什么是阿特金森循环-阿特金森引擎-定义

阿特金森循环-阿特金森发动机。阿特金森循环是一种热力学循环,旨在以功率密度为代价提供更高的效率。优德app热能工程

阿特金森循环-阿特金森发动机

1882年,一位英国工程师,詹姆斯阿特金森通过发明几种热机来推进热机的研究热引擎提高了效率奥托循环。这是通过使用复杂曲轴的可变发动机冲程来实现的。阿特金森循环设计是为了提供更高的效率以功率密度为代价。对于排量相等的两台发动机,其中一台采用奥托循环将产生更大的净功,如果发动机运行在相同的速度,更大的功率。另一方面,阿特金森循环将有更大的热效率,从而更低的燃料消耗。

阿特金森周期的第一次实施是在1882年。这个引擎被称为“差1882”。它被安排为一个对置活塞发动机,阿特金森差动发动机。下一个由阿特金森于1887年设计的发动机被命名为“循环发动机”(见图)

最近,它是一个热力学循环可以在汽车发动机和描述功能的火花点火活塞式发动机。这个词阿特金森循环已经被用来描述一个修改奥托循环发动机在这一进气阀开启时间延长比正常情况下允许进气倒流进入进气歧管。这减少了压缩比,但膨胀比保持不变。从机械的观点,阿特金森发动机类似于奥托发动机。主要区别在于凸轮轴或凸轮轴。

阿特金森燃气发动机
Atkinson气体发动机显示在美国专利367496
阿特金森循环- pV图
阿特金森循环- pV图

阿特金森循环过程

在一个阿特金森循环(修改后的奥托循环),系统执行该循环时会经历一系列四个过程:两个等熵(可逆绝热)过程与一个等容过程和一个等压过程交替进行:

  • 等熵压缩(压缩行程)-当活塞从进气阀关闭点(1)移动到上死点时,气体(燃油-空气混合物)从状态1被绝热压缩到状态2。环境对气体做功,增加了它的内能(温度)并压缩了它。另一方面熵保持不变。体积的变化及其比例(V1/ V2)被称为压缩比。压缩比小于膨胀比。
  • 等体积的压缩(点火阶段)-在这一阶段(状态2和状态3之间)有一个恒定体积(活塞是静止的)热量从外部来源传递到空气,而活塞是静止的上死点中心。w88优德备用网址 微博这一过程类似于奥托循环中的等容过程。它的目的是代表点火燃料空气混合物注入燃烧室和随后的快速燃烧。压力上升,比率(P3./ P2)被称为“爆炸比”。
  • 等熵膨胀(动力冲程)-当活塞从上止点移动到下止点时,气体从状态3绝热膨胀到状态4。气体对周围环境(活塞)做功,损失的内能等于离开系统所做的功。熵仍然保持不变。体积比(V4/ V3.)被称为等熵膨胀比。
  • 等压排气(排气冲程)-现代阿特金森循环的主要目标是允许在动力冲程结束时燃烧室的压力等于大气压力。由于腔室中可能有大气压力,因此没有像奥托循环那样的减压。活塞从下止点(下止点)移动到上止点(上止点),循环通过点4→1→0。在这个冲程中,当活塞将废气拉出腔室时,排气阀打开。

阿特金森循环时,活塞在状态1和状态2之间对气体做的功(等熵压缩)。气体在第3和第4级之间对活塞做功(等熵膨胀)。气体所做的功与对气体所做的功之间的差就是循环产生的净功,它对应于循环曲线所围起来的面积。周期产生的功乘以周期的速率(周期每秒)等于阿特金森发动机产生的功率。

等熵过程

一个等熵过程是一个热力学过程,其中流体或气体的压强保持不变。这意味着等熵过程是an的特例吗绝热过程没有热量和物质的传递。这是一个可逆绝热过程。没有传热的假设是非常重要的,因为我们只能在w88优德备用网址 微博非常快速的过程

等熵过程和第一定律

对于一个封闭系统,我们可以写成关于焓的热力学第一定律w88优德app:

dH = dQ + Vdp

dH = TdS + Vdp

等熵过程(dQ = 0):

dH = Vdp→W = H2- - - - - - H1→H2- - - - - - H1=Cp(T2- T1)(理想气体)

理想气体的等熵过程

等熵过程(绝热过程的一种特殊情况)可以用理想气体定律为:

光伏κ=常数

p1V1κ= p2V2κ

在这κ= cp/ cv是的比值特定的加热(或热容)煤气。一个用于恒压(cp),一个用于体积恒定(cv)。注意,这个比率κ= cp/ cv是决定气体和其他绝热过程中声速的一个因素。

等体积的过程

一个等体积的过程是一个热力学过程吗体积闭系统的保持不变(V =常量)。它描述了容器内气体不能变形的行为。由于体积保持不变,系统内外的热传递就不会产生w88优德备用网址 微博∆p V工作,但只会改变内部能量(系统温度)。

等容过程和第一定律

The的经典形式热力学第一定律w88优德app为:

dU = dQ - dW

在这个方程中dW等于dW =刚才被称为边界的工作。然后:

dU = dQ - pdV

等体积的过程理想气体,所有加给系统的热量都用来增加内能。

等容过程(pdV = 0):

dU = dQ(理想气体)

dU = 0 = Q - W→W = Q(理想气体)

理想气体的等容过程

等体积的过程可以用这个来表示吗理想气体定律为:

等容过程-方程1

等容过程-方程2

在一个p - v图,这一过程沿着一条方程为V =常数的水平线发生。

参见:Guy-Lussac定律

等压过程

一个等压过程是一个热力学过程,其中压力系统的保持不变(p =常量)。系统内外w88优德备用网址 微博的热传递做功,但也改变了系统的热力学能。

因为有变化内部能量(dU)和系统容积变化(∆V),工程师经常使用系统的,定义为:

H = U + pV

等压过程和第一定律

The的经典形式热力学第一定律w88优德app为:

dU = dQ - dW

在这个方程中dW等于dW =刚才被称为边界的工作。在等压过程中,理想气体,添加部分热量到系统将被使用做的工作一部分的热量添加会增加内部能量(增加温度)。因此使用起来很方便而不是热力学能。

等压过程(Vdp = 0):

dH = dQ→Q = H2- - - - - - H1

在恒定熵,即在等熵过程中焓的变化等于工作流程图由系统完成。

理想气体的等压过程

等压过程可以用这个来表示吗理想气体定律为:

等压过程-方程- 2

等压过程-方程- 3

在一个p - v图,这一过程沿着一条方程为p =常数的水平线(称为等压线)发生。

参见:查理定律

等熵过程特性
等熵过程-主要特性
等容过程-主要特征
等容过程-主要特征
等压过程-主要特征
等压过程-主要特征

Atkinson循环的热效率

总的来说,热效率,ηth的比值定义为工作是这样,W,输入在高温下,QH

热效率公式- 1

热效率,ηth,表示的分数,H,转换为工作。因为能量是守恒的热力学第一定律w88优德app能量不能完全转化为功,输入的热量QH等于对系统做的功W,加上系统散发的热量废热问C到环境中。因此我们可以将热效率公式改写为:

热效率公式- 2

当火花发生时,热量吸收发生在燃料-空气混合燃烧过程中,大致在恒定体积下。自从在一次等体积的过程没有对系统做的功热力学第一定律w88优德app规定∆U =∆Q。

因此,添加和拒绝的热量是由:

添加= mcv(T3.- T2)

= mcp(T4- T1)

将这些表达式代入热效率产量表达式中添加的和拒绝的热量:

阿特金森循环热效率

进而可得:

  • 比V1/ V2,称为压缩比- CR
  • 比V4/ V3.,这被称为膨胀比- ER。
  • κ= cp/ cv

利用这些特性得到的热效率表达式为:

阿特金森循环-热效率2

运输中的发动机效率
  • 在二十世纪中叶,一个典型的蒸汽机车热效率是多少6%。这意味着每燃烧100兆焦煤,就产生6兆焦机械动力。
  • 一个典型的汽油汽车发动机运行在25%到30%热效率。约有70-75%的废热没有转化为有用的功,即传递到车轮上的功。
  • 一个典型的柴油汽车发动机运行在30%到35%。一般来说,使用柴油循环的发动机通常效率更高。
  • 2014年,新规定出台f1赛车。这些赛车运动规定促使车队开发高效的动力装置。据梅赛德斯公司称,他们的动力装置正在实现超过45%接近50%的热效率,即45 - 50%的势能在燃料是交付给车轮。
  • 柴油发动机具有最高的热效率的任何实际内燃机。低速柴油机(在船舶上使用的)热效率可以超过50%。世界上最大的柴油发动机峰值达到51.7%。
引用:
核与反应堆物理学:
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先进反应堆物理:

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  3. 李国强,核反应堆动力学,中国核科学研究院,1993,ISBN: 0-894-48453-2。
  4. 刘文杰,刘文杰,刘文杰。中子输运计算方法[j] .物理学报,1993,59(4):449 - 452。

参见:

热力学循环

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