期末复习 | 内能利用的理解和应用

赢领书院2022-06-12 15:00:05

赢领书院

全国连锁教育品牌机构


热机


1、热机:

热机是利用内能来做功,把内能转化为机械能的机器。


热机的种类:蒸汽机、内燃机(汽油机和柴油机)、汽轮机、喷气发动机等。


2、内燃机

内燃机活塞在汽缸内往复运动时,从气缸的一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程。


四冲程内燃机包括四个冲程:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。


在单缸四冲程内燃机中,吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环,每个工作循环曲轴转2周,活塞上下往复2次,做功1次。


在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功,而其它三个冲程(吸气冲程、压缩冲程和排气冲程)是依靠飞轮的惯性来完成的。


压缩冲程将机械能转化为内能。做功冲程是由内能转化为机械能。


汽油机工作过程

吸气冲程:进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,汽油和空气的混合物进入气缸。


压缩冲程:进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,燃料混合物被压缩。


做功冲程:在压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体,高温高压的气体推动活塞向下运动,带动曲轴转动,对外做功。


排气冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,把废气排出气缸。


热机冲程的判断

冲程

进气门

排气门

活塞运动方向

曲轴的转动

吸气

打开

关闭

向下

半周

压缩

关闭

关闭

向上

半周

做功

关闭

关闭

向下

半周

排气

关闭

打开

向上

半周



柴油机工作过程


汽油机和柴油机的比较



汽油机

柴油机

燃料

汽油

柴油

构造

顶部有一个火花塞

顶部有一个喷油嘴

吸气冲程

吸入汽油与空气的混合物

只吸入空气

点火方式

点燃式

压燃式

压缩冲程

气压、温度相对较低

气压、温度相对较高

应用

小型汽车、摩托车

载重汽车、大型拖拉机

效率

活塞曲轴运动

一个工作循环经历四个冲程,活塞往复运动两次,曲轴和飞轮转动两周,对外做功一次。

能量转换

(1)压缩冲程中机械能转化为内能;

(2)做功冲程中内能转化为机械能。







热机的效率


1、热值:


1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的热值。用符号q表示。


热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等无关。


单位:固体燃料的热值的单位是焦耳每千克(J/kg);


气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米(J/m3)。


公式:

①Q=qm     变形:m=Q /q       q=Q /m


Q——放出的热量——焦耳(J);

q——热值——焦耳每千克(J/kg);

m——燃料质量——千克(kg)。


②Q=qV    变形:V=Q /q      q=Q /V


Q——放出的热量——焦耳(J);

q——热值——焦耳每立方米(J/m3);

V——燃料体积——立方米(m3)。


物理意义:

酒精的热值是3.0×107J/kg,它表示:1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。


煤气的热值是3.9×107J/m3,它表示:1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。


影响燃料有效利用的因素:一是燃料很难完全燃烧,二是燃料燃烧放出的热量散失很多,只有一小部分被有效利用。


2、热机的效率:


定义:

热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。


热机的效率是热机性能的一个重要标志,与热机的功率无关。     

由于热机在工作过程中总有能量损失,所以热机的效率总小于1。


提高热机效率的途径:

① 使燃料充分燃烧,尽量减小各种热量损失;


② 机件间保持良好的润滑,减小摩擦;


③在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量,是提高燃料利用率的重要措施。


能量的转化和守恒


能量守恒定律:

能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。