柴油的狄赛尔循环23047.pdf

柴油的狄赛尔循环 Diesel 循环阐述了往复式内燃机的燃烧过程。空气压缩过程产生的热量将燃烧室内的燃烧点燃，之后燃料被注入其中。这与使用 Otto 循环的四冲程发动机所采用的火花点燃燃料-空气混合物形成了鲜明的对比。由于采油机使用的独特的点燃方式，其在飞机，汽车，发电，柴电机车以及水面舰艇和潜艇有了广泛的应用。以下内容将对Diesel 循环中各个热力学过程进行详细的分析，其主要包括对内能、热量和功的变化进行描述。理想型的 Diesel 循环:左上图为理想型的 Diesel 循环过程的 P-V 图（压力-体积）。理想的 Diesel 循环遵循一下 4个不同的过程：1-2(蓝线):流体的等熵压缩过程;2-3(红线):可逆恒压加热过程;3-4(黄线):等熵膨胀过程;4-1(绿线):可逆恒容冷却过程;Win:活塞压缩空气输入功 Wout:流体膨胀推动活塞做功 Q in:燃料燃烧输入热量 Qout:排出空气消耗能量 各过程描述：发动机是一种热力发动机：它将热量转化成为功。在底部等熵过程中(1-2)，能量以功(Win)的形式转移到体系中。但是根据等熵过程的定义可知，没有以热的形式输入或输出系统。在恒压过程中(2-3)，能量输入体系作为热量(Qin)。在上部等熵过程中(2-3)，系统中的能量以功的形式输出(Wout)。在恒容过程中(4-1),部分能量通过减压过程以热量的形式从系统中散失(Qout)。从整个过程来看，Diesel 循环的主要原理是功的增加量与系统中热量的变化相同。热量和功的输入和输出：假设有 m kg 的工作流体，因为压缩和膨胀过程为均为可逆的等熵过程。因此可以获得：Qin=mCp(T3-T2)=H3-H2 Qout=mCv(T4-T1)=U4-U1=Win-Wout=mCp(T3-T2)-mCv(T4-T1)根据以上公式可以计算热效率：=（Qin Qout）/Qin=mCp(T3-T2)-mCv(T4-T1)/mCp(T3-T2)对于可逆绝热压缩过程(1-2),熵变 S=O，Q=O，推出内能变化U12=-W，外界对气体做功等价于气体做负功，因此U120，内能增加。对于恒压加热过程(2-3),吸收的热量：Qin=mCp(T3-T2)，做功：W=p(dv)=d(RT)=R(T3-T2)U23=m Cv(T3-T2)0，S=Cp In(T3/T2)对于可逆绝热膨胀过程(3-4),S=O，Q=O，U34=-W，气体膨胀对外做功，所以 W 为正，因此U340，内能减少。对于可逆恒容冷却过程(4-1),dv=0,所以 W=0,由能量方程可知 Q=U41=m Cv(T1-T4)0内能减少。Diesel 循环在四冲程柴油机中的应用 其特点主要分为四个过程如下图所示：（1）等压吸气过程（0-1）；（2）绝热压缩过程（1-2）；（3）对外做功过程（2-3）：（4）恒容冷却排气过程（4-1）；工作原理描述：进气过程：首先曲轴为活塞提供了驱动力带动其在气缸中从上而下的移动，进气阀门打开的同时排气口关闭，由于活塞的上下运动使上部产生了大量的空位，形成了较大的压力差，推动气体从进气管道输送到气缸中。并且更多的空气进入到气缸中随着活塞的不断向下移动。柴油空气入口 喷油嘴 排气筒 机是由喷油嘴喷入雾状柴油，如右上图所示。此时气缸内可能还存在部分上一循环残留的废气。压缩过程：此时活塞从下往上移动，并且进气和出气阀门均处于关闭状态。飞轮等惯性力的作用下使得曲轴不断的旋转并且联动连杆促使活塞进一步向上移动。气缸内气体压力和温度不断的升高是由于气缸内的气体被不断的压缩，内能增大。随着柴油在压缩的过程中直接被压燃。气体对外做功过程：燃烧的油气混合物产生了大量的热量，其内能转化为活塞的机械能，促使活塞向下运动，此时进气阀门闭合。恒容冷却排气过程：排气阀门打开，活塞逐步向上移动，废气从下端排气筒排出，如上右图所示。