因而常单独采用多级压缩中间冷 或采用多级膨胀中间再热. 却,或采用多级膨胀中间再热.
将其代入热效率表达式, 将其代入热效率表达式,有
ηt = 1
可见: 可见: ① ②
1
ε κ 1
λρ κ 1 (λ 1) + κλ ( ρ 1)
λ = const, ρ = const, ↑ ε → ηt ↑ ε = const, ↑ λ , ↓ ρ → η t ↑
由图可见, , 由图可见,ε, λ↑→Tm1↑,所以热效率 , ηt↑. .
q′ h6 h2 = = q h4 h2
w0 ( ws ) T ( ws ) c (h3 h4 ) (h2 h1 ) ηt = = = q1 q1 h3 h6
比热为定值时,上式可写为: 比热为定值时,上式可写为:
T3 T2 T4 ( 1) T1 ( 1) T4 T1 ηt = T4 T3 (1 ) T2 (1 ) T3
w0 = ( ws ) T ( ws ) c
π (κ 1) / κ 可见w 仅为增压比π的函数 的函数, 可见 0仅为增压比 的函数,当π为 为 T1 (κ 1) / κ π max, w0 = ( ) T3 时循环净功有极大值. 时循环净功有极大值.
= c p 0 [T3 (1 1 ) T1 (π (κ 1) / κ 1)]
8-3 增压内燃机及其循环
η t ,V > η t > η t , p
②最高压力相同,最高温度相同 最高压力相同, Tm1, p > Tm1 > Tm1,V Tm 2,V = Tm 2 = Tm 2, p
Tm 2 ηt = 1 =1 q1 Tm1 ηt , p > ηt > ηt, p
q2
8-2 燃气轮机装置循环
一,定压加热燃气轮机循环(勃雷登循环) 定压加热燃气轮机循环(勃雷登循环)
↑ ε , ↓ ρ → ηt ↑
p1v1 w0 = [κε κ 1 ( ρ 1)] ( ρ κ 1)] κ 1
可见: 可见:
↑ ρ , ↑ ε → w0 ↑
三,活塞式内燃机各种理想循环的比较 ①压缩比相同,放热量相同 压缩比相同, Tm1,V > Tm1 > Tm1, p
Tm 2,V = Tm 2 = Tm 2, p q2 Tm 2 ηt = T3 = = π (κ 1) / κ T1 T4
所以有: 所以有: η t =
π π
(κ 1) / κ
ηc, s τ
ηT
1
(κ 1) / κ
τ 1
ηc, s
1
1 ηc, s
升温比
可见: 可见:①
↑ τ (T3 ) → η t ↑
②当 τ ,ηc, s ,ηT 一定 当 随着增压比 的提高, 时,随着增压比 π 的提高,循 环热效率有一个极大值. 环热效率有一个极大值.
T2 T3 = = π (κ 1) / κ ,可得: 可得: 代入参数间的关系式 T1 T4
π (κ 1) / κ ηt = τ (1 (κ 1) / κ ) (1 )π (κ 1) / κ π
(
τ
1)(π (κ 1) / κ 1)
可提高燃气轮机回热循环的热效率; ①增大升温比τ,可提高燃气轮机回热循环的热效率; 一定时, 的提高, ②当升温比τ及回热度一定时,随着增压比π的提高, 回热循环的热效率有一个极大值,如图所示. 回热循环的热效率有一个极大值,如图所示.当回热度增大 与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低. 时,与热效率极大值相对应的增压比的数值不断降低.
q1 = h3 h2 = c p 0 (T3 T2 )
q2 = h4 h1 = c p 0 (T4 T1 )
T4 T1 ( 1) c p 0 (T4 T1 ) q2 T1 =1 h2 = 1 循环热效率: 循环热效率 η t = 1 T3 q1 c p 0 (T3 T2 ) T2 ( 1) T2
混合加热循环的循环净功为: 混合加热循环的循环净功为:
′ ′ w0 = (q1 + q1′) q2 = cV 0 (T3 T2 ) + c p 0 (T4 T3 ) cV 0 (T5 T1 )
利用循环中各状态间的参数关系,可以得到: 利用循环中各状态间的参数关系,可以得到:
w0 = cV 0T1{ε κ 1[(λ 1) + κλ ( ρ 1)] (λρ κ 1)}
p1v1 κ 1 = {ε [(λ 1) + κλ ( ρ 1)] (λρ κ 1)} κ 1
可见: 可见:
↑ λ , ↑ ρ , ↑ ε → w0 ↑
二,定容加热循环和定压加热循环 ①定容加热循环(奥图循环) 定容加热循环(奥图循环) 特点: = , 特点:ρ=1,为混合 加热循环的一个特例, 加热循环的一个特例,将 其代入混合加热循环的热 效率及循环净功的表达式, 效率及循环净功的表达式, 即分别有: 即分别有: 1 η t = 1 κ 1 可见: 可见:
↑ ③ ηc, s , ↑ ηT → η t ↑
三,提高热效率的措施 (1)燃气轮机装置的回热循环
1-2—压气机中的绝热压缩过程;2-6—回热器中的定压预热过程; 压气机中的绝热压缩过程; 回热器中的定压预热过程; 压气机中的绝热压缩过程 回热器中的定压预热过程 6-3—燃烧室中的定压加热过程;3-4—燃气轮机中的绝热膨胀过程; 燃烧室中的定压加热过程; 燃气轮机中的绝热膨胀过程; 燃烧室中的定压加热过程 燃气轮机中的绝热膨胀过程 4-5—回热器中的定压放热过程;5-1—大气中的定压放热过程. 回热器中的定压放热过程; 大气中的定压放热过程. 回热器中的定压放热过程 大气中的定压放热过程 理想情况下,空气从 升温至T 实际只能达到T 定义: 理想情况下,空气从T2 升温至 4,实际只能达到 6.定义: 回热度: 回热度:
第八章 气体动力循环
8-1 活塞式内燃机的理想循环 混合加热循环(萨巴特循环) 一,混合加热循环(萨巴特循环) 实际循环: 实际循环: 0-1 进气过程 1-2 压缩过程 2-3-4 燃烧过程 膨胀(作功) 4-5 膨胀(作功)过程 5-1 自由排气过程 +强制排气过程 理想化: 理想化:1,热力过程的理想化 进气过程→0 定压线; →0①进气过程→0-1定压线; 压缩过程→1 定熵压缩; →1②压缩过程→1-2定熵压缩; ③燃烧过程→2-3定容加热+3-4定压加热(外热源加热); 燃烧过程→2- 定容加热+ 定压加热(外热源加热); →2 膨胀过程→4 定熵膨胀; →4④膨胀过程→4-5定熵膨胀; 排气过程→5 定容放热+ →5定压线; ⑤排气过程→5-1定容放热+1-0定压线;Sorry, no copy!