热机的效率上限

脉冲发动机

热机，即利用热力并将其转化成机械能的机械。
热机的效率是由一个上限的。
这个上限在1824年即被发现。而且可以被热力学第二定律证明。
热机效率恒小于  1-低温热源温度/高温热源温度
这里的温度都是绝对温度，即摄氏温度+273。比如环境温度27摄氏度，换成绝对温度则为273+27=300k。

目前：
内燃机内燃烧温度可达1700摄氏度。绝对温度1973k。这个是热机的高温热源温度。
内燃机的排气温度一般在500摄氏度。绝对温度773k。这个是热机的低温热源温度。
所以：
内燃机的效率上限=1-773/1973=60.8%
这个是目前内燃机效率最高上限。
充分燃烧汽油可以提高效率，但是无法突破这个上限。

换水冷，可以提高效率。这也就是降低排气温度。

apchi

没错！
效率最高的内燃机是船用柴油机，可以达到50%以上，一般汽车用发动机为25%-30%，航模用二冲程小甲醇机10%-15%，火车蒸汽机5%-8%

apchi

内燃机一般越大热效率越高，越小升功率（功率/排量）越大，柴油机热效率大于汽油机，四冲程效率高于二冲程。

[ 本帖最后由 apchi 于 2008-6-20 21:19 编辑 ]

爱美力

但是如果利用这些热能来增强动力呐?
比如利用排出的高温气体来增压,或者用来带动发电机减小发动机的负荷呐?

爱美力

另外燃气轮机经济转速下的效率是多高呢?

脉冲发动机

原帖由 爱美力 于 2008-6-21 10:25 发表
但是如果利用这些热能来增强动力呐?
比如利用排出的高温气体来增压,或者用来带动发电机减小发动机的负荷呐?

利用排气来增压，是可以节能的。它的本质还是降低排气温度。

脉冲发动机

原帖由 爱美力 于 2008-6-21 10:27 发表
另外燃气轮机经济转速下的效率是多高呢?

目前，一般利用燃气-蒸汽联合循环，以此来提高动力效率。

即将高温高压的燃气冲击叶轮，从而获得做功。
然而排气的温度也相当高，必须加以利用。
把排气通入余热锅炉，加热水蒸气。
具有一定能量的水蒸气再冲击蒸气叶轮，从而又获得一部分功。
这个时候的排汽温度已经很低了，比环境温度高10-20摄氏度。
这个排汽很难再利用了。
即使再利用，也不可能低于环境温度。

去掉各种损耗，目前高效的燃气-蒸气联合循环的效率可达57%。

apchi

原帖由 爱美力 于 2008-6-21 10:25 发表
但是如果利用这些热能来增强动力呐?
比如利用排出的高温气体来增压,或者用来带动发电机减小发动机的负荷呐?

增压方式只能增大功率不能增加效率。

apchi

燃气-蒸汽联合循环对尾气的热能利用并不是转化为机械能，只能说增加能源利用率，不是增加热机效率。实际上燃气轮机的热机效率并不高，比大型活塞式热机（例如船用柴油机）还低，燃气轮机的主要优点在于重量轻、振动小，主要用在航空、军舰、发电。

脉冲发动机

原帖由 apchi 于 2008-6-21 14:26 发表
燃气-蒸汽联合循环对尾气的热能利用并不是转化为机械能，只能说增加能源利用率，不是增加热机效率。实际上燃气轮机的热机效率并不高，比大型活塞式热机（例如船用柴油机）还低，燃气轮机的主要优点在于重量轻、 ...

小伙，去仔细了解一下燃气-蒸气联合循环吧。
比如余姚燃气电厂

apchi

余姚太远了，不去 :L

abednego

原帖由 爱美力 于 2008-6-21 10:25 发表
但是如果利用这些热能来增强动力呐?
比如利用排出的高温气体来增压,或者用来带动发电机减小发动机的负荷呐?

增压的方法是利用多吸入的燃料做功，抵消排气损失，对内燃机效率没有改进，只是增大单位质量的功率

如果用尾气带动发电机，会恶化尾气排放，增加尾气残留压力，恶化排气过程，减低内燃机效率，发电机的输出是弥补不了内燃机的损失的。

爱美力

那么理论上效率最高的还是2冲内燃机了?

abednego

原帖由 爱美力 于 2008-6-25 12:37 发表
那么理论上效率最高的还是2冲内燃机了?

理论上谈效率是没有什么意义的，理论只是给出一个上限，热机的实现方式对效率影响比较大。
对于一般的二冲程发动机，由于扫气过程会将一部分的有用燃料不经燃烧直接排放所以效率较四冲程发动机低。如果有办法减少燃料的扫气损失，二冲程发动机效率相比四冲程的就不差了，对于一般的低成本二冲程发动机，这个问题解决不了，但是对于大型船舶，发动机是非批量制造的，对成本控制不严，而由于耗油量大，设计的时候会使用各种手段控制油料的扫气损失，而且对燃料的燃烧进行精密的控制，通过这种方式，大型船舶的二冲程发动机效率要高于一般的车用四冲程发动机。

爱美力

佩服,学习了!

abednego

由于大型船舶内燃机组的转速比较低，一般在500－600转/分钟，所以汽缸内的燃烧过程比一般车用四冲程发动机（转速在3000－4000rpm－10000rpm）好控制。

北京青年

楼主啊,你怎么能用热机的排气温度当低温热源呢??应该用环境温度呀!低温热源的温度在300多k才对!

卡诺循环只是一种理想化的热机做功计算,实际上永远不可能达到,只能无限接近.至于联合循环和燃料电池等方式,因为不是卡诺循环范畴所以能超过这个效率

北京青年

另外水冷并不会增加效率,反而还会降低热机效率!因为大量热能会进入冷却水中而无法转化成有用功.所以近年来许多人在研究陶瓷发动机,也就是说用耐热陶瓷来做发动机汽缸套等零件,降低冷却水量,来提高热机效率.
基础知识还需加强!

行空者

为明天着想，淘汰一切热机，回归用牛拉马拖效率最高最环保。

爱美力

原帖由 北京青年 于 2008-6-26 15:18 发表
另外水冷并不会增加效率,反而还会降低热机效率!因为大量热能会进入冷却水中而无法转化成有用功.所以近年来许多人在研究陶瓷发动机,也就是说用耐热陶瓷来做发动机汽缸套等零件,降低冷却水量,来提高热机效率.
基 ...

又学习了,也就是说现在的热机使用冷却系统的作用是维持工件在正常工作温度保持一定的强度,实际上热机要想提高效率应该保温才对!
是不是这个样子的?