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熱能動(dòng)力裝置:
能夠?qū)⑷剂先紵尫懦鰜?lái)的熱量的一部分,連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的整套熱工設(shè)備,稱為熱能動(dòng)力裝置,簡(jiǎn)稱動(dòng)力裝置。內(nèi)燃機(jī):如果直接將燃料的燃燒產(chǎn)物作為工質(zhì),這種動(dòng)力裝置稱為內(nèi)燃動(dòng)力裝置(或稱為內(nèi)燃機(jī))。如往復(fù)式內(nèi)燃機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。外燃機(jī):如果只是利用燃燒產(chǎn)物來(lái)加熱循環(huán)的工質(zhì)(如蒸汽動(dòng)力裝置中利用燃?xì)饧訜崴?,則這種動(dòng)力裝置稱為外燃動(dòng)力裝置(或稱外燃機(jī))。第十章氣體動(dòng)力循環(huán)
第一節(jié)分析動(dòng)力循環(huán)的一般方法第二節(jié)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力循環(huán)第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的比較及循環(huán)的平均壓力
第四節(jié)其他氣體動(dòng)力循環(huán)簡(jiǎn)介1。熟練掌握往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力循環(huán)2。熟練掌握內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的有關(guān)計(jì)算、能量和性能分析以及相關(guān)比較3。了解其他氣體動(dòng)力循環(huán)基本要求:第二節(jié)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力循環(huán)
往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣四個(gè)工作過(guò)程是由活塞在四個(gè)行程內(nèi)完成的,稱為“四沖程內(nèi)燃機(jī)”,在兩個(gè)行程內(nèi)完成的,稱為“二沖程內(nèi)燃機(jī)”。一、機(jī)械噴射式柴油機(jī)工作過(guò)程的理想化PVPb0-1:吸氣過(guò)程。由于閥門(mén)的阻力,吸入氣缸內(nèi)空氣的壓力略低于大氣壓力。0121-2:壓縮過(guò)程3452-3-4-5:燃燒和膨脹過(guò)程燃燒可分為定容過(guò)程和定壓過(guò)程65-6-0:排氣過(guò)程PVPb0123456簡(jiǎn)化原則為:(1)不計(jì)吸氣和排氣過(guò)程,將內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程看作是氣缸內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行狀態(tài)變化的封閉循環(huán)。(2)把燃燒過(guò)程看作是外界對(duì)工質(zhì)的加熱過(guò)程,并認(rèn)為2-3是定容加熱過(guò)程,3-4是定壓加熱過(guò)程。(3)略去壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程中工質(zhì)與氣缸壁之間的熱量交換,近似地認(rèn)為是絕熱過(guò)程。(4)用定容放熱過(guò)程來(lái)代替廢氣排入大氣中的實(shí)際放熱過(guò)程。機(jī)械噴射式柴油機(jī)理想循環(huán)的P-v圖和T-s圖該循環(huán)由于兼有定容和定壓加熱過(guò)程,所以稱為“混合加熱循環(huán)”,也稱“薩巴太循環(huán)”。1-2:絕熱壓縮;2-3:定容吸熱;3-4:定壓吸熱;4-5:絕熱膨脹;5-1:定容放熱q二、內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)及混合加熱理想循環(huán)各典型點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)(1)壓縮比:壓縮前的比體積與壓縮后的比體積之比,它是表征內(nèi)燃機(jī)工作體積大小的結(jié)構(gòu)參數(shù)。(2)定容升壓比:定容加熱后的壓力與加熱前的壓力之比,它是表示內(nèi)燃機(jī)定容燃燒情況的特性參數(shù)。(3)定壓預(yù)脹比:定壓加熱后的比體積與加熱前的比體積之比,它是表示內(nèi)燃機(jī)定壓燃燒情況的特性參數(shù)。2-3為定容加熱過(guò)程:3-4為定壓加熱過(guò)程:三、混合加熱循環(huán)的能量分析和性能分析熱效率定容過(guò)程2-3工質(zhì)吸入熱量:定壓過(guò)程3-4工質(zhì)吸入熱量:工質(zhì)在混合循環(huán)中總吸熱量:q循環(huán)凈功和凈熱分別為在循環(huán)特性參數(shù)(ε、λ及ρ)一定的條件下,提高初態(tài)參數(shù),對(duì)熱效率雖然并無(wú)影響,但可以提高凈功。因此可以采用“增壓”等措施來(lái)提高柴油機(jī)的凈功。
(1)在一定的λ、ρ條件下,壓縮比ε愈大,熱效率愈高。(2)在一定的ε值條件下,提高定容升壓比λ和降低定壓預(yù)脹比ρ,混合加熱循環(huán)的熱效率增高?;旌霞訜嵫h(huán)的熱效率隨壓縮比ε、定容升壓比λ的增大而增大,隨定壓預(yù)脹比ρ的減小而增大。因此,在組織燃燒過(guò)程時(shí),應(yīng)盡可能增加定容燃燒部分的比例,減少定壓部分的比例。四、定容加熱理想循環(huán)和定壓加熱理想循環(huán)1、定容加熱理想循環(huán)(汽油機(jī)的理想循環(huán))
混合加熱循環(huán)在=1時(shí):εt,ε=6 ̄102.定壓加熱理想循環(huán)(早期柴油機(jī)的理想循環(huán))混合加熱循環(huán)在λ
=1時(shí):熱效率隨著壓縮比ε的增大,預(yù)脹比ρ的減小和采用高k值的氣體而增大。一、平均溫度的概念第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的比較及循環(huán)的平均壓力前提條件:1.循環(huán)初始狀態(tài)點(diǎn)1相同2.對(duì)每kg工質(zhì)而言,加入的熱量相同Tsabcd加熱過(guò)程a-b-c:scsa加熱過(guò)程的平均進(jìn)熱溫度:放熱過(guò)程的平均放熱溫度:二、
壓縮比ε相同的比較Tsq1相同,初態(tài)1相同412354’5’4’’5’’abb’b’’三、循環(huán)的最高壓力相同時(shí)的比較Tsq1相同,初態(tài)1相同abb’b’’2’’4’’5’’54123Pmax2’4’5’第四節(jié)其它氣體動(dòng)力循環(huán)簡(jiǎn)介一、勃雷頓循環(huán)由于燃?xì)廨啓C(jī)的部件是在高溫下連續(xù)地工作,因此,進(jìn)入第一排葉片的燃?xì)鉁囟纫艿饺~片材料耐熱強(qiáng)度的限制,這使得燃?xì)廨啓C(jī)熱效率也遠(yuǎn)低于往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)工作的特性,經(jīng)理想化之后,可以近似的合理的看作由下列四個(gè)基本熱力過(guò)程所組成的理想循環(huán),燃?xì)廨啓C(jī)裝置的理想循環(huán)稱為定壓加熱燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),也稱勃雷頓循環(huán)。12定熵壓縮過(guò)程(在壓氣機(jī)中完成);23定壓加熱過(guò)程(在燃燒室或加熱器中完成);34定熵膨脹過(guò)程(在氣輪機(jī)中完成);41定壓冷卻過(guò)程(在大氣中或冷卻器中完成)。斯特林按正循環(huán)工作時(shí)可以作為熱機(jī)循環(huán),對(duì)外作出功量;按逆向循環(huán)工作時(shí),可以作為熱泵循環(huán)。循環(huán)由四個(gè)過(guò)程組成:(1)定溫壓縮過(guò)程。如圖10-13(a)所示。(2)定容吸熱過(guò)程。如圖10-13(b)所示。(3)定溫膨脹過(guò)程。如圖10-13(c)所示。(4)定容放熱過(guò)程。如圖10-13(d)所示。在斯特林循環(huán)中,在定容吸熱過(guò)程2-3中工質(zhì)從回?zé)崞髦形盏臒崃空玫扔诙ㄈ莘艧徇^(guò)程4-1放給回?zé)崞鞯臒崃?。?jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)回?zé)崞骰謴?fù)到初始狀態(tài)??梢宰C明:在相同的溫度范圍內(nèi),理想的定容回?zé)嵫h(huán)(斯特林循環(huán))和卡諾循環(huán),具有相同的熱效率。斯特林循環(huán)的突出優(yōu)點(diǎn)是熱效率高、污染少,對(duì)加熱方式的適應(yīng)性強(qiáng)。隨著科技的發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)日益為人們所重視,斯特林循環(huán)的應(yīng)用前景越來(lái)越好。2.艾利克松循環(huán)它是一種開(kāi)式的循環(huán),用定壓回?zé)岽媪怂固亓盅h(huán)中的定容回?zé)?。艾利克松定壓回?zé)崂硐胙h(huán)abcda(如圖所示),由下列四個(gè)過(guò)程所組成:1。氣體動(dòng)力循環(huán)的基本概念1)內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù):壓縮比、定容升壓比定壓預(yù)脹比2)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)平均
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