能量转换的数量关系来评价循环的经济性，以 热效率为其指标
●第二定律分析法： 综合热力学第一定律、第二定律作为依据，从
能量的数量和质量来分析，以“作功能力损失 和 效率”为其指标
●两种方法所揭示的不完善部位及损失的大小不同 ●两种方法各有侧重，不能偏废
4
9.1.2气体动力循环经济性分析
空气标准假设(the air-standard hypothesis)
汽油机：6~9 柴油机：16~22
T2 过高 爆燃
16
9.3.2定压加热理想循环
●理想化： 工质为空气 1-2 定熵压缩 3-4 定熵膨胀
2-3 定压吸热 4-1 定容放热
●定量分析，求热效率
q1 cp(T3T2) q2 cv(T4T1)
17
t,p
1q2 q1
1cv(T4 T1) cp(T3T2)
T2 )k 1 T4 v3
v3=v2 , v4=v1
T2 T3 T1 T4
t,V
1T1 T2
1 1
(v1)k1
1 1
k-1
v2
：压缩比
15
t,V11k-1的几点说明
●压缩比 ，表示工质压缩行程的压缩程度；
●压缩比愈高，内燃机热效率愈高；
●但 不能任意提高 ● 值
第九章 气体动力循环 Gas power cycles
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
9-1 气体动力循环概述
9.1.1气体动力循环分析方法
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。
11T1(TT14 kT2(TT32
1) 1)
T1 T2
(v2 )k1 v1
1
k-1
T3 v3
T2 v2
T4 (v3 )k k
T1 v2
定压预胀比
t,p 1k(k 1)1k1
18
T4 (v3)k k的推导
T1 v2
T4 p4 T1 p1
p 4 ( v 3 ) k （定熵）
p3
v4
5
考虑了温差传热及摩阻对循环经济性的影响，实际 动力循环做功量和循环加热量之比为其内部热效率ηi表 示为： ηi=ηtηT=ηcηoηtηT
ηc=1-T0/T1是以燃气为高温热源、环境为低温热源 时卡诺循环的热效率； ηt是与实际循环相应的内部可逆循环的热效率； ηo=ηt/ηc，称相对热效率，反映该内部可逆理论循 环因与高、低温热源存在温差而造成的损失； ηT称为循环相对内部效率，是循环中实际功量和 理论功量之比，可反映内部摩擦引起的损失。
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 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。
3
三、分析动力循环的方法
●第一定律分析法： 以热一律为基础，以能量的数量为立足点。从
6
利用熵分析法对做功能力损失进行评价： ΔAL=T0ΣSgi
Sgi为工质流经整个热力循环第i个子系统的熵产。 采用做功能力损失与循环最大做功能力之比ηA 表示损失的大小：
ηA=ΔAL/Wmax Wmax =(1-T0/T1)Q1是热源Tl与环境T0间的动力循环能输出 的最大功。 效率ηex综合考虑循环最大做功能力中获得的有效做功能 力的实际情况，从能量的质和量两方面分析气体动力循环的不 可逆损失与评价热力系统热力学完善程度，即：
{点火
方式
点燃式 ( spark ignition engine ) 压燃式 compression ignition engine
{冲程 数
二冲程 ( two-stroke ) 四冲程 ( four-stroke )
8
二、 活塞式内燃机循环特点
{
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
p 2 ( v 1 ) k（定熵）
p1
v2
p2 p3 （定压）
v 4 v1 （定容）
( v3 )k k
v2
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t,p 1k(k1)1k1的分析
， t , p
20
• 柴油机 一般为１６～２２
• 柴油机压缩的是空气，不会发生爆燃， 比汽油机大；
• 柴油机燃烧采用压燃，只有达到一定大的 才能在压缩终
12
实际循环的理想化
理想化
实际工作循环图
定容加热循环图
13
9–3 活塞式内燃机的理想循环
9.3.1定容加热理想循环（Otto循环）
} q1cV(T3T2)
q2 cV(T4T1)
t ,V
1
q2 q1
1 cV (T4 T1) 1 T1(TT14 1)
cV (T3 T2)
T2
(T3 T2
1)
14
1-2、3-4 是定熵过程
ηex=有效 /提供的 当然，对有效 和提供的 的理解不同，可能会对同一 过程的描述产生差异。
7
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
{燃
料
煤气机 ( gas engine ) 汽油机 ( gasoline engine )
柴油机 ( diesel engine )
●假定工作流体是一种理想气体； ●假设它具有与空气相同的热力性质； ●将排气过程和燃烧过程用向低温热源的放热过程和自高温热源的吸热 过程取代。
实际气体循环：
●工质主要是燃气，且在不同部位成分不同 ●燃气与空气的物理性质相似，理论分析是空气标准假设不会造成很 大的误差 ●假设仅仅试用于 气体动力循环，分析蒸汽动力循环不可用
了产生高温、高压点燃油雾；
• 也不能过大 受机器机械强度限制
•预胀比 表示工质在燃烧过程中比容增长程度，决定于喷
油量。
机器负荷 喷油量
t,p
21
9.3.3混合加热理想循环（dual combustion cycle）
99
三、平均有效压力mean effective pressure MEP Wnet Vh
1100
四、活塞式内燃机循环（汽油机）的简化
11
实际循环的理想化假设
●假设系统中不进行吸气与排气，没有燃烧过程，而用工质定容加热和
定容放热过程来代替燃烧及排气过程；
● 假设气体膨胀、压缩没摩擦；
● 假设与外界没热交换；