资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车发动机原理,课 程 概 述,一、课程的性质和任务,1、研究发动机的,性能评价,（性能指标）,和,基本工作过程,（换气、混合气形成、燃烧）,，,发动机特性,、增压等，,发动机平衡、排气污染与噪声,。,2、分析影响发动机性能的因素。,3、找出提高发动机性能的一般规律。,二、课程的地位和作用,本课程是一门专业课，为发动机的使用、维修打基础。本课程在整个课程体系中起承上启下的作用，对今后的实际工作起指导作用。,三、课程主要内容,课程的主要内容分两部分：,工程热力学基础知识,-,必要的理论基础,汽车发动机原理,主要内容包括：,工程热力学基础,、发动机实际循环和性能指标、燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合气的形成与燃烧过程、柴油机混合气的形成与燃烧过程、发动机特性、发动机增压与中冷技术等。,三、课程的特点、要求、学时分配、考核,特点:,本课程理论性较强，课堂上的讲授以理论分析和推导为主，配有实验环节,。,要求:,课上集中精力，做好笔记，课下及时复习，完成作业。,重点在于理解，,主要章节要熟练掌握。,学时分配：,总学时32，其中实验4学时,考核：,本课程为考试课，平时10%；实验10%；考试80%。,参考书：,1.汽车发动机原理（第二版）陈培陵主编,人民交通出版社 2019,2.内燃机学周龙保 主编,机械工业出版社 2019,第一章 工程热力学基础,热力学,是研究能量（热能）性质和转换规律的科学。,工程热力学,是其最早 发展的一个分支。,本章主要内容：,1、热力状态、热力过程、参数,2、热力学的基本定理：热力学第一定理和第二定理。,2、典型热力过程和热力循环。,3、发动机的理想循环。,第一节 气体的状态及状态方程,重点掌握：,1、基本概念：热力系统、工质、热力状态、理想气体等；,2、热力系统分类；,3、,P-V图,。,一、热力系统,1、定义：,在热力学中，把某一宏观尺寸范围内的工质体为研究的具体对象，称为,热力系统,；,热力系,外界,界面,2、,工质,：,在热力设备中用来实现热能与其它形式的能量交换的物质。,热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。,研究对象以外的一切物质，称为,外界,；,热力系统和外界的分界面，称为,界面,。,二、热力状态与状态参数,1、,热力状态,：,热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。,热力平衡状态：,当外界条件不变系统内状态长时间不变。,（具有均匀一致的P、T）,2、,状态参数,：,用来描述气体热力状态的物理量,基本状态参数：,可直接测量的状态参数，包括：,压力,(P)、,比容,()、,温度,(T)。,主要状态参数：,压力P、比容、温度T、内能、熵、,焓,。,三、基本状态参数,1、比容：,用表示，单位是,m,3,/kg,。,定义：,单位质量的物质所占的容积。即：,=V/M,V-物质的容积,m,3,; M-物质的质量，,kg。,比容的倒数是？,2、压力,：,用P表示，单位是Pa，Mpa、kPa。,定义：,系统单位面积上受到的垂直作用力。,即：P=F/A,压力的测量,3、温度：,用T表示，单位是K。,定义：,表征物体的冷热程度,（气体分子的平均动能越大）,四、理想气体的状态方程,1、理想气体：,气体分子本身不占有体积，分子之间无相互作用力的气体。,2、理想气体的状态方程：,P=RT PV= mRT V= m,对空气，R=0.287kJ/kgK,3、压容图,气体的状态也可用P-V图上的一个点表示，比较直观。,第二节 热力过程及过程量,重点掌握：,1、基本概念：热力过程、膨胀功、热量、熵；,2、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系；,3、膨胀功、热量的计算，正负的规定；,4、T-S图,。,膨胀功的计算,：,W=Fdx=APdx=PdV,W,1,2,=,1,2,PdV,对单位质量的工质,： w,1,2,=W/m=,1,2,PdV/m=,1,2,Pd,故P-V图上,W,1,2,为过程线与横轴围成的面积。,一、热力过程,热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。,P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态;,一条曲线表示一个热力过程。,二、膨胀功,（）,气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功,（又称为,容积功,）,由W=PdV得：,dV0，膨胀,W0，,系统对外界做功；,dV0，压缩,W0,压缩,W0,Q0,吸热;,ds0,Q0,放热Q0,第三节 热力学第一定律,重点掌握：,1、热力学第一定律的表述；,2、内能与温度的关系；,3、闭口系统能量方程；,3、理想气体内能的计算。,第二讲,一、热力学第一定律,定义：,当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。,可表述为：不花费任何能量就产生功的,第一类永动机是不存在的,。,可表述为：对于任何一个热力系统：,进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的变化量,热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用。,它表达工质在受热作功过程中，热量、作功和内能三者之间的平衡关系。,二、内能（U）,-,工质内部所具有的各种能量总称,系统本身所具有的能量包括：,宏观能量包括：,微观能量即系统的,内能,，包括：,动能,位能,：机械能,宏观能量,微观能量,内动能,内位能,内位能,与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数,；,内动能,包括移动动能、转动动能和振动动能，,是温度的单,值函数。,对于理想气体，不考虑分子间的位能，故内能只是分子的内动能，仅与温度有关，,是温度的单值函数,，,用符号,u,表示，单位,J,。,三、闭口系统的能量方程,1、定义:,与外界没有质量交换的系统。,2、能量方程式,Q-W=U,故Q=U+W,对于微元过程：,Q=dU+W,对于1kg工质：,q=u+w,（/Kg),闭口系统能量方程,以上各项均为代数值，可正可负或零，且不受过程的性质和工质性质的限制。,四、理想气体的比热,1、比热的定义和单位,热容量：,向热力系统加热（或取热）使之温度升高（或降低）1K所需的热量,用C表示。,比热：,单位质量工质的热容量，用c表示。,即c=C/m 单位J/(kgK）,或：c=dq/dT,（即：单位质量的物质作单位温度变化时吸/放的热量）,2、比热与过程的关系,功量和热量都是过程量，故比热与过程有关。,热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变,和容积不变，因此比热也相应的分为,定压质量比热,和,定容质量比热,，分别以符号,c,P,和,c,表示。,绝热指数,：,K= c,P,/ c,3、比热与气体性质、温度的关系,实验证明，多数气体的比热随温度的升高而增大，但为使计算简便，不考虑比热随温度的变化，即,采用定值比热（或定比热）,。,五、理想气体内能的计算,在保持系统容积不变的加热过程中，加热量为：,由于c=dq/dT dq=cdT q=,1,2,cdT, q=c(T,2,-T,1,),故：对于定容过程：q,=c,(T,2,-T,1,),推出：,u=c,v,(T,2,-T,1,),内能是一状态量，与热力过程无关，且理想气体的内能只是温度的函数，故上述公式适用于任何热力过程,。,且,w =0,，,由热力学第一定律： q=w+u,第四节 理想气体的热力过程,重点掌握：,1、典型热力过程的过程量的计算；,2、典型热力过程在P-V图和T-S上的表示；,3、典型热力过程在P-V图上的比较；,4、多变过程的概念。,概述,工程热力学把热机循环概括为工质的热力循环，热力循环可分成几个典型的热力过程进行分析，在此基础上总结出整个热力循环的热功转换规律。,典型的热力过程：,定容、定压、定温和绝热,称为基本热力过程,热力过程分析一般方法：,研究理想气体的可逆过程，导出过程方程，按热力学第一定律计算热量、内能和功，然后引入经验修正系数，换算成实际气体的不可逆过程。,可逆过程,：若状态1经历平衡过程到状态2，并对外做功；若外界施加同样的压缩功，偱原过程曲线回到状态1，且外界恢复到原状态。,可逆过程是无摩擦、无温差的内平衡过程，是无任何损失的理想过程。,一、定容过程,1、定义：,过程进行中系统的容积（比容）保持不变的过程。,2、过程方程式：,=常数,3、参数间的关系：,P,1,/P,2,=T,1,/T,2,P,1,/T,1,=P,2,/T,2,4、过程量的计算：,由,W,1,2,=,1,2,PdV，,且,dV=0,w=0,q=u,即：加入工质的热量全部转变为工质的内能。,又,q=u+w，,q=q,=u,=c,(T,2,-T,1,),由,PV=RT,知，,P/T=常数,，,所以：,5、过程曲线,等容加热,温度升高,等容放热,温度降低,二、定压过程,1、定义：,过程进行中系统的压力保持不变。,2、过程方程式：,P=常数,3、参数间的关系：,由,/T=,常数,1,/T,1,=,2,/T,2,1,/,2,=T,1,/T,2,4、过程量的计算：,q,p,=c,p,(T,2,-T,1,),w=,1,2,Pd=P(,2,-,1,),又,u,=c,(T,2,-T,1,),由热力学第一定律：,q,p,=,u+w=,u+,1,2,Pd=,u+,1,2,RdT,=,u+R(T,2,-T,1,),c,p,(T,2,-T,1,)=c,(T,2,-T,1,)+R(T,2,-T,1,),得:,c,p,=c,+ R,迈耶公式,另外：,c,p,/c,=k,绝热指数,5、过程曲线,等压加热,对外做功,温度升高,2,1,等压放热,对内做功,温度降低,2,T-s图上，等压曲线要比等容曲线平坦（说明在达到相同气体温度下，定压过程要比定容过程吸收更多的热量）。,三、定温过程,1、定义：,过程进行中系统的温度保持不变的过程。,2、过程方程式：,T=常数,3、参数间的关系：,P=RT=常数,P,1,1,=P,2,2,4、过程量的计算,：,T=,常数,所以,u=0,由,q=w+,u,可得：,q=w,加入系统的热量全部转换为系统对外界做的功。,5、过程曲线,等温压缩,对外放热,等温膨胀,吸热,2,2,四、绝热过程,1、定义：,过程进行中系统与外界没有热量的传递,（,q=0 ,s,=,q/T=0，故也称定熵过程,）。,2、过程方程式：,Pv,k,=常数,（推导略）,K=,c,p,/c,：绝热指数,3、参数间的关系：,由,Pv,k,=常数,P,1,v,1,k,=P,2,v,2,k,P,1,/P,2,=(v,2,/v,1,),k,又,Pv=RT,P=RT/v,Tv,k-1,=常数,T,1,/T,2,=(v,2,/v,1,),k-1,T,2,=T,1,(v,1,/v,2,),k-1,=T,1,k-1,4、过程量的计算：,q=w+,u,q=0,推出：,w=-,u,即：外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能。,5、过程曲线,绝热压缩,温度升高,绝热膨胀,温度降低,五、多变过程,在实际的热力过程中，P、T的变化和热量的交换都存在，不能用上述某一特殊的热力过程来分析，需用一普遍的、更一般的过程即,多变过程,来描述。,1、过程方程式,：,Pv,n,=常数,n:多变指数。,等压过程；,n=1,Pv=常数,等温过程；,n=k,Pv,k,=常数,绝热过程；,n=,v=常数,等容过程。,n=0,P=,常数,2、各过程在P-v,图上的比较,等压线:,压力升高部分,压力降低部分,等容线:,膨胀部分,压缩部分,等温线:,温度升高部分,温度降低部分,绝热线:,吸热部分,放热部分,n=1,n=k,n=,n,WQ,2m,Q,2v,所以：,tv,tm,tp,三、活塞式内燃机理想循环的比较,1、在等压缩比,、等加热量,Q1,条件下,2、循环的最高温度、最高压力相同，Q2相同下,在T-S图上比较三种循环的加热量和放热量，,可以看出：,Q,1p,Q,1m,Q,1v,所以：,tp,tm,tv,实际内燃机中，由于压缩比选取的不同，,有：,tm,tp,tv,第三讲思考题：,1.热力学第二定律如何表述？,2.什么是循环净功？热机的循环热效率t？,3.,卡诺循环由哪几个热力过程组成？,4. 汽油机与车用柴油机的理想循环是什么循环？它们有哪些过程组成？,5.,、K、 、 对t有何影响？,6. 在压缩比、加热量相同的情况下，三种理想循环哪种热效率高？,热力系统的分类,（据界面上物质和能力交换的情况分）,闭口系统：,与外界无质量交换的系统；,开口系统：,与外界有质量交换的系统；,绝热系统：,与外界无热量交换的系统；,孤立系统：,与外界即无质量交换，又无,热量交换的系统。,压力的测量,当系统的压力高于大气压力时，,用,压力表,测量,。,P=P,b,+P,g,P:系统压力,（绝对压力）；,P,b,:大气压力；,P,g,:表压力（压力表读数）。,压力的测量,当系统的压力低于,大气压力时，用,真,空表,测量。,P=P,b,-P,v,Pv：真空表读数,。,由于表压力和真空度随大气压力的变化而变化，,所以只有绝对压力才能作为系统的状态参数。,第一章复习思考题,1、什么叫热力系统、闭口系统、绝热系统？,2、什么叫工质、状态、状态参数、基本状态参数？基本状态参数有哪些？单位如何？,3、什么是理想气体？其状态方程有哪几种形式？,4、P-V图上的一点、一条曲线、曲线下面所包围的面积表示什么？,5、膨胀功如何计算，其正负各表示什么？,6、能否说物质的温度越高，其所具有的热量越多,7、什么叫热容量、比热？其单位如何？,8、热力学第一定律如何表述？闭口系统能量方程式的形式如何？。,9、什么是定容、定压、定温、绝热过程？它们的过程方程式是什么样的？在P-V图上做出它们的过程曲线。,10、多变过程中，多变指数n为多少时，过程分别为定容、定温、定压、绝热过程？,11、系统经历一个膨胀、压力降低、吸收热量、温度下降的过程，确定n的范围。,12、热力学第二定律如何表述？,13、什么是热机的循环热效率t？,14、汽油机与车用柴油机的理想循环是什么循环？它们有哪些过程组成？,15、压缩比、加热量对t有何影响？在压缩比、加热量相同的情况下，三种理想循环哪种热效率高？,xiexie!,谢谢！,
展开阅读全文