熱流体力学

2009年6月11日
熱流体力学
第9回
担当教員：北川輝彦
本日の内容
・中間試験返却、解説等
・熱効率、各種サイクル
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
1）カルノーサイクル
2）オットーサイクル
3)ディーゼルサイクル
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
1）カルノーサイクル
2）オットーサイクル
3)ディーゼルサイクル
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
1）カルノーサイクル
2）オットーサイクル
3)ディーゼルサイクル
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
p
C
A
B
D
v
上図で示すような任意のACBDの閉曲線で
囲まれたサイクルについて考える
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
p
p = f1(V)
Q1
C
B
正味仕事W
p = f2(V)
A
Q2
D
Q1：外部から供給される全熱量(入熱)
Q2：系から排出される全熱量(出熱)
W：正味仕事(系に残留するエネルギ)
v
とそれぞれ定義
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
p
p = f1(V)
Q1
C
B
正味仕事W
p = f2(V)
A
入熱Q1：A→C→B
出熱Q2：B→C→A
W：正味仕事
Q2
D
v
熱量と仕事の関係を求める
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
W (正味仕事) = Q1 (入熱) - Q2 (出熱)
熱効率：ηは以下のように定義
η = (入熱 – 出熱) / 入熱
= (Q1 - Q2) / Q2 = W / Q2
= 1 – (Q1 / Q2)
4.8 サイクルの熱効率
4.8.1 サイクルの熱効率の定義
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
1）カルノーサイクル
2）オットーサイクル
3)ディーゼルサイクル
4.8 サイクルの熱効率
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
カルノーサイクル：等温変化と断熱変化で構成
p
A
QAB (入熱)
B
正味仕事W
D
C
QCD (出熱)
v
4.8 サイクルの熱効率
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
カルノーサイクル：等温変化と断熱変化で構成
p
A
QAB (入熱)
A→B：等温膨張変化
(温度T1一定)
B→C：断熱膨張変化
C→D：等温圧縮変化
(温度T2一定)
D→A：断熱圧縮変化
B
正味仕事W
D
C
QCD (出熱)
v
ただし、T1 > T2
4.8 サイクルの熱効率
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
カルノーサイクル：等温変化と断熱変化で構成
各点の状態量
p
A
QAB (入熱)
A: (pA, vA, uA, hA,
T = T1
TA = TB = T1)
B
B: (…, TB = TA = T1)
C: (…, TC = TD = T2)
正味仕事W
D: (…, TD = TC = T2)
D T = T2
C
QCD (出熱)
v
p: 圧力、 v: 比容積、
u: 比内部エネルギ、
h: 比エンタルピ、
T: 絶対温度
4.8 サイクルの熱効率
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
カルノーサイクルの熱効率η
η = 1 – T2 / T1
高温側の熱源と低温側の熱源の
温度差が大きいほど熱効率が高い
4.8 サイクルの熱効率
4.8.2 サイクルの紹介と熱効率の計算
Ex. スターリングエンジン：
理論的にカルノーサイクルと等価の熱効率を
示す熱機関。温度差があれば駆動する。
船舶に搭載する場合は海水との温度差を利用。
最近、省エネルギーエンジンとして注目を集めている。
また、内燃機関のようなシリンダー内の爆発が無いため
静粛性にも優れる。

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