《清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)7第六章》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《清華大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件工程熱力學(xué)加傳熱學(xué)7第六章（32頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1,第六章 動力裝置循環(huán),2,熱能動力裝置 ：,將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，也稱為熱力發(fā)動機(jī)，簡稱熱機(jī)。,動力裝置循環(huán)（簡稱動力循環(huán)或熱機(jī)循環(huán)）：,蒸汽動力裝置循環(huán):,氣體動力裝置循環(huán):,,以蒸汽為工質(zhì)的熱機(jī)工作循環(huán)（如蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)等）。,以氣體為工質(zhì)的熱機(jī)工作循環(huán)（如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等）。,3,研究熱機(jī)循環(huán)的目的：,分析其熱能利用的經(jīng)濟(jì)性（即熱效率）、影響熱效率的因素、尋找提高熱效率的途徑。,研究熱機(jī)循環(huán)的方法：,建立實(shí)際循環(huán)的簡化熱力學(xué)模型，用簡單、典型的可逆過程和循環(huán)來近似實(shí)際復(fù)雜的不可逆過程和循環(huán)，通過熱力學(xué)分析確定其基本規(guī)律。,4,6-1 蒸汽動力裝置循環(huán),火力發(fā)電廠的蒸汽動力裝置

2、以水蒸氣為工質(zhì)，主要由鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水泵四個設(shè)備組成。,5,1. 朗肯循環(huán),朗肯循環(huán)是一個簡化的理想蒸汽動力循環(huán)，由4個理想化的可逆過程組成：,4-5-6-1：水與水蒸氣在鍋爐中的可逆定壓加熱過程；,1-2：水蒸氣在汽輪機(jī)中的可逆絕熱膨脹過程；,2-3：乏汽在冷凝器中的定壓放熱過程。,3-4：水在給水泵中的可逆絕熱壓縮過程;,6,2. 朗肯循環(huán)的凈功及熱效率,在朗肯循環(huán)中，每千克蒸汽對外所作出的凈功,根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程式,,每千克蒸汽在鍋爐中的定壓吸熱量為,根據(jù)熱效率定義，可得朗肯循環(huán)的熱效率為,7,由于水的壓縮性很小，水泵消耗的功與汽輪機(jī)作出的功相比甚小，可忽略不計(jì)，,汽耗率,：動

3、力裝置每輸出1J功所消耗的蒸汽量,單位：kg/J,工程單位：kg/（kWh),1 kWh = 3600 kJ,1 kg/J = 3600 kg/(kWh),8,3蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響,朗肯循環(huán)的熱效率 與新蒸汽的溫度t1(初溫)、壓力p1(初壓)、以及乏汽的壓力p2(終壓)有關(guān)。,將朗肯循環(huán)折合成熵變相等、吸（放）熱量相同、熱效率相同的卡諾循環(huán)。,提高吸熱平均溫度或降低放熱平均溫度都可以提高循環(huán)的熱效率。,9,(1) 蒸汽初溫t1的影響,保持p1、p2不變，將t1提高，則吸熱平均溫度提高，循環(huán)熱效率將提高；乏汽干度增加有利于汽輪機(jī)安全工作。 提高t1受材料耐熱強(qiáng)度限制。,(2) 蒸汽

4、初壓的影響,保持t1、 p2不變，提高p1，將提高吸熱平均溫度，提高循環(huán)的熱效率。然而，乏汽的干度減小，將影響汽輪機(jī)后幾級葉片安全。x 0.85,10,(2) 乏汽壓力的影響,保持t1、 p1不變，降低p2，則對應(yīng)的飽和溫度T2（即放熱溫度）降低，循環(huán)熱效率將有所提高。但是，終壓的降低受冷凝器冷卻介質(zhì)溫度(環(huán)境溫度)的限制。,結(jié)論：為了提高蒸汽動力循環(huán)的熱效率，應(yīng)盡可能提高蒸汽的初壓和初溫，并降低乏汽壓力。,11,4提高蒸汽動力循環(huán)熱效率的其他途徑,（1）再熱循環(huán),再熱可以增加蒸汽的干度，以便在初溫限制下采用更高的初壓，從而提高循環(huán)熱效率。通常一次再熱可使熱效率提高 23.5。,再熱循環(huán)的設(shè)備

5、復(fù)雜，投資大，只有蒸汽壓力在13MPa 以上的大型火力發(fā)電廠才采用。,12,（2）回?zé)嵫h(huán),回?zé)嵫h(huán)提高了吸熱平均溫度，提高了循環(huán)熱效率。抽汽量的大小根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒確定，應(yīng)使kg抽汽所放出的熱量等于(1-)kg凝結(jié)水加熱到抽汽壓力下的飽和溫度。,13,根據(jù)熱力學(xué)第一定律，回?zé)峒訜崞髦械哪芰科胶馐綖?,循環(huán)熱效率為,抽汽壓力取決于鍋爐前給水溫度(t10 t9 )。,回?zé)峒墧?shù)：級數(shù)愈多，t愈高，費(fèi)用愈大。小型發(fā)電廠13級，中大型發(fā)電廠48級。,14,（3）熱電聯(lián)供循環(huán),1）背壓式汽輪機(jī)熱電聯(lián) 供循環(huán),2）抽汽式汽輪機(jī)熱電聯(lián)供循環(huán),熱電聯(lián)供：用發(fā)電廠乏汽的余熱來滿足熱用戶的需要。（熱電廠）

6、,能量利用系數(shù),兩個熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：t、K,15,6-2 活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán),氣體動力循環(huán)分類：,按結(jié)構(gòu),活塞式：,,汽車，摩托，小型輪船,航空，大型輪船，移動電站,葉輪式：,按燃料,小型汽車，摩托,中、大型汽車，火車，輪船，移動電站,汽油機(jī)：,柴油機(jī)：,煤油機(jī)：,航空,,點(diǎn)燃式、壓燃式,按點(diǎn)燃方式：,按沖程數(shù)：,二沖程、四沖程,16,單缸汽油機(jī)構(gòu)造示意圖,以四沖程柴油機(jī)為例分析其實(shí)際工作循環(huán),17,1. 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán),1）進(jìn)氣沖程0-1：活塞從汽缸上死點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥開啟，吸入空氣。由于進(jìn)氣閥的節(jié)流作用，氣缸內(nèi)氣體的壓力約低于大氣壓力。,2）壓縮沖程1-2：活塞到達(dá)下死點(diǎn)1時(shí)，進(jìn)

7、氣閥關(guān)閉；活塞上行，壓縮空氣。,12 為多變壓縮，p2= 35MPa ，t2=600800， 2 點(diǎn)開始噴進(jìn)柴油，柴油自燃溫度約為205。,柴油機(jī)工作的4個沖程：,(1) 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán),18,3）動力沖程2-3-4-5 ：,23 柴油迅速燃燒，活塞在上死點(diǎn)移動甚微，近似定容燃燒，壓力迅速升至59 MPa 。,34 活塞下行，繼續(xù)噴油、燃燒、近似定壓膨脹， 4點(diǎn)噴油停止，溫度達(dá)17001800 。,45 燃?xì)馀蛎涀鞴?，壓力、溫度下降，活塞?點(diǎn)時(shí)，壓力約 0.30.5 MPa，溫度約500 。,4）排氣沖程5-0：活塞到下死點(diǎn)5時(shí)，排氣閥打開，部分廢氣排出，而活塞移動極微，接近定容降壓過

8、程?；钊_始上行，將氣缸中剩余氣體排出，完成一個實(shí)際循環(huán)。,19,對實(shí)際循環(huán)加以合理的抽象、概括和簡化：,1) 忽略實(shí)際過程中進(jìn)、排氣閥的節(jié)流損失；進(jìn)氣過程與排氣過程互相抵消；認(rèn)為廢氣與吸入的新鮮空氣狀態(tài)相同；忽略噴入的油量，假設(shè)一定量的工質(zhì)在氣缸中進(jìn)行封閉循環(huán)。,2) 假定工質(zhì)是化學(xué)成分不變、比熱容為常數(shù)的理想氣體空氣。,3)忽略工質(zhì)、活塞、氣缸壁之間的熱交換及摩擦阻力，認(rèn)為工質(zhì)的膨脹和壓縮過程是可逆絕熱的。,4) 將燃燒過程看成是工質(zhì)從高溫?zé)嵩纯赡嫖鼰徇^程，將排氣過程看成是工質(zhì)向低溫?zé)嵩纯赡娣艧徇^程。,5) 忽略工質(zhì)的動、位能變化。,(2)活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán),20,12：可逆絕熱壓縮過程

9、；23：可逆定容加熱過程；34：可逆定壓加熱過程；45：可逆絕熱膨脹； 51：可逆定容放熱過程。,活塞式內(nèi)燃機(jī)理想混合加熱循環(huán)（薩巴德循環(huán)）,21,壓縮比：,升壓比：,預(yù)脹比：,2. 活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)分析,為了說明內(nèi)燃機(jī)的工作過程對循環(huán)熱效率的影響，引入下列內(nèi)燃機(jī)的特性參數(shù)：,表示壓縮過程中工質(zhì)體積被壓縮的程度。,表示定容加熱過程工質(zhì)壓力升高的程度。,表示定壓加熱時(shí)工質(zhì)體積膨脹的程度。,22,單位質(zhì)量工質(zhì)的吸熱量：,單位質(zhì)量工質(zhì)的放熱量：,循環(huán)熱效率：,（1） 混合加熱循環(huán),23,各點(diǎn)溫度可由以下過程求得 ：,由可逆定容過程23得 ：,由可逆定壓過程34得 ：,由可逆絕熱過程45得 ：,由

10、可逆絕熱過程12得 ：,24,將各點(diǎn)溫度代入循環(huán)熱效率表達(dá)式：,由上式可見，混合加熱循環(huán)的熱效率與多種因素有關(guān)，當(dāng)壓縮比 增加、升壓比 增加以及預(yù)脹比 減少時(shí)，都會使混合加熱循環(huán)的熱效率提高。,25,（2） 定容加熱循環(huán) （奧圖Otto循環(huán)),汽油機(jī)和煤氣機(jī)的理想循環(huán),循環(huán)熱效率：,定壓預(yù)脹比：,26,（3）定壓加熱循環(huán) （狄塞爾循環(huán)),早期低速柴油機(jī)的理想循環(huán)，現(xiàn)已被淘汰。,循環(huán)熱效率：,定容升壓比：,27,3. 影響內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的主要因素,（1） 壓縮比 的影響,汽油燃點(diǎn)低，易爆燃，壓縮比受限制。,提高壓縮比是提高內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的主要途徑之一 。,柴油機(jī)熱效率一般高于汽油機(jī)，但汽

11、油機(jī)小巧。,一般柴油機(jī),一般汽油機(jī)：,28,（2）絕熱指數(shù) 的影響, 值大小取決于工質(zhì)的種類和溫度 。,潛艇用氦氣：,29,（3）升壓比 和預(yù)脹比 的影響,當(dāng)壓縮比 和絕熱指數(shù) 一定時(shí)，,30,4. 三種活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的比較,（1）進(jìn)氣狀態(tài)、最高壓力、最高溫度彼此相同,三種理想循環(huán)的放熱量相同,三種理想循環(huán)的吸熱量,三種理想循環(huán)的熱效率,用下角標(biāo)V、m、p分別代表定容加熱循環(huán)、混合加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)。,31,（2）進(jìn)氣狀態(tài)、最高壓力、吸熱量彼此相同,三種理想循環(huán)的放熱量,三種理想循環(huán)的吸熱量相同,三種理想循環(huán)的熱效率,32,第六章小結(jié),(1) 掌握朗肯循環(huán)的工作過程。,(2) 了解朗肯循環(huán)效率的影響因素及提高循環(huán)效率的途徑。,(3) 了解活塞式內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)工作過程、三種理想循環(huán)的構(gòu)成及影響循環(huán)熱效率的主要因素。,