资源描述：
《不可逆狄塞尔热机输出功,效率及其参数优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第45卷第2期厦门大学学报(自然科学版)Vol.45No.22006年3月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Mar.2006不可逆狄塞尔热机输出功、效率及其参数优化*郑世燕,夏峥嵘,周颖慧,林国星(厦门大学物理学系,福建厦门361005)摘要:建立不可逆狄塞尔热机循环新模型,探索不可逆绝热过程对热机循环性能的影响,应用有限时间热力学方法,导出了输出功和效率与压力比、高低温比间的解析表式,揭示了这些重要热力学参量间的变化特性.研究结果表明,随着绝热不可逆程
2、度的增大,输出功及效率均明显减小;输出功和效率随压力比的变化在一定范围内存在极大值,而输出功随高低温比的增大而单调增大.通过数值计算,还讨论了包括热机压力比、输出功和效率等优化工作区域及其界限.所得结论可为一类内燃机的最佳运行条件和优化设计提供理论参考.关键词:狄塞尔循环;不可逆性;优化中图分类号:O414;TK123文献标识码:A文章编号:04380479(2006)02018204狄塞尔热机比其它内燃机(如奥托热机等)具有更高的压力比,进而可有更高的热效率,倍受学术和工程界的
3、青睐.一些工程师为狄塞尔热机提供了空气标准狄塞尔循环的理论描述,其结论对实际热机具有指导意义.近十几年来,国内外学者应用有限时间热力学或[1~11]熵产生最小等方法分析热机循环的性能特征,研究结果比传统经典热力学相关结论更接近于实际.[6]Mozurkewich等应用最优控制理论对奥托热机的活[7]塞运动进行了优化,Akash考虑了传热对空气标准[8]狄塞尔循环优化性能的影响,Chen等探索了在有限图1不可逆狄塞尔循环PV图时间约束下狄塞尔热机的活塞摩擦效应等.本文探索Fig.1PVdiagram
4、ofanirrreversibleDieselcycle绝热过程不可逆性、循环压力比和高低温比等对狄塞尔热机循环的影响,导出热机循环输出功、效率与压力不可逆绝热过程.为了定量地表征两个绝热过程的不比和高低温比等间的解析表式,并获得输出功与效率可逆性,引入不可逆绝热膨胀因子1和不可逆绝热压间的优化关系式以及重要性能参数的优化区域.所得缩因子2,并分别定义为结论可为实际热机的优化设计提供理论参考.T3-T4i1=(1)T3-T41循环模型T2-T12=(2)T2i-T1狄塞尔循环是内燃机的重要循环方式之
5、一,它由式中Tj(j=1,2,2i,3,4,4i)分别为可逆和不可逆狄等压加热、绝热膨胀、等容放热和绝热压缩等四个塞尔循环相关状态点的温度.过程所组成,如图1所示.其中12341为可逆狄塞尔循环.考虑到绝热过程在实际循环中是不可逆的,因2输出功及效率优化而在这两个过程中熵总是增加.图1中12i34i1为不可逆狄塞尔循环,其中12i和34i为循环中的两个根据以上模型及其数学表述,可得不可逆空气标准狄塞尔循环的输出功收稿日期:20050721W=kcv(T3-T2i)-cv(T4i
6、-T1)(3)基金项目:华南理工大学科研基金资助式中k=cp/cv,而cp、cv分别为定压、定容比热.另一方作者简介:郑世燕(1979-),女,硕士.现在泉州师范学院物理系工作.面,从图1可知,对空气标准狄塞尔循环,有k-1k-1*通讯作者:gxlin@xmu.edu.cnT3V3=T4V1(4)第2期郑世燕等:不可逆狄塞尔热机输出功、效率及其参数优化!183!(k-1)/kT2/T1=rp(5)P1V1/T1=P2V3/T3(6)式中rp=P2/P1为循环的压力比,P1和P2为状态
7、点1和等压过程所对应的压强,V1和V3为等容过程和状态点3所对应的体积.应用式(1)、(2)及(4)~(6),可得(k-1)/kT2i=T1[1+(rp-1)/2](7)k-1T4i=rTT1[1-1+1(rT/rp)](8)进一步将式(7)及(8)代入式(3),不可逆狄塞尔循环的输出功又可写为W=c(k-1)/k图2在不同不可逆绝热因子下,效率和输出功W随压v(k-A)[rT-1-(rp-1)/2]T1力比rp的变化关系曲线(9)图中取rT=5,曲线I和II分别对应于1=2=1同理可得循环
8、的效率和0.9的情况=W/Qin=1-A/k(10)Fig.2EfficiencyandworkoutputWversuspressure式中Qin=kcv(T3-T2i)为循环的供热量,rT=T3/T1ratiorpcurvesfordifferentadiabaticparameters为循环高低温比,而A=k-1rT-1+1rT[(rT/rp)-1](k-1)/k为与rp、rT、1
