第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论(2)
《第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论(2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论(2)（74页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、 第一章第一章 发动机性能发动机性能 1）工质 在发动机的工作过程中，将热能转变为机械能的工作物质。 发动机：发动机：热能热能 机械能机械能 2）热力系统 把某一宏观尺寸范围内的工质作为研究对象，称为热力系统。 研究对象以外的一切物质，称为外界外界； 热力系统和外界的分界面，称为界面界面 3）热力状态及热力过程 工质所处的某种宏观状态称为热力状态热力状态 描述热力状态的物理量参数有：压力、温度、比容压力、温度、比容等 热力系统的状态随时间变化的过程称为热力过程热力过程 （1）基本概念）基本概念 外界外界热力系热力系界面界面 4）平衡状态 工质再不收外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态称
2、为平衡状态。 5）工质的比热 工质的比热就是单位量的物质温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。Cv等容比热 Cp等压比热。 6）工质的功 功是热力系统与外界间传递的能量。效果体现使物体改变宏观运动状态。 7）内能 内能就是工质内部气体分子和原子的动能和分子间的位能总和。 8）能量平衡方程 q1-2 =u2- u1+1-2 9）示功图 示功图：示功图：在活塞式机器的一个循环中, 气缸内气体压力随活塞位移(或气缸内 容积)而变化的循环曲线 10）温熵图 熵熵:单位质量工质所吸收的热量除以工质的热力学温度所得到的熵。 温熵图：温熵图：热力过程中单位质量 与外界所交换的热量称为温熵图 （2）
3、基本状态参数）基本状态参数 1）比容 单位质量的工质所占有的容积。 比容和密度的关系：比容和密度的关系：倒数 2）气体压力 气体在单位面积容器壁上的垂直作用力。 3）温度 T=t+273.15 （3）理想气体状态方程）理想气体状态方程 1）理想气体 分子本身不占有体积，分子之间没有吸引力的气体。 理想气体方程：理想气体方程： pv=RT或 PV=mRT 2）基本热力过程 等容过程 等压过程 等温过程等温膨胀等温膨胀压强减小压强减小等温压缩等温压缩压强增大压强增大等温膨胀等温膨胀压强减小压强减小等温压缩等温压缩压强增大压强增大 绝热过程 注意：注意：q=0 dq=0多变过程 体积、压力、温度都是
4、变化的。pVn=常数 第一节发动机理论循环 （1）发动机理论循环发动机的理论循环是假想的简化循环（空气的标准循环），由几个基本的热力过程组成。简化条件： 假定工质为理想气体； 整个循环中工质质量不变，工质是在密闭系统中作封闭循环，没有进、排气过程； 压缩和膨胀过程均为绝热等熵过程。 用等容加热、等压加热代替燃烧过程。 用等容放热代替排热过程。研究理论循环的目的研究理论循环的目的: : 1）确定循环热效率的理论极限，以判断实际发动机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。2）分析比较发动机不同热力循环方式的经济性和动力性。3）确定提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的
5、基本途径。 发动机理论循环的三种形式：a)高速柴油机）b) （汽油机）c)(高增压低速柴油机)。（1 1）评定理论循环的指标）评定理论循环的指标循环热效率t 等于转变循环净功的热量与每次循环加给工质总热量之比。 t=W/Q1 1、压缩比 压缩比越大，循环热效率越高。 2、绝热指数k 绝热指数越大（和混合气浓度有成反比），循环热效率越高。 3、压力升高比 在混合加热循环中提高等容部分加入的热量，可提高热效率。但受到材料的耐热性和强度的限制，提高压力升高比和压缩比有限。 4、预膨胀比 在等压加热循环中，随着加热量Q1的增加，值增加，若保持压缩比不变，放出热量Q2增加，热效率降低。 在混合加热循环中
6、，当循环总热量Q1和压缩比不变，值增大，则等压部分加热量增加，热效率降低。 循环平均压力pt 等于循环净功与气缸工作容积的比值。 pt=W/Vstaktkkpp) 1(111实际工作条件的限制实际工作条件的限制:结构强度的限制。提高压缩比和压力升高比能提高热效率，导致零件承载能力升高，增加发动机重量机械效率方面的限制。发动机机械效率与最高燃烧压力有关，直接影响曲柄连杆机构的重量、惯性力等，导致机械效率下降。燃烧方面的限制。压缩比过高导致汽油机爆燃。柴油机燃烧室小，设计困难，不利于高效率地燃烧。 111tc 010111(1)tc 010111(1)(1)ptcpp 介于上述两者之间介于上述两者
7、之间混合加混合加热循环热循环加热过程在等压条件下缓慢完成加热过程在等压条件下缓慢完成，负荷的增加使得热效率下降，负荷的增加使得热效率下降等压加等压加热循环热循环加热过程在等容条件下很快完成加热过程在等容条件下很快完成，热效率仅与压缩比有关，热效率仅与压缩比有关等容加等容加热循环热循环循环特点循环特点循环热效率循环热效率循环名循环名称称表表11 三种理论循环的比较三种理论循环的比较c压缩比压缩比 相同相同加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同1Q tptmtv 加热量加热量 相同相同初态初态1 1相同相同循环的最高压力相同循环的最高压力相同tptmtv1Q222vmpQQQ 对于高增压柴油
8、机，为了得到较高的热效率，对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，宜按等压加热循环工作。宜按等压加热循环工作。容压由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降时，喷油时间缩短，但初期相当于等容燃烧的部分变化不大。这相当于基本不变而 减小，则t提高。 点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧时间加长。这相当于下降而 上升，则t降低。1、进气过程 图a）2、压缩过程 图b）3、燃烧过程 图c）4、膨胀过程 图c）5、排气过程 图d） （1）进气过程）进气过程作用：作用：吸入新鲜工质，为热功转换做必要的准备。 进气门提前开启扫气。由于进气系统有阻力，进气终了的压力P
9、a总是小于大气压力P0。进气终了温度Ta总是高于大气温度T0。PaP0； TaT0 （2）压缩过程）压缩过程 作用：作用：扩大工作循环温差，使工质获得最大限度的膨胀比，提高循环热效率，为着火燃烧创造条件。 压缩比：压缩比： 多变指数和平均多变压缩指数：多变指数和平均多变压缩指数： 实际计算中n1取代n1 ，试验测定n1大致范围是： 压缩终点的压力和温度的数值范围：压缩终点的压力和温度的数值范围：（3）燃烧过程）燃烧过程 作用：作用：将燃料的化学能转变为热能，使工质温度、压力升高，为膨胀创造条件 汽油机：汽油机：在上止点点燃，容积变化小，燃烧快，温度压力上升快，接近等容燃烧。 柴油机：柴油机：燃
10、烧开始接近等容燃烧，随后燃烧速率放慢，气缸容积增大，压力升高减缓，接近等压燃烧 （4）膨胀过程）膨胀过程 膨胀过程是高温高压的工质推动活塞由上止点向下止点运动而做功的过程。 多变指数n2和平均多变指数n2 ：实际计算中n2取代n2 ，试验测定n2大致范围是： （5）排气过程）排气过程作用：作用：排出燃烧废气为下一循环的进气做准备。 排出的气体具有较高的温度和压力，使热效率下降；由于排气系统的阻力，使排气终了压力大于大气压力。 排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指标。其值偏高，说明热功转换效率低工作过程不良，及时检修。 实际工质影响引起的损失：实际工质影响引起的损失： 换气损失：换气损失：
11、非瞬时燃烧损失和补燃损失非瞬时燃烧损失和补燃损失 提前排气损失：提前排气损失： 传热、流动损失：传热、流动损失： （1）在实际循环中，工质的成分会发生变化，使循环热效率下降。（2）工质的比热随温度的上升而增大。使循环热效率下降。（3）工质的高温分解。使循环热效率下降。（4）工质分子数的变化。 由和组成。（1）汽缸壁传热量的计算 传热的基本方式：接触传热（导热、对流）和辐射，对流为主要传热方式。 （2）影响传热损失的各种因素冷却介质温度的影响：冷却介质温度的影响：介质温度越高，传热损失越少。增压的影响：增压的影响：增压程度越高，传热损失越少。工况变化的影响工况变化的影响：工况变化是指负荷和转速的
