热工基础第六章.pptVIP

6-1 蒸汽动力装置循环 6-2 活塞式内燃机循环 * * 第六章  动力装置循环 热能动力装置 ： 将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简称热机。 动力装置循环（简称动力循环或热机循环）： 蒸汽动力装置循环: 气体动力装置循环: 以蒸汽为工质的热机工作循环（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。 以气体为工质的热机工作循环（如内燃机、燃气轮机等）。 火力发电厂的蒸汽动力装置以水蒸气为工质，主要由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵四个设备组成。 锅炉 汽轮机 冷凝器 水泵 冷却水 过热蒸汽 乏汽 循环水 发电机 1. 朗肯循环 朗肯循环是一个简化的理想蒸汽动力循环，由4个理想化的可逆过程组成： 4-5-6-1：水与水蒸气在锅炉中的可逆定压加热过程； 1-2：水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程； 2-3：乏汽在冷凝器中的定压放热过程。 3-4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程; 2. 朗肯循环的净功及热效率 在朗肯循环中，每千克蒸汽对外所作出的净功 根据稳定流动能量方程式 每千克蒸汽在锅炉中的定压吸热量为 根据热效率定义，可得朗肯循环的热效率为 由于水的压缩性很小，水泵消耗的功与汽轮机作出的功相比甚小，可忽略不计， 汽耗率 ：动力装置每输出1J功所消耗的蒸汽量 单位：kg/J 工程单位：kg/（kW·h) 1 kW·h = 3600 kJ 1 kg/J = 3600 kg/(kW?h) 气体动力循环分类： 按结构 活塞式： 汽车，摩托，小型轮船 航空，大型轮船，移动电站 叶轮式： 按燃料 小型汽车，摩托 中、大型汽车，火车，轮船，移动电站 汽油机： 柴油机： 煤油机： 航空 点燃式、压燃式 按点燃方式： 按冲程数： 二冲程、四冲程 1. 活塞式内燃机实际循环与理想循环 1）进气冲程0-1：活塞从汽缸上死点下行，进气阀开启，吸入空气。由于进气阀的节流作用，气缸内气体的压力约低于大气压力。 2）压缩冲程1-2：活塞到达下死点1时，进气阀关闭；活塞上行，压缩空气。 1－2’ 为多变压缩，p2’= 3~5MPa ，t2’=600~800℃， 2’ 点开始喷进柴油，柴油自燃温度约为205℃。 柴油机工作的4个冲程： (1) 活塞式内燃机实际循环 3）动力冲程2-3-4-5 ： 2—3 柴油迅速燃烧，活塞在上死点移动甚微，近似定容燃烧，压力迅速升至5~9 MPa 。 3—4 活塞下行，继续喷油、燃烧、近似定压膨胀， 4点喷油停止，温度达1700~1800 ℃。 4—5 燃气膨胀作功，压力、温度下降，活塞到5点时，压力约 0.3~0.5 MPa，温度约500 ℃。 4）排气冲程5-0：活塞到下死点5时，排气阀打开，部分废气排出，而活塞移动极微，接近定容降压过程。活塞开始上行，将气缸中剩余气体排出，完成一个实际循环。 对实际循环加以合理的抽象、概括和简化： 1) 忽略实际过程中进、排气阀的节流损失；进气过程与排气过程互相抵消；认为废气与吸入的新鲜空气状态相同；忽略喷入的油量，假设一定量的工质在气缸中进行封闭循环。 2) 假定工质是化学成分不变、比热容为常数的理想气体—空气。 3)忽略工质、活塞、气缸壁之间的热交换及摩擦阻力，认为工质的膨胀和压缩过程是可逆绝热的。 4) 将燃烧过程看成是工质从高温热源可逆吸热过程，将排气过程看成是工质向低温热源可逆放热过程。 5) 忽略工质的动、位能变化。 (2)活塞式内燃机理想循环 1－2：可逆绝热压缩过程；2－3：可逆定容加热过程；3－4：可逆定压加热过程；4－5：可逆绝热膨胀； 5－1：可逆定容放热过程。 活塞式内燃机理想混合加热循环（萨巴德循环） 压缩比： 升压比： 预胀比： 2. 活塞式内燃机理想循环分析 为了说明内燃机的工作过程对循环热效率的影响，引入下列内燃机的特性参数： 表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 表示定容加热过程工质压力升高的程度。 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。 单位质量工质的吸热量： 单位质量工质的放热量： 循环热效率： （1） 混合加热循环 各点温度可由以下过程求得 ： 由可逆定容过程2－3得 ： 由可逆定压过程3－4得 ： 由可逆绝热过程4－5得 ： 由可逆绝热过程1－2得 ： 将各点温度代入循环热效率表达式： 由上式可见，混合加热循环的热效率与多种因素有关，当压缩比 ? 增加、升压比 ? 增加以及预胀比 ? 减少时，都会使混合加热循环的热效率提高。 （2） 定容加热循环 （奥图Otto循环) 汽油机和煤气机的理想循环 循环热效率： 定压预胀比： （3）定压加热循环 （狄塞尔循环) 早期低速柴油机