03第三章 工作循环与能量利用
第3章_循环分析与能量利用2
Department of Automotive EngineeringTsinghua University 汽车发动机原理清华大学汽车工程系帅石金点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringTsinghua University机械损失与机械效率(1) 机械摩擦损失(50％～80％)活塞组件、轴承、气门机构等(2) 附件驱动消耗(～10％)水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构(3) 泵气损失(5％～40％)pme mf m W W W W ++=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素为什么泵气损失包含在机械损失中？Department of Automotive Engineering 电控气门Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive Engineering 机械效率的影响因素Department of Automotive Engineering(c) 压缩、膨胀线不重合，增大汽油机压缩比小，所以误差小Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive EngineeringTsinghua University机械损失与机械效率(4) 油耗线法转速不变，测出整机油耗随负荷的变化曲线。
将此线外延到与横坐标相交的a 点，则a0之值为机械损失值适合柴油机，不适合汽油机)(/1)( a me acp nk B φφφ过量空气系数负荷柴油机∞⋅⋅=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素（参看公式1-32和图2-4）Department of Automotive EngineeringDepartment of Automotive Engineering Tsinghua University 机械损失与机械效率(1) 活塞平均速度z c m ↑，摩擦阻力↑，泵气损失↑(2) 负荷z 负荷Pe ↓，ηm ↓z 怠速ηm ＝0z 增压机型ηm ↑(3) 润滑条件z 机油粘度：冷起动和低温不能过高；高负荷不能过低z 水温80～95°C ，机油温度85～110 °C )P (P P 1ηm e m m +−=1) 机械效率的定义2) 机械损失的组成与份额3) 机械损失的测量4) 机械效率的影响因素。
第3讲 内能的利用【培训机构专用】2021-2022学年九年级物理全一册课程精炼(人教版)(原卷版)
第3讲 内能的利用【知识要点】一、热机1.热机：利用 的机械叫热机。
热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。
2. 内燃机的工作原理工作物质的内能3．热值（q ）：1kg 某种燃料完全燃烧放出的 ，叫热值；热值单位是： 。
（1）燃料燃烧放出热量：Q 放 ＝qm ；（Q 放 是燃料放出的热量，单位是J ；q 是热值，单位是J/kg ；m 是质量，单位是kg 。
）对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg ”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
①1kg 是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg ，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；②某种燃料是指热值与燃料的种类有关；③完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg 燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
（2）热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关．4.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量 ，叫热机的效率。
热机的效率是热机性能的一个重要指标。
公式：qmW Q W 有用总有用==η 5.在热机的各种损失中，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。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）；②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。
三、能量转化与守恒6.能量守恒定律：能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式转化为另一种 ，或者从一个物体转移到另一个 ，而在转化和转移过程中，能量的总量 。
【典型例题】一、热机1．如图为汽油机某一冲程示意图，下列选项中与其能量转化过程相似的是（ ） A ．用手反复弯折铁丝B ．用热水壶烧水C ．压缩空气棉花燃烧D ．开水瓶的瓶塞被水蒸气弹出 2．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是A ．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸B ．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小C ．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能D ．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分3．柴油机和汽油机在一个工作循环中的四个冲程完全相同的冲程是（ ）A．吸气、压缩B．压缩、排气C．吸气、压缩、排气D．排气4．关于四冲程汽油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是空气B．通过喷油嘴压燃点火，在压缩冲程时，将机械能转化为内能，C．做功冲程时，若每次对外做功1000J，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，排出的废气已经没有内能了全转化为机械能了5．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30 cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50 mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05 Pa，飞轮l min转动1 800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是A．汽油机每秒内完成30个冲程B．汽油机的功率为2025 WC．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×l07 ND．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×l05 J6．小明家的汽车发动机为四缸汽油机．该发动机在工作时气缸内的燃气的平均气压为1×106Pa，汽缸的横截面积为50cm2，活塞的行程长10cm，转速3600r/min．则该发动机的功率为（）A．15kW B．30kW C．60kW D．75kW7．关于在四冲程的柴油发动机内部工作描述正确的是（）A．吸气冲程时，吸入的是柴油和空气的混合物B．压缩冲程时，将机械能转换为内能，点燃方式采用压燃式C．做功冲程时，若1000J/次对外做功，则2400r/min的发动机的额定功率为20kW D．排气冲程时，将废气的内能转化为排气门的机械能8．如图所示为汽油机的四个冲程，其中机械能转化为内能的冲程是图___________。
第三章能量与热力学第一定律
理想气体 cv
cp k=cp/cv
单原子气体 1.5R
2.5R 1.667
双原子气体 2.5R
3.5R 1.40
多原子气体 3.5R
4.5R 1.286
第三节 理想气体的显热计算
五、显热的计算
• 4.采用真实摩尔定压热容计算显热qp • 无机气体 • 有机气体
q p h c p dT
1 2
作业
• P50,3-7
第三节 理想气体的显热计算
• 显热的定义
• 指工质在不发生相变化和化学变化的条件下，在 加热或冷却过程中吸收或放出的热量。
第三节 理想气体的显热计算
一、比热容
• 1.定义：1 kg物质温度变化1K时与外界交换的显 热，称为物质的比热容。用符合c’表示。 • 2.单位：J/(kg· K)或kJ/(kg· K) • 3.影响因素：工质的性质；换热方式；工质所处 的状态。 • 思考：水的比热容是多少？ oC) • 4200 J/(kg·
T1 T2
c p ao a1T a2T 2 a3T 2
c p ao a1T a2T 2 a3T 3
q p h c p t t t2 t1
1 2
• 5.采用平均摩尔定压热容计算显热qp
T2
c p t t
1 2
qp t 2 t1
第一节 热力学第一定律的实质
• 例3-2 对定量的某种气体提供热能100kJ,使其由 状态1沿A途径变化至状态2，同时对外做功60 kJ。 若外界对该气体做功40 kJ，迫使它从状态2沿B途 径返回至状态1，问返回过程中工质是吸热还是放 热？其量为多少？又若返回时不沿途径B而沿途 径C，此时压缩气体的功为50 kJ，问C过程中有 无吸收热量?
清华大学发动机原理课件第1章性能指标与影响因素
Automotive Engine Fundamentals
帅石金
清华大学 汽车工程系
Email: sjshuai@ Phone: 010-62772515-13
点燃式和压燃式内燃机 工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控
发动机分类
Department of Automotive Engineering
Crankshaft of a 2-stroke marine diesel engine Sulzer RTA 84
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
Sulzer Super Longstroke - longitudinal coolant flow - turbocharged - s = 2.4 m, d = 0.84 m - V H = 1.33 m³ - P rated = 3820 kW/Cyl. - n rated = 100 rpm (rated speed)
循环功： W =
pdV
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析
进气压力pd 大气压力p0 排气压力pe 大气压力p0
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
与泵气有关的功：
理论泵气功
忽略流动阻力, 进、排气冲程压力 所作功之代数和。自然吸气发动 机进、排气压力相同（等于大气 压力），即理论泵气功为零
BDC(下止点) p pz
p pz
TDC(上止点)
示功图
Indicator Diagram
第03章 热力学第二定律
第三章热力学第二定律热力学第一定律指出了能量的守恒和转化以及在转化过程中各种能量具有相应的当量关系，但它不能指出变化的方向和变化进行的程度。
自然界的变化无一例外地不违反热力学第一定律，但是不违反热力学第一定律的变化却不一定能发生。
自发变化：某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
§3.1 自发变化的共同特征——不可逆性下列过程是自发的：（1）焦耳热功当量中功自动转变成热；（2）气体向真空膨胀，吸收热量，降低其内能；（3）热量从高温物体传入低温物体，降低高温物体的内能，使其以热的形式传给低温热源；（4）浓度不等的溶液混合均匀，可降低其内能（5）锌片与硫酸铜的置换反应，将化学能转变成体积功，降低其内能；它们的逆过程都不能自动进行。
要使它们反方向进行，则必须借助外力。
当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。
如：（1）要将热转变成功，根据卡诺可逆循环，热的一部分可转变为功，而另一部分则必须释放给低温热源，即环境做了功而得到了部分的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（2）要使气体压缩，则环境必须对其做压缩功，而得到等量的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（3）要使热量从低温物体传入高温物体，必须对其做功而得到相应的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（4）将均匀的混合溶液分离，必须通过萃取、结晶、蒸发等对其做功，而得到相应的热。
环境中留下了功变成热的痕迹；（5）要用铜来置换硫酸锌里的锌，则必须对其做电功。
这些例子说明，一个自发变化发生后，不可能使体系和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，就是说自发过程是不可逆的。
§3.2 热力学第二定律在生活和生成实践中遇到的自动进行的过程，其共同特征就是不可逆性。
也就是说，一切实际过程都是热力学不可逆过程。
而这些不可逆过程都是相互联系的。
人们逐渐总结出反映这一普遍联系的简便说法，即热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics ）。
第三章(3-4节)工作循环
上述能量方程是进行内燃机工作过程计算的基本微分方程式， 与下面质量守恒方程、气体状态方程联立，即可求解。 质量守恒方程、 dms dme dm dmB d d d d （3-7） 气体状态方程
pV mRT
（3-8）
上述方程式中， 下标s表示通过进气门流入气缸的气体参数， 下标e表示通过排气门流出气缸的气体参数， 下标B表示燃料燃烧放热项， 下标w表示通过壁面与热力学系统间发生的热量交换。 其余无下标的各项，分别表示气缸内的有关参数， λ为瞬时过量空气系数，其意义见下文。
ห้องสมุดไป่ตู้
一、工质影响； 理论循环工质是理 想的双原子气体，实 际循环工质是空气和 燃烧产物。 考虑实际工质的影 响，主要有： 1、工质成分的变化： 燃烧前，工质由新 鲜空气、燃料蒸气和 残余废气组成；燃烧 中及燃烧后，工质成 分及数量都变化，与 燃料成分、燃烧温度、 等都有关。
2、工质比热的变化： 空气和燃气的比热 都具有随着温度增加 而上升的性质，并且 燃气中三原子（CO2、 H2O等）气体要比双 原子气体的比热大。 这就意味着，相同 的加热量下实际循环 的产生的压力和温度 要比理论循环的要低。 即，循环作功能力降 低，膨胀线下移。
例如，对于为18、 为1.5、pmax为8MPa 的混合循环：理论热 效率大致为0.60；实 际热效率为0.51。 在右图上，反映出 燃烧膨胀线和压缩线 （虚线所示）分别低 于理论循环的燃烧膨 胀线和压缩线（点实 线）。其中燃烧膨胀 线由于比热容增加的 幅度较大而导致下降 幅度也大一些。这样， 示功图面积小于理论
（2）最高压力下降 燃烧速度有限性、加上传热损失、上止点 后活塞下行运动而使气缸体积膨胀，使得压力升高率明显低于理论 循环值，这样，实际循环的最高压力有所下降。 （3）初始膨胀比减小 理论循环假定全部热量是在某一点（zt点，见图3-2）前完全加 热（燃烧）完毕，压力达到最大，而后进入膨胀过程。 实际的燃烧过程则由于传热损失、不完全燃烧、后燃以及活塞 运动等因素，使初始膨胀比ρ0减小（ zz1＜ztz）。 t 上述各种影响因素，使实际燃烧过程偏离理论循环的等容和等 压过程，增加了压缩耗功，减少了膨胀有用功，最终使指示热效率 和平均指示压力与理论循环相比均有明显的降低。 2、后燃以及不完全燃烧损失 理论循环：加热过程结束之后即转入绝热膨胀过程。 实际循环：由于供油系统供油不及时、混合气准备不充分、燃 烧后期氧气不足等原因而导致燃烧速度减缓，仍有部分燃油在气缸 压力达到最高点后继续进行燃烧，称之为后燃。
清华大学_汽车发动机原理_第1章_性能指标与影响因素
点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控Email: sjshuai@Phone: 010-********-14帅石金清华大学汽车工程系汽车发动机原理Automotive Engine FundamentalsTsinghua University第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用2.燃料能量转换的“质”环节；加入整机能量总量的“量”环节Tsinghua University1.工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节与因素第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力p-ϕ图示功图（四冲程）p-V 图EIIETDC TDC TDC BDC BDCw/o combustion180360540720︒CA p p zp 0IVCEVO EVCIVOTDC(上止点)BDC(下止点)p p zp 0V sV cVpAd sTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve Close示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图ϕ要求会识图和画图！正负功确定原则：⏹压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功⏹压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞所作功Compression 压缩过程W < 0 Power 作功过程W > 0Intake 进气过程W > 0Exhaust排气过程W < 0W p d V=循环功：⏹动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作功之代数和⏹泵气过程功：进气与排气冲程所作功之代数和(总)指示功＝动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)进气压力p d <大气压力p 0排气压力p e >大气压力p 0与泵气有关的功：⏹理论泵气功忽略流动阻力, 进、排气冲程压力所作功之代数和。
【能源利用与系统工程】3 能源利用与系统工程
水总是从高处向低处流动 the water always flow from high to low 气体总是从高压向低压膨胀
the gas always expand from high pressure to low voltage inflation
材料与冶金学院 热能与环境工程研究所 Institute of Thermal and Environment Engineering
The first law of thermodynamics
Anyone thermodynamics system in the equilibrium has a state parameter U (internal energy). When system from a balance state is changed to another balance state, internal energy is equal to the quantity of heat that system absorbs and the amount of work do材ne料. 与冶金学院 热能与环境工程研究所
材料与冶金学院 热能与环境工程研究所 Institute of Thermal and Environment Engineering
能量守恒与转换定律
能量守恒和转换定律指出：“自然界的一 切物质都具有能量；能量既不能创造，也 不能消灭，而只能从一种形式转换成另一 种形式，从一个物体传递到另一个物体； 在能量转换与传递过程中，能量的总量恒 定不变。”
材料与冶金学院 热能与环境工程研究所 Institute of Thermal and Environment Engineering
工作循环分析通用课件
数据整理与统计原则
数据清洗
去除重复、无效和不完整数据，确保数据质 量。
数据统计
采用合适的方法进行数据统计和分析，得出 客观结论。
数据分类
按照一定标准对数据进行分类和归档，便于 查询和分析。
结果呈现
将统计结果以图表或报告形式呈现，便于理 解和应用。
04
问题诊断及优化建 议提出
常见问题类型识别
工作效率低下
02
加强员工培训
定期组织技能培训、知识分享和 团队建设活动，提升员工综合素
质和团队协作能力。
04
强化沟通协作
推动团队内部信息共享，加强跨 部门合作，促进整体工作效率提
升。
05
改善方案制定与实 施跟踪
改善目标明确设定
提高生产效率
通过优化工作流程、引入自动化 技术等手段，降低生产成本，提
高产出速度和质量。
价值评估
03
从实际应用角度出发，评估工作循环分析项目为企业带来的实
际价值，如提升竞争力、拓展市场等。
经验教训分享交流
问题总结
归纳项目执行过程中遇到的问题和挑战，分析问题产生的原因， 为后续项目提供参考。
经验提炼
总结项目执行过程中的成功经验，如团队协作、技术创新、市场 推广等，为后续项目提供借鉴。
改进措施
、员工反馈等。
现场观察
深入现场观察工作流程的实 际运行情况，了解员工操作
习惯、设备状况等。
问题识别
通过数据分析和现场观察，识别出工作循 环中存在的问题和瓶颈，如效率低下、资 源浪费、安全隐患等。
原因分析
针对识别出的问题，深入分析其产生的原 因，如制度不完善、员工技能不足、设备 老化等。
改进措施
清华大学_汽车发动机原理_第5章_运行特性与整车匹配
(1) 15分钟功率：车用发动机
(2) 1小时功率：拖拉机、工程机械 (3) 12小时功率：排灌、电站
(4) 持续功率：远洋船舶、机车
同一台发动机，标定功率的时间 越长，标定功率越小。
主要内容
1. 发动机运行工况 2. 发动机特性曲线分类 3. 发动机运行特性 4. 发动机与整车匹配
稳态
Department of Automotive Engineering
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
汽油机节气门控制负荷，向下倾斜的速 度特性线具有很好的自我调节能力。
柴油机油量调节杆控制负荷，速度特性 变化平坦，速度波动大，运转不稳。
转速不稳定或熄火
转速波动大 或飞车
柴油机燃油喷射系统（参见7.5节）
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
(轴向)分配泵
直列泵
柴油机的调速特性
1) 调速器的调速模式 2) 全程与两级调速器的性能对比 操纵杆转角位置 (2) 柴油机的调速模式
Department of Automotive Engineering
利用安装在高压油路中的高速、强力电磁阀直接控制喷油时刻和喷 油量（泄压电磁阀开闭时刻）。
3) 压力-时间控制式电控燃油喷射系统：共轨系统（CR）
喷射压力与发动机转速解藕，在高压油泵和喷油器之间加装稳压腔 （共轨），精确控制压力、喷油时刻和喷油脉宽。
柴油机的调速特性
只有柱塞式直列泵和分配泵有调速问题！
动态过程非常复杂
动态空燃比变化： 加速加浓；减速减稀
热机的工作循环
热机的工作循环热机的工作循环是指在热机系统中，能量的转化和传递过程。
热机通过吸收热量，将其转化为机械功，并将剩余的热量排放到外界。
在热机的工作循环中，有四个基本过程：吸热过程、绝热膨胀过程、放热过程和绝热压缩过程。
吸热过程是热机工作循环的第一步。
在这个过程中，热机从外界吸收热量，使其内部的温度升高。
这个过程通常发生在热机的加热室中，通过与外界的热源接触，热机吸收了热量。
接下来是绝热膨胀过程。
在这个过程中，热机内部的工质被压缩，同时体积增大。
由于没有热量的交换，这个过程是绝热的。
绝热膨胀过程中，热机内部的能量转化为机械功，推动热机的运转。
第三个过程是放热过程。
在这个过程中，热机将部分能量以热量的形式释放到外界。
这个过程通常发生在热机的冷却室中，通过与外界的冷源接触，热机将热量传递给冷源，使其内部的温度降低。
最后是绝热压缩过程。
在这个过程中，热机内部的工质被压缩，同时体积减小。
与绝热膨胀过程类似，绝热压缩过程也是绝热的，没有热量的交换。
在这个过程中，热机将机械功转化为内部能量。
通过这四个基本过程的循环，热机完成了能量的转化和传递。
这个循环可以用来描述各种热机系统，如内燃机、蒸汽机等。
不同类型的热机可能有不同的工作循环，但基本原理是相同的。
热机的工作循环是热力学的基础，它描述了能量如何在热机系统中转化和传递。
了解热机的工作循环可以帮助我们理解热机的工作原理，优化热机的性能，并提高能源利用效率。
热机工作循环的研究也对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
热机的工作循环是热机系统中能量转化和传递的过程。
通过吸热、绝热膨胀、放热和绝热压缩四个基本过程的循环，热机完成了能量的转化和传递。
热机工作循环的研究对于优化热机性能、提高能源利用效率具有重要意义。
物质与能量多层利用及循环原理
物质与能量多层利用及循环原理引言：物质与能量是地球上一切生命的基础，它们的多层利用及循环是保护环境、实现可持续发展的关键。
本文将从资源的多层利用、能量的循环利用以及人类对于物质与能量的管理等方面展开探讨。
一、资源的多层利用资源的多层利用是指将资源的使用价值最大化，减少资源的浪费和污染。
首先，要实现资源的多层利用，我们应该发展循环经济模式。
循环经济通过回收利用和再制造，将废弃物转化为新的资源，实现资源的闭合循环。
其次，合理开发和利用次生资源也是多层利用的重要手段。
次生资源是指在生产和消费过程中产生的废弃物，如废水、废气、废渣等。
通过科学的处理和利用，可以将这些废弃物转化为可再生的资源，如利用废水进行生物处理或再生水利用，将废渣进行资源化利用等。
此外，提高资源利用效率也是实现多层利用的关键。
通过技术创新和节能减排措施，降低资源的消耗和浪费，提高资源利用的效率。
二、能量的循环利用能量的循环利用是指将能量在不同形式和不同层次之间进行转化和利用。
首先，要实现能量的循环利用，我们应该发展可再生能源。
可再生能源是指在自然界中不断恢复和更新的能源，如太阳能、风能、水能等。
通过利用可再生能源，可以减少对传统能源的依赖，降低能源消耗对环境的影响。
其次，能量的循环利用还可以通过能源的转换和储存来实现。
例如，利用太阳能发电时，可以将太阳能转化为电能，并通过储能装置将多余的电能储存起来，以备不时之需。
此外，能量的循环利用还可以通过能源的高效利用来实现。
通过提高能源利用的效率，减少能源的浪费，可以将能量的利用效率提升到一个更高的层次。
三、人类对于物质与能量的管理物质与能量的多层利用及循环需要人类的管理和调控。
首先，要加强对资源和能源的管理。
通过制定合理的资源和能源管理政策，加强资源和能源的监管，推动资源的节约和循环利用。
其次，要加强环境保护意识和技术创新。
人类应该意识到环境的重要性，积极参与环境保护的行动，并通过技术创新来解决环境问题。
浙科版(2019)选择必修二 3-4 生态系统中的物质能被循环利用 课件(52张)
答案 A 解析 由图可知甲是生产者,乙是消费者,丙是分解者,丁是大气中的二氧化 碳库,d代表呼吸作用,b主要代表光合作用,A项错误;甲(生产者)是生态系统 中的第一营养级,在各营养级中占有的碳最多,B项正确;碳在生物群落内以 有机物的形式传递,C项正确;碳在非生物环境和生物群落之间可以反复利 用,D项正确。
3.下图为碳在生态系统中循环的模式图,图中甲、乙、丙表示生态系统的 生物成分,箭头表示生理过程。下列相关叙述不正确的是( ) A.d过程代表光合作用,b过程代表呼吸作用 B.甲所示的营养级在各营养级中占有的碳最多 C.碳在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递 D.碳可在非生物环境和生物群落之间反复利用
探究应用 1.在下图所示氮循环途径中,关于①②③④四类生物的新陈代谢类型的叙 述,错误的是( )
A.①为异养需氧型 B.②为自养厌氧型 C.③为自养需氧型 D.④为自养需氧型
答案 B 解析 由图可知①为高等动物,是异养需氧型生物,A项正确。②是放线菌、 真菌等微生物,是异养型生物,但可能是需氧型也可能是厌氧型,B项错误。 ③硝化细菌是自养需氧型生物,C项正确。④是绿色植物,是自养需氧型生 物,D项正确。
4.硝化作用:氨和铵盐被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。 5.反硝化作用:硝酸盐等含氮化合物在反硝化细菌的作用下转化为N2、NO 和N2O的过程。
四、人类运用生态系统的物质循环规律,在生产实践中实现资源多层次利 用 运用物质循环规律可以帮助人们合理地调整生态系统的物质循环和能量 流动,使物质中的能量更多地流向对人类有益的方向。进而实现资源的 多层次利用或循环利用,使人和自然环境共同受益。
探究点二 几种碳循环模式图分析 1.[模型一]
分析:E为 生产者 ;F、D、B都为 消费者 为大气中的CO2库。
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影响循环效率的因素 压缩比的影响 增大压缩比可以 提高ICE的循环 效率； 压缩比由8增加 t 为12，热效率 提高10～15％， 压缩比>20，热 效率提高不明显。
t f , k , ,
T
Q1 Q1
z’ z
c’
c
b b’
a
Q2
Q2
S
同等吸热量时：
（二）驱动附件损失 Wme 10 %
发电机、水泵、机油泵、高压油泵、调速器、点火装置。 内燃机台架试验中必须拆除的四大附件： 空压机、空滤器、风扇和消声器。 转速、负荷增大，驱动附件损失也增大。 （三）泵气功损失 WPl 5% ~ 40% 进排气过程中工质流动时的节流和摩擦损失。 SI-ICE小负荷和高速，泵气损失大 负荷对CI-ICE泵气损失影响小
向外散热。 散热量：
QW FW (T T )d
式中： α—传热系数；
Fw —散热面积， Fw =f（）；
T—缸内工质温度， T= f（）； Tw —燃烧室壁面温度。
压缩行程：前期吸热， 后期散热， 使压缩线略下降—有利
作功行程：温差大， 散热强烈， 使pz和膨胀线下降—不利
cV、cp/(kJ/kg.k)
真实工质对循环效率的影响 最高燃烧温度 比热容 cv , c p f T , 分子结构 Qv cv T Q p c p T
cp R
cV k
k
T
cv , c p
k
T
多原子分子数
t
cv , c p
T/K
k
T
t
在相同加热量下，燃烧温度越高，工质比热容升高越多，
理论循环 理想循环
k k
后燃损失 传热、流动、不完全燃烧 工质泄漏等
c’
换气损失
p0
b’ b a
Vs Va
BDC
TDC
r
Vc
V
工质和循环的变化，使实际循环效率和理论循环效率相差
10% ～20%。
传热、流动、不完全燃烧和泄漏损失
四大损失
换气损失 时间损失
后燃损失
传热损失(总加热量的6％) 真实循环并非绝热过程, 通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面
S
在预膨胀比一定时，压力升
高比对循环效率影响不大。
等 容 过 程
在压力升高比一定时，减小
预膨胀比，会显著提高循环 效率。
等压过程
分析： ICE接近等容燃烧（高等容度），可以得到高循环效率； CI-ICE负荷增大，循环喷油量加大，燃烧时间加长，
预膨胀比加大，等容度下降，循环效率降低；
CI-ICE高压喷射技术会提高循环效率； CI-ICE多次喷射技术会降低循环效率。 EFI的SI-ICE把按照化学计量比混合气进行控制，火焰传播 速度快，等容度高，可得到较高的循环效率。
tg
rg rd
小负荷时
SI-ICE加浓 ag 很小，CI-ICE的 ad 很 大
Tmax g Tmax d
tg td tg td
rg rd
在小负荷、大负荷工况下，SI-ICE的经济性低30%～50%
三、真实循环 （Real Cycle）
时间损失
p
z c
t
燃烧温度越高、压力越小，热裂解越严重 SI-ICE高温裂解程度>CI-ICE高温裂解程度
工质分子变化数 液体燃料ICE，分子量大，不计燃料分子数 p t
气体燃料ICE，分子量小，计入燃料分子
混合气浓度 未燃燃料量
p
t
分子变化数对ICE循环效率影响不大
a 1
Q1
t
k
多原子分子数
绝热指数下降越多，循环效率偏离理论循环效率越远。
工质的高温裂解 高温时，原子间的结合力减弱，产生热裂解——吸热
2CO2 2H2O+O2 O2 2O 2CO+O2 4OH 2H2O H2 N2+O2
2H2+O2
2H2 2NO
膨胀过程温度、压力下降，进行逆向反应——放热
高温裂解吸热 放热时间延长
Q1
Q2 Q2
t t
压力升高比和预膨胀比的影响 T 等容度：循环吸热过程中
Q1
Q1
z’
z’
z z
等容吸热量占总吸热量的
比率。
Q1V Q1
c b b a
等容度提高
吸热量相同
Q1V Q1V
Q2 Q2
Q2
Q1V
Q2
Q1V
t2 t 2
提高等容度，可以提高ICE的循环效率
绝热指数 提高绝热指数，
可以提高循环效率。
t
吸热量相同
k
c c 增大， p 、 V 减小、
工质温升增大，放热 量减小，循环效率提高
理论循环研究的意义 提供了改善ICE性能的原则和方向 在允许的条件下, 尽可能提高压缩比 , 尤其是汽油机； 合理组织燃烧, 提高循环加热等容度（减少预膨胀比、
一、理论循环（ Theoretical Cycle ）
热力循环构成
工质——理想气体（空气），物性参数不变 循环——理想循环构成封闭热力系统
Q1
Q2
等熵压缩
等容/等压加热
等熵膨胀
定容放热
封闭热力循环： 绝热压缩 等容等压吸热（燃烧放热）
等容放热（进排气换气过程）
绝热膨胀
循环类型
等容（isochoric）加热循环 等压（isobaric）加热循环 等容等压混合加热循环
c
Q1
z
机（船舶）
喷油压力低，
持续时间长， 柴油机接近 定压加热循环
r
p0
TDC BDC
可简化为等
压加热循环
b
Q2
a
Vc Va
V
Vs
T-S图
T
Q1
z
c
b
a
Q2
S
混合加热循环（Sabathe Cycle） p Q
1
z，
z
现代ICE活塞
Q1
运动速度高，
喷油压力高， 均为混合加 热循环
c b
Q2
r
合理选择燃烧始点、压燃同时着火 ）；
保证工质具有较高的等熵指数（稀燃 ）。
提供ICE之间性能比较的理论依据
同一机型不同加热模式比较 压缩比、工质吸热量相同，吸热形式不同
T
Q1 p Q1m Q1v
c
Q1m
Q1v Q1 p
zv zm zp
Q2 p Q2 m Q2v
bv
bp
bm
tp tm tv
流动增强以及提高涡流与湍流程度， t 下降 原因：流动造成能量损失、散热损失 流动损失，非直喷式柴油机＞直喷式柴油机
工质泄漏损失 曲轴箱窜气造成的工质泄露，损失相对较小。 工质和循环方面的差异，使得： 理论循环效率—实际循环效率 =10~20百分点 该差别是改善ICE循环效率的基本原则
机械损失各 部分所占份额
t
燃烧温度 T
k
浓度增大
T/K
a 1
单双原子数
空气量
k
燃烧温度 T
t
采用稀薄燃烧可
循环效率
以得到高循环效率
CI-ICE比EF具有
更高的循环效率
燃空当量比
残余废气系数
燃烧速度
k
t t
残余废气量
三原子分子数 SI-ICE残余废气系数
rg CI-ICE残余废气系数 rd
SI-ICE循环效率较低
存在摩擦、散热、燃烧、节流等（不可逆）。
对ICE工作过程的研究只能建立模型，进行定性分析！ 三种循环模式： 理论循环（Theoretical Cycle） 循环—理想循环 工质—实际气体 工质—理想气体
理想循环（Ideal Cycle） 循环—理想循环
工质—实际气体 真实循环（Real cycle） 循环—真实循环
高转速时泵气损失高
SI-ICE的试验结果
能量转换“质”问题 混合气总量
be
1
ct m H u
本章的研究目标： 如何得到高的循环效率？ 如何得到高的机械效率？
ICE工作过程研究内容： 工质成分变化； 热能的转化过程。 目标：
工质 高的循环效率 循环模式
低的污染物排放
工作过程研究难度：
工质的质和量是时间的函数；
物理、化学过程一直在进行；
Q2 m
S
更高的压缩比决定了等压加热循环具有更高的效率
理论循环下SI-ICE和CI-ICE比较 CI-ICE压缩比远高于SI-ICE，CI-ICE具有更高的循环效率， 表现出更好的动力性和经济性； CI-ICE的 be min 比SI-ICE低15% ～ 25%； 中、小负荷CI-ICE的 be 比SI-ICE低30% ～ 50% CI-ICE负荷质调节，负荷减小，喷油量减少 负荷
a Q 2m
Q2v
Q2 p
S
更高的等容度决定了等容加热循环具有更高的效率
Q1 p
不同机型比较 最高爆发压力相同， 吸热量相同，压缩比不同
T
Q1m
Q1v
zp zm
等pmax 线
zv
cp cm cv a
Q2v
Q2 p
Q1 p Q1m Q1v
Q2 p Q2 m Q2v
bp
bm
bv
tp tm tv
循环效率 Otto循环循环效率:
பைடு நூலகம்
t 1
1
k 1
Diesel循环循环效率: