發(fā)動機原理 第二章 發(fā)動機理想循環(huán)

第二章發(fā)動機性能第一節(jié)發(fā)動機理想循環(huán)一、三種理想循環(huán)模型1.研究的目的將模型經(jīng)過抽象處理，可定量或定性分析影響各性能指標的某些重要因素，從而找到提高各性能指標的一般途徑。2.模型簡化條件四假設(shè)：①工質(zhì)為理想氣體，其物理常數(shù)與標準狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同（如絕熱指數(shù)k=1.4）；②閉口系統(tǒng)；③壓縮、膨脹為絕熱過程；④加熱為定容或定壓過程，放熱為定容過程。3.三種理想循環(huán)模型由實際發(fā)動機加熱過程的特點，通過簡化將理想循環(huán)模型劃分為三種：a）混合（先定容，后定壓）加熱循環(huán)＝＞高速柴油機b）定容加熱循環(huán)＝＞汽油機c）定壓加熱循環(huán)＝＞高增壓和低速大型柴油機二、評定循環(huán)好壞的指標1.經(jīng)濟性——循環(huán)熱效率（ηt

）由“熱力學”所學知識，可推導(dǎo)出三種加熱循環(huán)熱效率公式。ε—壓縮比：λ—壓力升高比：ρ—預(yù)脹比：κ—絕熱指數(shù)：參數(shù)說明參數(shù)說明：ε—壓縮比：Va

/Vcλ—壓力升高比：pz

/pcρ—預(yù)脹比：vz/vz′κ—絕熱指數(shù)：cp/cvaczbTSQ1Q2參數(shù)說明：ε—壓縮比：Va

/Vcλ—壓力升高比：pz

/pcρ—預(yù)脹比：vz/vz′κ—絕熱指數(shù)：cp/cvbTSbQ1Q2acz2.影響經(jīng)濟性的各因素①ε：

ε

，三種加熱循環(huán)的熱效率ηt均提高；②κ：

κ

，三種加熱循環(huán)的熱效率ηt均提高；

多原子氣體的κ=1.33，雙原子氣體κ=1.4。啟示：稀混合氣κ

值大，熱效率提高；濃混合氣κ

值小。③λ：

a.在定容加熱過程中λ，對ηt

無影響，見（2）式原因分析：吸熱量和放熱量有順變關(guān)系存在：b.

在混合加熱過程中當Q1=Q1v+

Q1p=常數(shù)、ε=常數(shù)，λ↑，意味Q1v↑，Q1p↓，則Q2v↓，ηtm

↑。④ρ：a.在定壓加熱過程中當ε=常數(shù)，ρ↑，從（3）式可看出ηtp↓。b.在混合加熱循環(huán)中當Q1=Q1v+

Q1p=常數(shù)、ε=常數(shù)，ρ↑，意味Q1v

↓，

Q1p

↑

，則Q2v↑，ηtm

↓。

啟示：在高速柴油機中，應(yīng)設(shè)法加大定容加熱部分的熱量。措施如：加大前期噴油量、柴油細化；與空氣混合要好，才能加快前期燃燒，避免后期燃燒過長。3.三種熱循環(huán)熱效率比較1）準備知識a.熱效率在T—S圖上的表達：循環(huán)1—2—3—4—1Q1TS12Q2

TS3412b.兩種熱循環(huán)熱效率大小在T—S圖上的比較方法循環(huán)1—2—3—4—1和循環(huán)1’—2’—3’—4—1’，當其吸熱量均相等時，誰的熱效率更高？433'TS121'2'433'TS121'2'即：Q（吸）1—2—3—4—1=+

Q（吸）1’—2’—3’—4—1’

=+∴有推論：=分析：要使Q（吸）1—2—3—4—1=Q（吸）1’—2’—3’—4—1’，應(yīng)使1—2線和1’—2’線以下與橫坐標圍成的面積相等，再看放熱線：循環(huán)1—2—3—4—1的放熱線為：3—4線以下與橫坐標之間圍成的面積；而循環(huán)1’—2’—3’—4—1’的放熱線為：3’—4線以下與橫坐標之間圍成的面積。從左圖看出3’—4線以下圍成的面積比3—4線以下圍成的面積更大。433'TS121'2'∴判別出：ηt1—2—3—4—1>ηt1’—2’—3’—4—1’433'TS121'2'多出部分2）三種理想熱循環(huán)熱效率比較①第一種情況：當Q1=常數(shù)、ε=常數(shù)（1—2線段長度不變）1—2—3—4—1：

定容加熱循環(huán)1—2—3’—4’—1：

定壓加熱循環(huán)有：Q2p>Q2v1233'44'TS放熱線吸熱線4''3''m于是有：

Q2p>Q2m>Q2v

ηtv>ηtm>ηtp

注意：

ε汽<<ε柴1—2—m—3’’—4’’—1：混合加熱循環(huán)②第二種情況當Q1=常數(shù)，最高壓力p3=p3'

=常數(shù)12341：

定容加熱循環(huán)12’3’4’1：

定壓加熱循環(huán)有：Q2v>Q2p2''3''4''m23吸熱線1TS4'放熱線42'3'“定壓線”緩慢上升“定容線”快速上升于是有：

Q2v>Q2m>Q2p

ηtp>ηtm>ηtv12’’m3’’4’’1：

混合加熱循環(huán)4.動力性——循環(huán)平均壓力（pt）可理解為：單位氣缸工作容積下的循環(huán)凈功。它是重要的動力性指標之一。同時，也表明了發(fā)動機氣缸工作容積利用率的高低。b.

三種加熱循環(huán)平均壓力表達式式中pa——

壓縮起點壓力①從純數(shù)學關(guān)系中可看出當pa、ε、λ、

ρ

、Κ、ηt時，則pt；②在混合加熱循環(huán)中當Q1=Q1v+

Q1p=常數(shù)、ε=常數(shù)，ρ，意味Q1p

，

Q1v,

則Q2v

，ηtm

。根據(jù)ptm定義式可得：ptm

。c.討論③在定容循環(huán)中當λ↑，雖然ηtv=常數(shù)，但根據(jù)（2）式有：ptv

↑。Q1v(λ)Q1v(λ)加熱量不變，壓縮比不變，λ，熱效率提高（循環(huán)acz'b'a）。Q1v(λ)Q1v(λ)在絕熱過程中，當壓縮比為定值，壓縮起點一樣時，其在T—S圖上的線段等長，且位置一樣。本結(jié)小節(jié)：1.根據(jù)實際發(fā)動機循環(huán)特點，說明了將發(fā)動機理想循環(huán)抽象為三種理想循環(huán)模型的理由；建立了循環(huán)好壞評定的動、經(jīng)性指標。2.根據(jù)熱力學基礎(chǔ)所獲知識，