发动机原理课程电子教案

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第20页 共20页“发动机原理”课程电子教案一、课程的性质和任务 1、研究发动机的工作过程和性能指标，主要包括动力性、经济性、排放性等。 2、分析影响发动机性能指标的因素。 3、找出提高发动机性能指标的途径。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大部分，工程热力学基础知识部分的重点是发动机的理想循环，发动机原理部分的重点是内燃机的燃烧过程和特性。主要内容包括：工程热力学基础、发动机示功图和性能指标、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、发动机的排放与控制等。四、课程的特点、要求、学时分配、考核特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的讲授以理论分析和推导为主。要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。对重点章节要熟练掌握。学时分配：总学时48，其中实验8学时考核：本课程为考试课，平时10%；实验10%；考试80%。五、教材汽车发动机原理(第二版)陈培陵主编 人民交通出版社 2003六、参考书1内燃机学，周龙保主编，机械工业出版社出版，1999年；2车辆内燃机原理(第一版)秦有方 编 北京理工大学出版社19973汽车拖拉机发动机（第三版）董敬 编机械工业出版社19994汽车发动机原理，张志沛主编，人民交通出版社出版，2003年5内燃机习题集日竹内龙三 主编 中国农业机械出版社1991年6内燃机燃烧与排放学蒋德明主编 西安交通大学出版社2001年第一章 工程热力学基础了解：热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念，理想气体和卡诺循环等。理解：热力学第一和第二定律，图和图，理想气体的热力过程和发动机的理想循环。 第一节 气体的热力性质一、热力系统1、热力系统：某一宏观尺寸范围内所要研究的对象的总称。2、外界：与系统有相互作用的以外物质。3、热力系统的分类： 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。二、工质状态及状态参数 1、工质：用以实现热功转换的媒介物质。2、工质热力状态：工质在热力系统中某一瞬间所处的宏观状况。3、工质状态参数：用来描述工质状态的物理量。4、基本状态参数：能够测量并能代表工质基本特征的参数。（1） 压力（P）、 单位容积面积上的垂直力。P=F/A N/m=Pa（帕斯卡） 工程气压：1kg/cm2=98.1kPa 物理气压：76cmHg=101.33 kPa 绝对压力：P状态参数 表压力 ：Pg 真空度 ：P 大气压力：P0 P= P0 + Pg P= P0 - P（2）温度（T） 表示物体的冷热程度。 开氏温标：T 单位K 水的三相点为单一固定点273、16K。（冰点为273、15K） 摄氏温标：t 单位 T= t+273、15 K（3）比容（v） 单位质量的容积。 v=V/m （m3/ kg）三、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，分子之间无引力的气体。 1升气体有2.71022分子,挤在一起仅0.4cm3 占0.04%2、理想气体状态方程：（1） 1千克气体：Pv=RT R为为气体常数（Kj/kgK） 其大小与气体的种类有关（2）m千克气体 ：PV=mRT V=m（体积）（3）1千摩尔气体： Pv=RT PVm=RmT Vm 1千摩尔容积 ；为1千摩尔质量;Rm为通用气体常数, Rm=8.31kJ/kmol.K3、压容图（P-V图）（1）平衡状态： 当外界条件不变系统内状态长时间不变，即具有均匀一致的P、V、T。（2）热力过程： 系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程称为一个热力过程。 为便于分析，通常将气体的热力过程假设为准平衡过程，即从一个平衡状态经历了一连串的无限接近平衡状态的中间状态，到另一个平衡状态的变化历程。（3）P-V图的意义 在P-V图上的一点表示气体的一个热力状态；一条曲线表示一个热力过程；（曲线下面所包围的面积表示功量）。四、工质比热： 单位质量的工质温度变化1K所吸收或放出的热量。用c表示。 C=q/dt1、比热与度量单位关系 质量比热C：单位kJ/kgK 摩尔比热c kJ/kmol.K 容积比热C1 kJ/m3K2、比热与加热过程的关系 常见的加热过程是等压过程和等容过程 等压比热cp 等容比热ccp c cp -c=R比热比：cp /c=k （绝热指数）3、比热与温度的关系真实比热：每一温度下的气体比热。实验证明，多数气体的比热是随温度的升高而增大 平均比热：Cm 某一温度范围内的比热平均值（为使计算简便） 定比热：实际中不考虑比热随温度的变化，即采用定比热。第二节 热力学第一定律热力学第一定律是能量转换与守衡定律在热力系统中的应用。热量=其它能量在工程热力学中它表达工质吸热、作膨胀功和内能储存的三者关系。一、 功、热量和内能（一）膨胀功 气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功。即系统与外界宏观位移而传递的能量1千克气体功：w=Fdx=APdx=Pd w12=12Pdm 千克气体功：W 12=mw=12mPd=12PdV 在P-V图上，曲线下面所包围的面积。 规定：系统对外界做功（膨胀功）为正，外界对系统做功（压缩功）为负。 功是过程量，不是状态参数。（二）热量系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式，即系统与外界微观而传递的能量。热量是过程量，不是状态参数。 q为1千克气体传递的热量 kJ/kg Q为千克气体传递的热量 kJ 规定：传入系统的热量即吸热为正；传出系统的热量即放热为负。（三）内能 工质内部总能量 即工质内部粒子微观运动和粒子位移的总能量，它包括内动能和内位能。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，即也是工质状态参数。内能用u表示，单位kJ。 气体内能变量的计算 u=U2-U1 在等容过程中，加热量全部用于增加内能q=c(T2-T1) =u 即u= c(T2-T1)因为内能是一状态量，与热力过程无关，故上述公式适用于任何热力过程。二、闭口系统能量方程 内燃机的燃烧、作功过程可看作闭口系统。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 q-w=u q=u+w（1千克） Q=U+W （m千克） 对于微元过程Q=dU+W 以上各项均为代数值，可正可负，三、开口系统的能量方程（略）四、熵和温熵图（T-S图） 功和热量都是工质在状态变化过程中与外界进行能量交换的度量。 功是系统与外界之间存在压差P而作功。 w=Pd （使d变化） d0，dw0 膨胀，系统对外界做功； d0，dw0，q0，吸热； ds0，q0；左方q0；左方u 0；左方w 0。 第四节 热力学第二定律能量传递过程的方向、条件和限度问题，要由热力学第二定律来回答。一、热力循环系统从某一状态出发，经历一系列的中间状态，又回到初始状态，1、正向循环（热机循环） 1-a-2-b-1：顺时针进行的热力过程，过程曲线所围成的面积为正，称为正循环； 1-a-2工质从高温热源吸热q1而膨胀; 2-b-1工质向低温热源放热q2而压缩。 w0为循环净功，w0=q1-q22、热效率 循环净功与从高温热源吸收热量的比值 T=w/q1=(q1-q2)/q1=1-q2/q1二、热力学第二定律的表述1、从热功转换角度 不可能制成只从单热源吸热作功而不向冷源放热的热机。即单热源热机是不存在的。指出热转换是有条件的。2、从热量传递角度 热不可能自发的、不付任何代价的由一个低温物体传至高温物体。指出热量传递是有方向的。 热力学第二定律的实质：一切自发的过程都是不可逆的。三、 卡诺循环与卡诺定理（一）卡诺循环1、卡诺循环的组成。ab等温吸热q1=RT1Lnvb/va q1= T1（s2- s1）bc绝热膨胀T1 T2cd等温放热q2=RT2LnvC/vd q2= T2（s2- s1）da绝热压缩T2 T12、卡诺循环的热效率： Tc=1-q2/q1=1-T2s34/ T1s12=1-T2/T13、结论分析： （1）T1 T2 Tc （2）T1 T20 Tct混合t等压但在实际上，柴汽 t柴t汽 这个结论是符合实际的，汽油机，其热效率为30%，现代柴油机，其热效率为35%。 现代发动机一是要提高，二是要柴油机化。压力常用U形管测量（图）压力之间的关系（教材图）摩尔71年14届国际计量大会（P-V图）（膨胀功图）（T-S图）定容过程P-V图T-S图定压过程P-V图T-S图定温过程P-V图T-S图绝热过程P-V图T-S图多变过程P-V图T-S图正向循环P-V图T-S图卡诺循环P-V图T-S图混合加热循环P-V图T-S图等容加热循环P-V图T-S图等压加热循环P-V图T-S图两种等容加热循环T-S图和对T的影响T-S图Q1和相同三种循环的比较T-S图第 20 页 共 20 页