当前课程知识点：工程热力学（上） > 第5章 气体动力循环 > 5-1 活塞式内燃机动力循环 > Video 5-1（2）活塞式内燃机的理想循环
这就是高速柴油机的理想循环
这个循环叫做理想混合加热循环
所谓的混合加热是有两部分
一个是2~3的等容加热
还有一个 3~4的等压加热
所以这叫做混合加热循环
我们对它进行分析 分析什么
分析这个循环的吸热量 放热量
热效率 还有对外做的净功
要做分析之前
要把p-v图转换成T-s图
我们来进行转换
首先1~2是一个等熵的压缩过程
然后2~3是一个等容的吸热过程
我们前面讲的
第三章理想气体的过程在这就用上了
然后3~4是一个等压的吸热过程
T-s图上等压线比等容线要缓一些
斜率要小一些
一定要体现出这样一个特点
这是3~4的过程
4~5是一个等熵的膨胀过程
5~1是一个定容的放热过程
这就是理想混合加热循环
在T-s图上的表示 我们把这图画完
然后我们对它进行循环的计算
计算什么
吸热量 放热量 热效率和功
吸热量 两部分
等容加热 等压加热 理想气体
等容加热 吸热量=定容比热容×温差
等压加热 吸热量=定压比热容×温差
然后放热量 放热量是哪块
是5~1的等容放热
放热量的大小等于定容比热容×温差
当然我们这用绝对值来表示了
就是T5-T1
热效率
循环的热效率等于什么
等于净功比上吸热量
净功等于什么
等于q1减去q2
前面q1 q2都推出来了
那我们就代到表达式里面进行整理
我们发现热效率
跟这五个点的温度相关
还有工质的性质
绝热指数 或者是比热比k
我们在推导热效率
跟哪些参数有关之前
我们先来定义几个指标性的参数
这几个指标性参数是什么
首先是压缩比
从1压到2 比容的比值
就是v1比上v2 这叫做压缩比
它可以反映气缸的容积
第二个指标性参数
叫做定容增压比
它是p3比上p2
最后一个 预胀比
是4点跟3点的比容的比值
后面这两个指标性参数
一般它反映柴油机的供油规律
然后我们再来看一下我们的热效率
跟刚才那几个指标性参数的关系
首先1~2是一个等熵过程
利用等熵过程 温度与比容之间的关系
以及压缩比的定义式
我们就可以推出来
T2与T1以及压缩比之间的关系
中间的表达式是这个
等熵过程的过程方程
温度与比容之间的关系
这是T2与T1以及指标性参数的关系
从2~3是一个等容过程
利用等容过程 温度与压力之间的关系
也就是过程方程
我们可以推出来T3与压缩比
定容增压比以及T1之间的关系
其它的 4点
4与3之间是一个等压过程
对于等压过程
温度与比容之间的关系
或者说过程方程我们来利用
就可以推导出来
4点的温度与1点的温度
以及指标性参数之间的关系
5点
4~5是一个等熵过程
利用等熵过程的过程方程
我们可以推出来
5点的温度与T1的温度
以及指标性参数之间的函数关系
我们把刚才的T2 T3 T4 T5
与T1以及指标性参数之间的函数关系
都代到那个热效率的表达式之中
进行整理 是屏幕下面这个公式
这就是各个指标性参数
对热效率的函数关系
然后我们来分析
这里面有三个指标性参数
如果同时变化的话
就不知道它是怎么变的
我们先把定容增压比
还有预胀比 让它不变
然后来看压缩比
以及这个绝热指数
绝热指数k是工质本身的特性
我们来看 压缩比增加
或者说绝热指数增加的话
热效率是怎么变的
为了更直观地表示
屏幕的右下角 我们表示出来了
各个绝热指数条件下
它的热效率随压缩比的变化规律
从这个图上可以很直观地看出来
压缩比增加
或者是工质的绝热指数增加的话
热效率是增加的
这可以很直观地看出来
这是从变化曲线上看出来的
从循环的角度来看
压缩比增加 在右上角这图上来看
如果说压缩比增加的话
实际上 2点要往高抬的
2点要升高的
2点如果升高的话 那就相当于
整个的平均吸热温度要升高的
而平均吸热温度升高的话
它的热效率是增加的
但是在这里我们想提醒大家
增加压缩比
要考虑气缸的耐压程度
压缩比增加的话
气缸的耐压程度就要提升
对于一般柴油机
它的压缩比是有一个范围的
大概是14~21之间
然后最下面显示
我们的潜艇 我们用氦气
因为它的热效率高
它的比热比比空气的要大
空气是1.4 氦气是1.67
当然氦气比空气从价格上来说要贵的
但是潜艇是我们军用的
所以价格是次要的
主要的我们更考虑它的热效率
所以在潜艇上用氦气
而一般的工业和民用是很少用的
主要还是用空气的
我们再来看一下
当压缩比不变的情况下
然后增加定容增压比
或者是减少预胀比 它的热效率怎么变
我们右上角是
在不同的预胀比条件下
它的热效率随定容增压比的变化曲线
从这个图可以看出来
当定容增压比增加
或者是预胀比减小的时候
它的热效率是增加的
这是从变化曲线上
我们可以很直观地看出来
如果说从循环这个图的角度来看
增加定容增压比的话
实际上就是3点要提升的 要抬高的
最终也是使得平均吸热温度升高的
当然热效率就提高了
在这提醒大家注意一下
最后分析的公式
热效率的计算公式很复杂
它整理成最后这个形式
是为了分析各个指标性参数
对热效率的影响
真正让你计算的时候
直接去算它的吸热量 放热量
然后算热效率就可以了
不一定用这样一个复杂的公式
所以这个复杂的公式
也不要求大家去记忆
刚才我们讲的是四冲程高速柴油机
它是理想混合加热循环
是屏幕上左侧的这个图
然后我们再来看一下 汽油机
汽油机的动力循环
它的理想循环 我们直接画出来了
是屏幕上右侧的这个图
这个图 它跟混合加热循环相比
少了一部分 它是什么
是定容加热
它是用在汽油机上
对于汽油机大家知道 是点燃式的
也就是说 空气和油一起喷进去
然后火花塞点火
然后就开始燃烧 膨胀做功
它实际上是特殊的混合加热循环
也就是说它的预胀比是等于1的
我们对它也进行分析
定容加热循环也叫奥图循环
左侧是定容加热循环的p-v图
我们要对它进行 吸热量 放热量
热效率的分析
用T-s图更直观
所以我们先把p-v图上定容加热循环
转化成T-s图上的循环
这几个过程
首先 1~2是等熵压缩过程
压力升高 温度升高
接下来 2~3是等容的吸热过程
3~4是等熵的膨胀过程
4~1是等容的放热过程
然后对它进行计算
跟刚才那个混合加热循环是类似的
首先是吸热量
这时候吸热量是哪块
2~3的等容过程的吸热
这个吸热量对于理想气体是等于
定容比热容乘以温差
然后放热量 放热是哪一段
是4-1的定容放热
它就是定容比热容乘以温差
热效率 净功比上吸热量
净功等于q1减去q2
这样一来 热效率就等于
q1减去q2除以q1
而q1和q2上面我们有推导
直接代进去 然后进行整理
最后表示成
热效率与四个点的温度相关
是我们的热效率的表达式
然后跟刚才完全类似
利用过程特点
我们来推导一下它的最终表达式
现在我们把T1和T2提出来
分子和分母
各有两个温度比减去1
然后我们再来看这两个温度比
利用循环的四个过程
两个等熵 两个等容
我们就可以推出来
这两个温度比恰好是相等的
这样一来 热效率 最终的结果
就跟压缩比和绝热指数相关
这就是定容加热循环
热效率最终的表达式
刚才是我们从q1 q2
这样一步步推下来的
实际上它也可以用
前面的那个混合加热循环
预胀比等于1的情况下
由那个热效率公式直接推下来
也是可以的 它俩是完全等价的
我们再来看一下
增加压缩比或者是利用
绝热指数比较大的工质的情况下
定容加热循环的热效率怎样变化
从表达式我们可以很直观地看出来
它应该是增加的
我们说了 定容加热循环
是汽油机的理想循环
对于汽油本身而言 它是易燃的
所以对于汽油本身而言
它是容易爆燃的
所以一般来说 它的压缩比
比柴油机要小 一般是5-10
而我们的柴油机是多少
刚才讲了 14-21
也就是说汽油机的压缩比
比柴油机的压缩比要小
所以一般汽油机的热效率
比柴油机的热效率要低一点
但是汽油机可以做得小巧
因为它的压缩比小
所以气缸壁厚可以做得
相对于柴油机来说要薄一些
所以它可以做得小巧
我们再来看一下
内燃机循环的第三个循环
早期低速柴油机的理想循环
那么屏幕上我们看左侧的
还是柴油机的混合加热循环
而右侧的
就是早期低速柴油机的定压加热循环
它也是特殊的混合加热循环
它的定容增压比是等于1的
那么这种早期低速柴油机
在我们实际的工业民用中已经不存在了
在我们国家解放初的时候还用它
如果你看解放初的
一些公交车的照片会发现
公交车的上面有一个很大的油包
它就是用来雾化油的压气机
但是现在已经不用了
但是我们为了热力学对比分析
我们来介绍它
但实际这个设备已经不存在了
这个定压加热循环也叫做狄塞尔循环
屏幕的左侧是
定压加热循环的p-v图
我们也把它表示在T-s图上
这几个过程
1~2是等熵的压缩过程
2~3是等压吸热
3~4是等熵膨胀
4~1是等容的放热过程
然后对它进行分析计算
跟刚才类似 吸热量 放热量 热效率
跟刚才那两个循环是完全类似的
最后我们可以推出来
它的热效率的表达式
然后我们再来看一下
指标性参数对它的影响
我们可以看出来随着压缩比的增加
或者预胀比的降低
它的热效率是增加的
但是我们还是如刚开始说的
这种定压加热循环的早期低速柴油机
在我们实际的民用
和工业中已经消失了
它已经被淘汰了
我们把这一小节的主要内容
一起来总结一下
我们这一小节讲了
内燃机的三个理想循环
一个是混合加热循环
它对应的是柴油机的循环
还有一个是等容加热循环
对应的是汽油机的循环
而定压加热循环
它对应的是低速柴油机
但是这种设备已经淘汰了
对于这三种循环的计算
我们要求大家要熟悉
对于内燃机循环
影响它热效率的主要因素是什么
是压缩比
压缩比增加的话 它的热效率是提高的
另外还有一点
柴油机的压缩比
比汽油机的压缩比要大一些
所以它的热效率比汽油机要高一些
但是汽油机可以做得小巧
-0-0 导引
-0-1 热能及其利用
-0-1 作业
-0-2 热能转换装置工作过程简介
-0-2 作业
-0-3 工程热力学的研究内容及方法
-0-3 作业
-0-4 工程热力学与中国能源战略及环保
-0-4 作业
-绪论 章节小测验
-1-1 热力系统
-1-1 作业
-1-2 状态和状态参数
-1-2 作业
-1-3 基本状态参数
-1-3 作业
-1-4 平衡状态
-1-4 作业
-1-5 状态方程、坐标图
-1-5 作业
-1-6 准静态过程与可逆过程
-1-6 作业
-1-7 功量
-1-7 作业
-1-8 热量与熵
-1-8 作业
-1-9 热力循环
-1-9 作业
-第1章小结及讨论习题课
-第1章 章节小测验
-2-1 热力学第一定律的本质
-2-1 作业
-2-2 热力学第一定律的推论——内能
-2-2 作业
-2-3 闭口系统能量方程
-2-3 作业
-2-4 开口系统能量方程与焓
-2-4 作业
-2-5 稳定流动能量方程与技术功
-2-5 作业
-2-6 稳定流动能量方程的应用
-2-6 作业
-第2章小结
-第2章讨论习题课
-第2章 章节小测验
-3-0 导引
-3-1 理想气体状态方程
-3-1 作业
-3-2 比热容
-3-2 作业
-3-3 理想气体的内能、焓、熵和比热容
-3-3 作业
-3-4 理想气体比热容、内能、焓和熵的计算
-3-4 作业
-3-5 研究热力过程的目的和方法
-3-5 作业
-3-6 理想气体的等熵过程
-3-6 作业
-3-7 理想气体热力过程综合分析
--Video 3-7（2）基本过程在p-v图和T-s图上的表示
-3-7 作业
-3-8 气体的压缩
-3-8 作业
-3-9 活塞式压气机压缩过程分析
-3-9 作业
-第3章小结及讨论习题课
-第3章 章节小测验
-4-0 导引
-4-1 热二律的表述与实质
-4-1 作业
-4-2 卡诺定理与卡诺循环
-4-2 作业
-4-3 克劳修斯不等式及熵的引出
-4-3 作业
-4-4 不可逆过程熵的变化
-4-4 作业
-4-5 孤立系统熵增原理
-4-5 作业
-4-6 熵方程及对熵的小结
-4-6 作业
-4-7 熵与不可逆及熵的物理意义
-4-7 作业
-第4章讨论习题课
-4-8 㶲及其计算
-4-8 作业
-第4章 章节小测验
-5-0 导引
-5-0 作业
-5-1 活塞式内燃机动力循环
-5-1 作业
-5-2 活塞式内燃机几种循环的比较
-5-2 作业
-5-3 斯特林循环
-5-3 作业
-5-4 勃雷登循环
-5-4 作业
-5-5 提高勃雷登循环热效率的其它途径
-5-5 作业
-5-6 动力循环的一般规律
-第5章 章节小测验
-期末考试
