热力循环

中文名：热力循环英文名：

Thermodynamic cycle

意义： 柴油机是一种热能动力装置，它通过在柴油机汽缸内部进行的燃烧过程，将柴油中的化学能转换成机械能而向外界提供动力。为完成这样一次能重转换，需要经历进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个过程，这四个工作过程构成了柴油机的一个热力循环。

柴油机

柴油机是一种动力机械，它以柴油为燃料，将柴油燃烧而产生的热能转化为机械能。其特点是自燃温度低，所以柴油发电机无需要火花塞之类的点火装置，它采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃测试，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。柴油机工作时，一般分为吸气、压缩、爆发、排气等步骤。开始时，活塞从上止点下行到下止点，将新鲜空气吸入气缸，然后从下止点上行到上止点，将吸入的气体压缩，使其压力及温度升高。当接近上止点时，气体温度已超过柴油燃点，此时由喷油嘴将柴油喷入迅速燃烧，高温高压燃气推动活塞下行做功。之后，活塞再次从下止点上行，将废气排出气缸，完成一个循环。活塞往复不停地工作，带动连杆使曲轴转动，就从曲轴上把动能传输出来 从性能上说，国内传统柴油机一直给人以体积笨重、振动噪声大以及排放污染严重的印象，因此国产轿车基本都采用汽油发动机，然而近年来，国外知名车商开始将一些最新的柴油机技术引入到中国，大大改善了国人对柴油机的偏见，譬如一汽大众刚刚推出TDI柴油发动机宝来，其环保性、动力性以及平顺性都不逊于汽油机，同时又具有柴油机特有的巨大扭力和超低油耗，市场前景十分看好。

柴油机热力循环简析

柴油机是一种将热能转化为机械能的热力机械。在实际发动机中，燃料的化学能转变为机械功的过程十分复杂。柴油机实际循环足由一系列复杂的物理、化学过程组成的。从机构运动学的角度来看，柴油机的实际工作过程是按照一定的循环，周而复始地进行工作的。从热力学的角度来看，柴油机以一种工质开式循环方式工作，汽缸内循环起止点的工质不相同，过程起点的工质是新鲜充量，终点的工质则为燃烧产物，因此发动机的实际循环是非常复杂的。若一开始就分析研究实际循环，会感到非常困难，以至无从下手。 由忙诺定理可知，在相同的温度范围内，卡诺循环的热效率最高。然而柴油机却不能按卡诺循环进行工作。这是因为工质的定温加热过程和定温放热过程不易实现，且要提高热效率就必须增大高、低温热源的温度差，致使压力差和压缩比很大，亦即使最高极限压力增高和汽缸长度增长，结果是机器庞大笨重，单位汽缸容积的功率很小。为此，人们往往根据柴油机工作过程的特征，经过适当的假定和简化，抽象出柴油机的理论循环。

柴油机热力循环分类

1、柴油机理论循环

在柴油机的实际循环中，燃料的化学能转变为机械功的过程是十分复杂的。例如，在整个循环中工质的质和量不断变化，整个过程是不可逆的。在能量转变中还存在着机械摩擦、泵气、散热及燃烧不完全等一系列必不可免的损失，使切地描述其实际热力过程变得十分困难。

为了能利用工程热力学的基本理论与公式进行研究，就应根据柴油机实际适当的简化和抽象化。这种基于工程热力学的基本理论把实际过程加以抽象和简化，将其概括成由几个基本热力过程所组成的循环叫做理论循环或理想循环。通过研究这些理论循环可以：

1. 1.

   1）用简单的公式说明循环中务基本热力参数的关系， 以明确提高理论循环热效率和平均压力的有效途径；

2. 2.

   2）确定循环热效率的理论极限，以判断柴油机循环的完善程度；

3. 3.

   3）有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。

柴油机的理论循环基本上为混合加热循环(Sabathe循环)，如图1-4 所示。在定容（2-3）与定压（３-４）过程中加入热量Ｑ１（Ｑ′１＋Ｑ″１＝Ｑ１）。

由工程热力学可知，理论循环示功图所包围的面积１-２-３-４-５-１即为一个循环所作的理论功Wｔｈ。该理论循环的热效率ηｔ与平均压力ｐｔ的计算公式为

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式中：ε——压缩比，ε＝Ｖａ／Ｖｃ；λ——压力升高比，λ＝ｐｚ／ｐｃ；ρ——初期膨胀比，ρ＝Ｖｚ／Ｖｃ；ｋ——工质绝热指数；由式（１-４），混合加热循环的理论热效率ηｔ随压缩比ε、压力升高比λ和绝热指数k的增加而提高，随初期膨胀比ρ的减小而提高。为了使柴油机的工作循环进行的更加完善，现代高增压柴油机有向定压加热循环发展的趋势。

上述理论循环中，工质只绝热膨胀到5点，然后定容放热(相当于排入大气)，由此必然损失部分排气能量。若使工质由pｚ一直膨胀到进气压力pａ，即在5点以后继续绝热膨胀到6点(如图１-5所示)，然后定压放热Q２(６-１)，这种循环称继续膨胀混合加热循环。显然此种循环比上述循环更完善。此循环即为涡轮增压柴油机理论循环(相当于柴油机与燃气轮机联合工作)，称修正阿特金逊(Atkinson)循环。在柴油机气缸内如实现此种循环，气缸必须做得很长。采用柴油机与燃气涡轮联合工作可合理解决此问题：气缸内膨胀４-５，燃气涡轮内膨胀５-６。

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