发动机原理与汽车理论_第一章_发动机原理基础知识课件

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,*,/21,1,/21,发动机原理与汽车理论,1/21发动机原理与汽车理论,2,/21,课程内容概述,第一章发动机原理基础知识,第二章发动机的换气过程,第三章汽油机的燃料与燃烧,第四章柴油机的燃料与燃烧,第五章燃气发动机的燃料与燃烧,第六章发动机的特性,第七章汽车的动力性,第八章汽车的制动性,第九章汽车的使用经济性,第十章汽车的操纵稳定性,第十一章汽车的舒适性,第十二章汽车的通过性,第十三章汽车性能的合理使用,2/21课程内容概述第一章发动机原理基础知识,3,/21,第一章发动机原理基础知识,第一节,气体的热力性质,第二节,热力学第一定律,第三节,热力学第二定律,第四节 发动机的循环,第五节 发动机的性能指标,第六节 发动机的机械效率,3/21第一章发动机原理基础知识第一节 气体的热力性质,4,/21,第一节 气体的热力性质,一、,基本概念,二、,基本状态参数,三、,理想气体状态方程,4/21第一节 气体的热力性质一、基本概念,5,/21,一、基本概念,1.,工质,:,实现热能与机械能相互转换的工作物质（气体）。,2.,热力系统,和,外界,:,把作为研究对象的某一宏观尺寸范围内的工质总称为热力系统，如汽缸内的气体；把热力系统以外和热功转换过程有关的其他物体统称为外界，如汽缸体。,3.,热力状态,:,把工质在某一时刻所处的宏观状态称为工质的“热力状态”，简称“状态”。工质的热力状态用物理量来描述，这些物理量称为气体的状态参数，如温度、压力和比体积等。,4.,热力过程,:,将热力系统中的工质从某一初始状态变化到另一状态所经历的整个过程称为热力过程。,5/21一、基本概念1.工质:实现热能与机械能相互转换的工作,6,/21,开口系统：与外界不仅有能量交换，又有物质交换的系统。,封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统。,绝热系统：与外界没有热量交换的系统。,孤立系统：与外界既无能量交换，也无物质交换的系统。,热力系统分类,6/21开口系统：与外界不仅有能量交换，又有物质交换的系统。,7,/21,二、基本状态参数,气体常用的状态参数有,6,个，其中,温度,（,T,）、,压力,（,p,）和,比体积,（,）这三个物理量，称基本状态参数。,内能（,U,）、熵（,S,）、焓（,H,）。,7/21二、基本状态参数气体常用的状态参数有6个，其中温度（,8,/21,温度,温度表示气体的冷热程度。按分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则运动剧烈程度的物理量。气体的温度越高，气体内部分子的平均动能就越大。,热力学温度,:,开氏温度，用符号,T,表示，单位为开尔文，单位符号为“,K”,（基本温标,),。,热力学温度以水的三相点温度为基本定点温度,(,即水的固、液、气三态共存时的温度,),，并规定其温度为,273.15K,。于是,1K,就是水的三相点温度的,1/273.15,。,工程上的温度：摄氏温度，用符号,t,表示，单位符号为“,”,。,摄氏温度与开氏温度的关系为：,t,T,273.15,注意：只有开氏温度才是状态参数。,8/21温度温度表示气体的冷热程度。按分子运动论，气体的温度,9,/21,定义：,气体在单位面积容器壁上的垂直作用力,用符号,p,表示，单位是帕斯卡，简称为帕（,Pa,）。由于帕很小，工程上常用千帕（,kPa,）或兆帕（,MPa,）为单位。,1 kPa=10,3,Pa 1 MPa=10,6,Pa,压力的表示方法：,1.,绝对压力：指气体作用在容器壁上的真实压力,用,p,表示。,2.,表压力：当气体的绝对压力高于大气压力时，压力表指示的数值就是表压力。表压力等于气体的绝对压力与大气压力,p,0,的差值，用,p,g,表示。其关系式为,p,g,=,p,-,p,0,。,3.,真空度：当气体的绝对压力低于大气压力时，真空表测量的数值就是真空度。真空度等于大气压力与气体绝对压力的差值，用,p,v,表示。其关系式为,p,v,=,p,0,p,。,注意：只有绝对压力才是状态参数。,压力,9/21定义：气体在单位面积容器壁上的垂直作用力,用符号p表,10,/21,比体积,比体积：单位质量的气体所占的体积，称为气体的比体积。用符号,v,表示，单位为,m,3,/kg,。,密度：,单位体积,的气体,所具有的质量称为密度，以符号,表示，其单位为,kg/m,3,。,10/21比体积比体积：单位质量的气体所占的体积，称为气体的,11,/21,三、理想气体状态方程,理想气体：分子不占体积、分子之间没有吸力的气体。,理想气体状态方程式（克拉贝隆方程式）：温度、压力、比体积之间关系式。,1,理想气体：,理想气体：,式中：,V,m,kg,理想气体的总容积，,V,=,mv,。,R,气体常数，其数值取决于气体的性质，单,位为,kJ/,（,kgK,）。,11/21三、理想气体状态方程理想气体：分子不占体积、分子之,12,/21,第二节 热力学第一定律,一、,功、热量和内能,二、,热力学第一定律,12/21第二节 热力学第一定律一、功、热量和内能,13,/21,一、功、热量和内能,1,功,当气体的压力和容积发生变化时，气体与外界之间相互传递的机械能称之为功，用,W,表示。单位为焦耳，单位符号为“,J”,或“,kJ”,，,1kJ=10,3,J,。,1kg,气体容积（即比体积）的微小变化量为,:,d,v,=,A,d,x,1kg,气体对外界所作的微元功为,:,d,w,=,pA,d,x,=,p,d,v,1kg,气体对外界所作的功为,:,若汽缸内的气体为,m,kg,，其总容积,V,=,mv,，,则,m,kg,气体从状态,1,变化到状态,2,对外所作,的功为,:,13/21一、功、热量和内能1功,14,/21,一、功、热量和内能,2,热量,热量是由于温度的不同，系统和外界之间穿越边界而传递的能量。,热量的国际单位与功一样为焦耳，单位符号为“,J”,或“,kJ”,。热量通常用比热来计算。比热是指单位量的物质温度每变化,1K,时吸收或放出的热量，用符号,c,表示，即,式中：,d,q,单位量的物质在温度变化,d,T,时吸收或放出的热量。,1kg,气体的温度变化,d,T,时，吸收或放出的微元热量,d,q,为,:d,q,=,c,d,T,1kg,气体的温度从,T,1,T,2,时，吸收或放出的热量,q,为,:,m,kg,气体的温度从,T,1,T,2,时，吸收或放出的热量,Q,为,:,规定,:,气体从外界吸收热量为正，向外界放出热量为负。,注意：功和热量都不是状态参数。,14/21一、功、热量和内能2热量,15,/21,一、功、热量和内能,3,内能,气体的内能是指气体内部所具有的各种能量的总和，由气体分子运动的动能和分子间位能组成。,内能是气体的状态参数。,对于理想气体，因假设其分子间没有引力，其位能为零，所以其内能仅指其内部动能，它是温度,T,的单值函数。,1kg,气体的内能用符号,u,表示，单位为,J/kg,或,kJ/kg,，则,u,=,f,（,T,）,1kg,气体的温度从,T,1,变化到,T,2,时，其内能的变化量,u,为,:,u,=,u,2,u,1,=,f,（,T,2,）,f,（,T,1,）,m,kg,气体的内能用符号,U,表示，单位为,J,或,kJ,，温度从,T,1,变化到,T,2,时，其内能的变化量,U,为,:,U,=,U,2,U,1,=,m,f,（,T,2,）,f,（,T,1,),15/21一、功、热量和内能3内能,16,/21,二、热力学第一定律,热力学第一定律：热和功可以相互转换，为了要获得一定量的功，必须消耗一定量的热；反之，消耗一定量的功，必会产生一定量的热。,第一类永动机是不可能被成功地制造的。在热能与其他能量的相互转换过程中，能的总量保持不变,-,遵循能量守恒原则,。,1kg,气体由状态,1,变化到状态,2,所经历的过程中，如果气体与外界交换的热量为,q,1-2,，机械功为,w,1-2,，内能的变化量为,u,2,u,1,，三者之间的平衡关系可用能量平衡方程表示为,:,q,1-2,=,u,2,u,1,+,w,1-2,m,kg,气体由状态,1,变化到状态,2,所经历的过程中，则有,Q,1-2,=,U,2,U,1,+,W,1-2,气体状态发生变化时，从外界吸收的热量等到于其内能的增加量与对外所作的机械功之和。,16/21二、热力学第一定律热力学第一定律：热和功可以相互转,17,/21,第三节 热力学第二定律,一、,热力循环,二、,循环评定指标,三、,热力学第二定律,17/21第三节 热力学第二定律一、热力循环,18,/21,一、热力循环,定义,:,工质由某一初始状态出发，经过一系列的状态变化又重新回到初始状态所经历的封闭过程，简称循环。,循环可分为正向循环和逆向循环。,循环过程可用,p,v,图,表示。,18/21一、热力循环定义:工质由某一初始状态出发，经过一系,19,/21,p,v,图,循环中工质所作的净功为,:,w,0,循环中工质从外界吸收的净热量为,:,q,1,q,2,由于,u,=0,。根据热力学第一定律则可得出,:,q,1,q,2,=,w,0,结论,:,循环中工质从高温热源吸收热量,q,1,，只将其中的一部分转换成机械功,w,0,，而另一部分热量,q,2,传递给低温热源。,mkg,：,Q,1,Q,2,=,W,0,19/21pv图循环中工质所作的净功为:w0,20,/21,二、循环评定指标,1.,循环热效率,t,：,指循环中热功转换的效率，它等于循环中工质对外界作的净功与循环加热量之比（评价经济性）。,2.,循环平均压力,p,t,：,指单位汽缸工作容积所作的循环功（评价动力性）,。,20/21二、循环评定指标1.循环热效率t：指循环中热功,21,/21,三、热力学第二定律,开尔文一普朗克说法：,“不可能建造一种循环工作的机器，其作用只是从单一热源取热并全部转变为功，而不引起其他变化。”,(,第二类永动机是不可能被成功制造的。,),为了连续地获得机械功，至少必须有两个热源，即高温热源和低温热源。,克劳修斯说法：,“不可能将热量由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。”,这一表述说明：不管利用什么机器，,热量不可能自发地、不花任何代价地从低温物体传向高温物体。,各种制冷设备必须消耗功并把这些功转换为热量和低温物体的热量一起传给高温物体，以达到制冷的目的。,结论：,自发过程具有方向性,-,一切自发实现的过程都是不可逆的。,21/21三、热力学第二定律 开尔文一普朗克说法：“不可能建,