工程热力学与发动机原理
工程热力学喷气发动机联合循环的工作原理及特点
工程热力学喷气发动机联合循环的工作原理及特点喷气发动机是一种常见的动力装置，广泛应用于航空、航天和工业领域。
为了提高发动机的热效率和功率输出，工程热力学中提出了喷气发动机联合循环的概念。
本文将详细介绍喷气发动机联合循环的工作原理以及其特点。
一、工作原理1. 简介喷气发动机联合循环是一种将燃烧室废气与蒸汽动力循环相结合的系统。
在传统的喷气发动机中，大量废气含有高温高能量，而这些废气通常会被直接排放。
而联合循环则利用这些废气，通过燃烧室后的烟气余热来产生蒸汽，再将蒸汽作为额外的工作物质来驱动涡轮，从而提高热效率。
2. 工作流程联合循环的工作流程包括废气余热回收、蒸汽发生、蒸汽冷凝和蒸汽动力循环四个主要步骤。
废气余热回收：燃烧室内产生的高温废气通过换热器进行余热回收，将烟气温度降低至合适的蒸汽发生温度。
蒸汽发生：降温后的废气进入蒸汽发生器，与水进行热交换，使水变为高温高压蒸汽。
蒸汽冷凝：蒸汽通过涡轮推动发电机或其他设备工作，然后进入冷凝器，在冷凝器中与冷却介质进行热交换，变为液体。
蒸汽动力循环：冷凝后的液体被泵送至蒸汽发生器，再次参与蒸汽循环。
二、特点1. 提高热效率联合循环通过废气余热回收和额外的蒸汽动力循环，使废气中的热能得到充分利用，提高了整个系统的热效率。
相较于传统的喷气发动机，联合循环的热效率可提高5-10个百分点。
2. 减少排放联合循环可以减少废气排放，降低对环境的负荷。
废气中的热能被充分回收利用，减少了烟气的温度和排放量，降低了对大气的污染。
3. 提升动力输出利用额外的蒸汽动力循环，喷气发动机的动力输出可以得到进一步提升。
蒸汽的加入增加了额外的工作物质，提高了整个系统的功率。
4. 延长发动机寿命联合循环利用蒸汽冷凝产生的液体作为润滑剂，可在一定程度上减少机件的磨损和热蚀，延长发动机的使用寿命。
5. 多能源适应性联合循环不仅可以利用传统的燃油发生热再利用，还能与其他能源相结合，如天然气、生物质和核能等，具有较强的多能源适应性。
工程热力学在汽车工程中的应用与发展趋势
工程热力学在汽车工程中的应用与发展趋势首先，工程热力学在汽车动力系统设计中发挥着至关重要的作用。
汽车发动机的工作原理基于热力学循环，热力学计算可以帮助工程师确定最佳的气缸工作参数，如压燃比、点火提前角等，以提高燃烧效率和动力输出。
此外，工程热力学还可以帮助工程师进行发动机的换热设计，以确保发动机在工作过程中的稳定性和可靠性。
其次，工程热力学在燃烧优化方面也发挥着重要的作用。
通过应用热力学原理，工程师可以优化燃烧过程，以最大限度地提高燃料的利用率和减少尾气排放。
例如，利用热力学分析可以确定最佳的燃烧配比，以提高燃烧效率和降低污染物排放。
此外，热力学分析还可以帮助工程师确定最佳的点火时间和点火能量，以提高点火系统的效率和可靠性。
此外，工程热力学在汽车能量管理中也发挥着重要的作用。
能量管理是指在汽车工程中最大限度地利用和管理能量，以提高燃油经济性和减少能源消耗。
工程师可以利用热力学原理来优化汽车的能量流动，例如通过热回收系统回收排气和制动能量等。
此外，热力学分析还可以帮助工程师设计节能降耗的系统，如节能空调系统和辅助动力装置。
对于未来的发展趋势，工程热力学在汽车工程中的应用将继续推进。
随着汽车工程的不断发展和创新，对动力系统效率和环保性能的要求也不断提高，这将进一步推动工程热力学的应用。
未来可能出现更加复杂的燃烧形式和燃料类型，例如混合动力和电动汽车，这将对工程热力学的应用提出更高的要求。
此外，随着低碳经济的推动和环保意识的提高，工程热力学在汽车工程中的应用也将更加注重可持续性。
工程师将更加关注如何合理利用能量资源，并寻找替代传统燃料的新能源。
因此，工程热力学将在未来的汽车工程中发挥更加重要的作用，以帮助实现汽车工程的可持续发展。
综上所述，工程热力学在汽车工程中的应用非常广泛，包括动力系统设计、燃烧优化和能量管理等方面。
随着汽车工程的不断发展和创新，工程热力学的应用也将不断推进，并注重可持续发展和环保性能。
【平衡】工程热力学概念
【关键字】平衡绪论工程热力学与传热学分两部分，热力学与传热学，这两部分都是与热有关的学科。
我们先讲热力学，第二部分再讲传热学。
热力学中热指的是热能，力在我们工程热力学中主要指的是用它来做功，也就是机械能，简单地理解工程热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。
也就是说由热产生力，进而对物体做功的过程，所以热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。
举个例子：比如汽车的发动机（内燃机），它是利用燃料（汽油）在汽缸中燃烧，燃烧后得到高温高压的烟气，烟气此时温度高，压力高，具有热能，那么高压的燃气会推动气缸的活塞做水平往复运动，活塞又通过曲柄连杆机构把水平往复运动转化成圆周运动，进而带动汽车运动，这就是一个热力学的例子。
工程热力学的研究重点是热能与机械能之间的转化规律，那么下面我们来详细的看一下工程热力学的研究内容：①研究热力学中的一些基本概念和基本定律。
基本概念像热力学系统、热力学状态、平衡过程、可逆过程等。
基本定律有热力学第一定律和热力学第二定律，第一定律和第二定律是工程热力学的理论基础，其中热力学第一定律主要研究热能与机械能之间转化时的数量关系，热力学第二定律主要研究热能和机械能转换时的方向、条件、限度问题。
②研究工质的性质。
我们热能和机械能之间的转化需要依靠一定的工作物质才能实现，因此，我们要研究热能和机械能之间的相互转化，我们首先要研实现这一工作的工质的性质。
③研究工质参与下，遵循热力学第一定律和第二定律在热力设备中进行的实际热力过程。
第一章基本概念在我们研究工程热力学的过程中会用到许多术语，如工质、热力学系统、热力学状态、平衡状态、状态参数等。
因此，要学好工程热力学我们首先要知道这些术语指的是什么。
我们先来看第一个概念：工质一、工质我们前面讲了，工程热力学是研究热能和机械能之间的相互转化，那么工质就是用来实现热能和机械能之间相互转化的工作物质。
工质大多数情况下只是在能量转化的过程中起媒介的作用，而不会直接参与能量的转化。
工程热力学喷气发动机热效率的计算及改进方法
工程热力学喷气发动机热效率的计算及改进方法喷气发动机是现代飞机、火箭等航空航天器中广泛应用的动力装置。
在发动机的设计和改进过程中，热效率是一个重要的指标。
本文将探讨工程热力学中喷气发动机热效率计算的基本原理，并介绍一些改进方法，以提高热效率。
热效率的定义是发动机输出功与燃料燃烧产生的热量之比。
喷气发动机中，热效率的计算方法可以通过以下公式表示：η = (W_j - W_c)/Q_f其中，η表示热效率，W_j表示喷气发动机的机械功输出，W_c表示喷气发动机的压缩功消耗，Q_f表示燃料的燃烧产生的热量。
首先，我们来计算喷气发动机的机械功输出。
机械功输出可以通过引擎的推力和飞行速度计算得到。
推力可以通过推力方程计算，而飞行速度可以通过空气动力学原理和飞机的设计参数计算得到。
将推力和飞行速度代入计算公式，即可得到喷气发动机的机械功输出。
其次，我们需要计算喷气发动机的压缩功消耗。
压缩功消耗是由于喷气发动机中的压缩过程所产生的。
压缩功可以通过热力学公式计算得到，其中需要知道进口和出口的状态参数。
通过测量和实验，可以得到喷气发动机中压缩过程的参数，将这些参数代入计算公式，即可得到压缩功消耗。
最后，我们需要计算燃料的燃烧产生的热量。
燃料的燃烧产生的热量可以通过燃料的燃烧热值计算得到。
燃烧热值是燃料在燃烧过程中所释放的热量。
将燃烧热值代入计算公式，即可得到燃烧产生的热量。
通过上述计算，我们可以得到喷气发动机的热效率。
然而，为了进一步提高热效率，我们可以采取一些改进方法。
第一种改进方法是增加喷气发动机的压缩比。
增加压缩比可以提高发动机的热效率。
然而，过高的压缩比可能导致过热和爆震等问题，所以需要在设计过程中进行综合考虑。
第二种改进方法是改进燃烧室的设计。
燃烧室是喷气发动机中燃料燃烧的地方，燃烧室的设计直接影响燃烧效率和热效率。
通过优化燃烧室结构和燃料喷射方式，可以提高燃烧效率和热效率。
第三种改进方法是改进涡轮的设计。
工程热力学知识点总结
工程热力学知识点总结工程热力学知识点总结1. 热力学基本概念热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，它关注系统的宏观性质和变化。
热力学的基本概念包括系统、界面、过程、平衡状态、状态方程等。
2. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒的表述，它表示能量的增量等于传热和做功的总和。
数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示热的传递，W表示外界对系统做功。
3. 热力学第二定律热力学第二定律描述了自然界中存在的一种过程的不可逆性，即熵增原理。
它指出孤立系统的熵总是增加或保持不变，不会减少。
熵增原理对热能转化和能量传递的方向提供了限制。
4. 热力学循环热力学循环是一系列热力学过程组成的闭合路径，通过这个路径，系统经历一系列状态变化，最终回到初始状态。
常见的热力学循环有卡诺循环、斯特林循环等。
5. 热力学性质热力学性质是用来描述物质宏观状态的物理量，常用的热力学性质包括温度、压力、内能、焓、熵等。
它们与热力学过程和相变有着密切的关系。
6. 热力学方程热力学方程是用来描述物质宏观状态的数学关系。
常见的热力学方程有状态方程（如理想气体状态方程）、焓的变化方程、熵的变化方程等。
这些方程对于分析和计算热力学过程非常重要。
7. 理想气体理想气体是热力学中一种理想的气体模型。
在理想气体状态方程中，气体的压力、体积和温度之间满足理想气体方程。
理想气体模型对于理解和研究气体性质和行为非常有用。
8. 发动机热力学循环发动机热力学循环是指内燃机和外燃机中进行热能转换的一系列过程。
常见的发动机热力学循环有奥托循环、迪塞尔循环等。
通过研究发动机热力学循环，可以优化发动机的效率和性能。
9. 相变热力学相变热力学研究物质由一种相态转变为另一种相态的过程。
相变热力学包括液体-气体相变、固体-液体相变、固体-气体相变等。
了解相变热力学对于理解物质的性质和行为具有重要意义。
总结：工程热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，它关注系统的宏观性质和变化。
工程热力学固体火箭发动机工作原理及特点
工程热力学固体火箭发动机工作原理及特点工程热力学固体火箭发动机是一种重要的推进器，其工作原理和特点对于火箭技术的研究和应用有着重要的意义。
本文将深入探讨工程热力学固体火箭发动机的工作原理和特点。
一、工作原理工程热力学固体火箭发动机的工作原理是基于火箭发动机的基本原理。
当工程热力学固体火箭发动机启动时，首先点火引发固体燃料的燃烧反应。
在燃烧过程中，固体燃料迅速分解产生大量高温燃气，同时释放出大量热能。
这些燃气在燃烧室内高速喷射，产生巨大的反作用力，推动火箭发动机加速前进。
在燃烧室内，高温燃气与喷嘴壁面接触，使得燃气进行膨胀，同时通过喷嘴的收缩使得气流速度增大。
这种膨胀和加速的作用使得燃气排出喷嘴，推动火箭前进。
工程热力学固体火箭发动机的推力主要来自于离子推动力，即通过高温高速的排气流使得火箭产生反作用力。
二、特点1. 燃料高能量密度：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机的燃料具有更高的能量密度，能够提供更大的推力。
因此，固体火箭发动机常常被用于需要高推力的任务，如卫星发射和太空探索等。
2. 数量可控：固体火箭发动机的燃料形式是固态的，容易储存和运输。
同时，固体燃料的燃烧速度可以通过改变燃料的成分和结构来控制，从而实现对火箭推力和飞行参数的精确控制。
3. 启动简单可靠：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机启动简单可靠。
只需对固体燃料进行点火，无需燃料供应系统和点火系统，提高了火箭的可操作性和安全性。
4. 结构简单紧凑：固体火箭发动机的结构相对简单，由燃烧室、喷嘴和固体燃料组成。
相比之下，液体火箭发动机需要燃料供应系统和液体氧化剂系统等复杂设备。
因此，固体火箭发动机具有更小、更轻、更紧凑的特点。
5. 使用寿命长：由于固体火箭发动机没有液体燃料的流失和蒸发问题，因此具有更长的使用寿命。
这使得固体火箭发动机适用于一些需要长时间运行的任务，如卫星定点轨道和深空探测等。
总结：工程热力学固体火箭发动机是一种重要的火箭推进器，其工作原理和特点使其广泛应用于卫星发射、太空探索等领域。
《热工基础与发动机原理》考试大纲.doc
《热工基础与发动机原理》考试大纲课程编号：040350；课程性质：专业基础课；总学时数：64；学分：4；讲课：58实验：6上机：0；课外实践：0;适合层次：本科；适合专业：车辆工程、交通运输工程I课程考试目的本课程是为汽车工程专业设置的一门专业基础课。
通过本课程的学习，使学生系统的掌握汽车发动机工作原理，为后续专业课程奠定坚实的基础。
II课程内容与考核目标本门课程的考核应遵循《热工基础与发动机原理》教学大纲和考试大纲的要求，既考查学生理解和掌握课程与教学的基本理论、基础知识的情况，也考察学生综合运用课程与教学的基本理论知识分析、解决问题的能力。
课程的考试考核采用卷面考试和平时成绩相结合的形式。
卷面考试的考核形式为闭卷。
热工基础部分绪论（一般章节）1）了解工程热力学研究的基本内容与传热学的基木知识体系，了解学习该部分内容对研究内燃机工作过程的意义。
第一章：热力学第一定律（重点章节）2）理解工程热力学的基本概念;3）掌握热力学第一定律的两种表达式；4）理解理想气体的热力性质；5）掌握四种基本热力过程功、热量等基本的计算方法。
第二章：热力学第二定律（重点章节）6）理解热机循环热效率的计算方法;7）掌握对四冲程发动机的理论循环的建立方法、热效率分析方法和各循环的对比方法。
第三章：传热过程（次重点章节）8）理解热量传递过程及其三种基本方式；9）掌握导热现象的分析方法和一维稳态导热问题的计算；10）理解对流换热现象，熟悉牛顿冷却公式；11）会通过三种换热方式分析发动机的换热问题。
发动机原理部分第一章：发动机的性能指标（次重点章节）12）熟悉四冲程发动机的实际循环过程，掌握实际循环和理论循环的比较方法; 13）掌握发动机指示指标、有效指标的计算方法；14）掌握机械损失的测定方法和提高机械效率的措施；15）理解发动机热平衡的基本概念。
第二章：发动机的换气过程（次重点章节）16）熟悉四冲程发动机的换气过程；17）掌握四冲程发动机的充气效率的概念；18）了解影响充气效率的因素、掌握提高充气效率的方法；19）了解发动机增压的基本方法、掌握废气涡轮增压的基本原理。
热工基础与发动机原理第2章
• 5）发动机工作温度 • 发动机的工作温度直接影响润滑油的工作温度，而随润滑油温度的提
高，其黏度减小。发动机的工作温度过高或过低，就会使润滑油的黏 度过小或过大，均会导致机械损失增加，机械效率下降。同时，温度 过高有时使润滑油变质。因此，使用中应尽量保持发动机正常的工作 温度，一般为80℃~95℃。此外，发动机的工作温度也直接影响混合 气的形成及燃烧过程。发动机工作温度过低，燃料不易蒸发，混合气 形成不良，不完全燃烧损失增加，指示功率减小，使机械效率下降。 而温度过高，则会导致燃烧过程不正常，汽油机易发生爆燃，也会使 指示功率减少，机械效率下降。
，每小时耗油量为 GT （kg/h），则指示燃油消耗率为
Pi （kW）
gi
GT Pi
10 3
指示燃油消耗率是评定发动机实际循环经济 性的重要指标之一
9
• 4．指示热效率
• 指示热效率是指发动机实际循环指示功与所消耗热量之比，即
i
Wi Q1
• Q1 为做 Wi 指示功所消耗的热量，按所消耗的燃料量与燃料的热值 来计算，燃料的热值是指单位质量的燃料燃烧后放出的热量，其数值 取决于燃料本身的性质。
19
• 3．影响机械效率的因素
• （1）点火提前角或供油提前角 • 汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角直接影响实际循环指示功
和缸内最高压力。汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角不易过 大或过小，必须根据发动机的转速和负荷等合理选择。 • （2）发动机转速 • 随发动机转速提高，各摩擦表面间的相对运动速度加大，摩擦损失增 加；同时由于转速上升而引起运动件的惯性力加大，致使活塞侧压力 和轴承负荷增加，也会使汽缸和活塞的摩擦损失增加。此外，转速提 高，还会使泵气损失及驱动附件的机械损失增加。所以，随发动机转 速提高，机械损失功率增加，机械效率下降。根据试验统计，机械损 失功率与转速平方近似成正比，所以转速越高，机械效率下降越快， 如图2-3所示。这也成为通过提高转速来强化发动机动力性的一大障 碍。
热力学循环与功率热机的工作原理与效率计算
热力学循环与功率热机的工作原理与效率计算热力学循环是工程热力学中的重要概念，它描述了物质在不同状态之间进行循环过程中的能量转化。
功率热机是利用热力学循环原理工作的一种机械装置，通过能量转化产生功率。
本文将介绍常见的几种热力学循环，包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环，并阐述它们的工作原理和效率的计算方法。
一、卡诺循环卡诺循环是理想的可逆循环，它由两个等温过程和两个绝热过程构成。
在卡诺循环中，工质从高温热源吸收热量，在等温过程中对外做功，然后将余下的热量排放到低温热源上。
卡诺循环的工作原理如下：1. 等温膨胀过程（1-2）：工质与高温热源接触，吸收热量Q1。
在此过程中，工质从低压状态膨胀到高压状态，对外做功W12。
2. 绝热膨胀过程（2-3）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。
在此过程中，工质膨胀，降低温度，对外做功W23。
3. 等温压缩过程（3-4）：工质与低温热源接触，放出热量Q2。
在此过程中，工质压缩为低压状态，对外做功W34。
4. 绝热压缩过程（4-1）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。
在此过程中，工质压缩，升高温度，对外做功W41。
卡诺循环的效率可由以下公式计算：η = 1 - Q2/Q1其中，Q1为高温热源吸收的热量，Q2为低温热源放出的热量。
卡诺循环的效率是所有热力学循环中能达到的最高效率。
二、斯特林循环斯特林循环是一种理想的可逆循环，它由两个等温过程和两个等容过程构成。
它与卡诺循环相比，对应的是工作物质由气体向气体转化的循环，适用于外燃循环式发动机。
斯特林循环的工作原理如下：1. 等温膨胀过程（1-2）：工质与高温热源接触，在等温状态下吸收热量Q1。
在此过程中，工质从低压状态膨胀到高压状态，对外做功W12。
2. 等容膨胀过程（2-3）：工质与绝热面接触，不与外界交换热量。
在此过程中，工质膨胀，降低温度，对外做功W23。
3. 等温压缩过程（3-4）：工质与低温热源接触，在等温状态下放出热量Q2。
热工基础与发动机原理第1章 1.3
• 例1-4 某气体在压气机中被压缩，压缩前气体的 参数是 p1 100 kPa,v1 0.845 m3 / kg ，压缩后的参数 是 p2 800 kPa,v2 0.175 m3 / kg，设在压缩过程中每 公斤气体的内能增加150kJ,同时向外界放出热量 50kJ，压气机每分钟生产压缩气体10kg。求：
• 例1-3：闭口系从状态1沿l－2－3途径到状 态3，传递给外界的热量为47.5kJ，而系统 对外作功为30kJ，如图1-9所示。
图1-9 例1-3
1.3.4 稳定流动能量方程及其应用
• 稳定流动是指热力系统在流动空间任意一 点上工质的状态都不随时间而变化的流动 过程。
1.3.4 稳定流动能量方程及其应用
与外界换热也没有功量的传递，可理想化 称为绝热节流。 h1 h2
图1-18 绝热节流过程
谢谢大家!
• （1）压缩过程中对每公斤气体所作的压缩功；
• （2）每生产1kg压缩气体所需的轴功；
• （3）带动此压气机要用多大功率的电动机；
• （4）压缩前后气体焓的变化。
• 五 稳定流动能量方程的应用 • 1．热交换器
q
h
1 2
c 2
gz
ws
q h2 h1
图1-13 锅炉
• 2．热力发动机
• 表述1：热可以转变为功，功也可以转变为 热；一定量的热消失时，必然伴随产生相 应量的功；消耗一定的功时，必然出现与 之对应量的热。
• 表述2：“第一类永动机是不可能造成的” 。
1.3.2热力学能
U f (T,V )
• 单位质量工质的热力学能称为比热力学能 u
工程热力学与发动机原理提纲(带答案)
《工程热力学与发动机原理》复习提纲工程热力学基础部分一、基本概念：工质、压力、温度、比容、内能、焓、熵、功、热量、热力循环等概念。
工质：用以实现热工转换的工作物质。
压力：p流体在单位面积容器壁上的垂直作用力。
是描述流体物质组成的热力系统内部力学状况的参数。
绝对压力p（流体真实压力）大气压力p b温度T：表示气体的冷热程度，是描述系统热状况的参数。
热力学温标的基本温度是热力学温度T单位是K。
摄氏温度t=T-273.15K比容：比热容：1kg物质温度升高1K（或1度）所需的热量。
内能（热力学能）：U是系统内部各种形式能量的总和。
包括内动能（是温度的函数）和内位能（是压力或比体积的函数）。
焓：焓的物理意义是：焓是随工质流动跨越边界而转移的能量。
熵：熵的增量等于系统在可逆过程中交换的热量除以传热时的绝对温度所得的商。
功：是物体间通过规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量。
容积变化功的定义：直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功称为容积变化功（膨胀功或压缩功）。
热量：热力学系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。
热力循环：使工质经过一系列的状态重新回到原来状态的全部过程，称为热力循环。
二、热力学第一定律、热力学第二定律的内容。
热力学第一定律：热能可以转换为机械能，机械能也可以转换为热能，转换中能量的总量守恒。
热力学第二定律：说明了热能向机械能转换时过程的方向性、条件以及限度问题。
三、评定理想循环的两个指标：定义式、各参数含义。
1、循环热效率ηt：工质所作循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比。
式中：W—m kg工质的循环净功[J]ηt=W-Q1=（Q1-Q2）/Q1Q1、Q2—m kg工质在循环中吸收、放出的热量[J]ηt用来评定循环中的经济性。
2、循环平均压力p t：单位气缸工作容积所做的循环功。
p t=W/V s式中：W—循环所做的功（J）V s—气缸工作容积[L]p t用来评定循环的动力性（做功能力）四、内燃机理想循环的简化条件。
【课件】发动机原理第三次课 §1-2热力学第一定律
热力学第一定律
• 定义：能量转换和守恒定律指出：“各种能量可以相互转换，但它们 的总和保持不变”。其热力学上的应用——热力学第一定律。 • 在工程热力学中：主要是说明机械能和热能在转换中的守恒。它们可 以表达为： • “热能可以转换为机械功，机械功也可以转换为热能，一定量的热能 可以转化为数量相当的机械功，一定量的机械功也可以转化为数量相 当的热。” • 国际单位制统一规定：功、热的单位都使用焦耳。这时： Q=W [J] • If 功——kgm；热——kcal；则 Q=AW or W=JQ • 式中：A——功的热当量； • J——热的功当量；J=1/A=427kgm/kcal=4.1868kJ/kcal。 • 热力学第一定律应用到不同的热力学系统的能量转换过程中去，可以 得到不同的能量平衡方程。任何热力系的能量转换过程都必须遵循：
• 作业2： • 从p-v、T-s角度说明w与q具有同一性。
• 对1kg工质的微元过程：dq=dh+d w技
• 以上三个方程都是开口系统稳定流动能量 平衡方程，它既适用于理想气体，也适用 于实际气体，既适用于可逆过程，也适用 于实际过程。 • 开口系统输出的w技与工质的膨胀功 w也是 不同的。 w=q-∆u； w技=(q-∆u)- (p2v2-p1v1) =(q-∆u)-∆(pv) • ㈡开口系统能量平衡方程的应用（略） 开口系统能量平衡方程的应用（
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• 熵是一个导出的状态参数，熵有如下性质： • 1.熵是一个状态参数，如已知系统两个独立的状态参数， 即可求出熵的值； • 2. 只有在平衡状态下，熵才有确定值； • 3. 与内能和焓一样，通常只需求出熵的变化量∆s，而不 必求熵的绝对值。熵的零点也可以任意选择，例如取0℃ 的熵为零点； • 4. 熵是可加量，mkg 工质的熵是1kg工质熵的m倍， S=ms； • 5. 在可逆过程中，熵的变化可以判断热量的传递方向： ds>0系统吸热，ds=0系统绝热，ds<0系统放热
《工程热力学及内燃机原理》教学大纲
《工程热力学及内燃机原理》教学大纲开课单位：汽车工程系课程代号：学分：4 总学时：64 H课程类别：限选考核方式：考试基本面向：车辆工程专业一、本课程的目的、性质及任务本课程为车辆工程专业的一门专业课。
通过本课程的学习，学生掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，能对内燃机的性能进行全面的、系统的分析，具备一定的热力学过程和内燃机主要参数的计算能力，并为以后学习机械方面的专业课程打好基础。
二、本课程的基本要求掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，掌握热力学第一定律和热力学第二定律；了解各种常用工质的热力性质；能根据热力学基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环；了解提高热效率的正确途径和措施。
了解内燃机排污、噪声、振动的知识，掌握内燃机台架试验的基本知识和基本技能。
三、本课程与其他课程的关系学习本课程前，应先修“高等数学”、“大学物理学”、“机械原理”、“汽车构造”等课程。
只有在学好上述课程的基础上才能更好的学习本课程。
四、本课程的教学内容第一部分工程热力学部分绪论（一）热能及其利用（二）热力学发展简史（三）工程热力学的主要内容及研究方法第一章基本概念（一）热能在热机中转变成机械能的过程（二）热力系统（三）工质的热力学状态及其基本状态参数（四）平衡状态，状态方程式，坐标图（五）工质的状态变化过程（六）过程功和热量（七）热力循环第二章热力学第一定律（一）热力学第一定律的实质（二）热力学能和总能（三）能量的传递和转化（四）焓（五）热力学第一定律的基本能量方程式（六）开口系统能量方程式（七）能量方程式的应用第三章理想气体的性质（一）理想气体的概念（二）理想气体状态方程式（三）理想气体比热容（四）理想气体的热力学能、焓和熵（五）理想气体混合物第四章理想气体的热力过程（一）研究热力过程的目的及一般方法（二）定容过程（三）定压过程（四）定温过程（五）绝热过程（六）多变过程第五章热力学第二定律（一）热力学第二定律（二）可逆循环分析及其热效率（三）卡诺定理（四）熵参数、热过程方向的判据（五）熵增原理（六）熵方程第六章气体的流动（一）稳定流动基本方程（二）促进速度变化的条件（三）喷管的计算（四）定熵滞止参数第七章压气机的热力过程（一）单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量（二）余隙容积的影响（三）多级压缩和级间冷却（四）叶轮式压气机的工作原理第八章气体动力循环（一）活塞式内燃机动力循环（二）活塞式内燃机各种理想循环的比较（三）斯特林循环（四）燃气轮机装置循环（五）燃气轮机装置的定压加热实际循环（六）提高燃气轮机装置循环热效率的措施第二部分内燃机原理部分第一章绪论（一）20世纪的内燃机（二）内燃机面临能源与环境的严峻挑战（三）内燃机当前的发展水平（四）面向21世纪的内燃机第二章内燃机的工作循环（一）内燃机理想循环（二）涡轮增压内燃机理想循环（三）内燃机理想循环热效率（四）内燃机实际循环（五）内燃机工作循环举例第三章内燃机的工作指标与性能分析（一）内燃机的工作指标（二）内燃机的指示参数（三）内燃机的机械损失及机械效率（四）内燃机的有效参数（五）内燃机的强化指标与强化分析（六）内燃机的热平衡（七）内燃机的热计算第四章内燃机的燃烧（一）内燃机燃烧热化学（二）内燃机缸内的空气运动（三）点燃式内燃机的燃烧（四）点燃式内燃机的燃烧室（五）压燃式内燃机的燃烧（六）压燃式内燃机的燃烧室第五章内燃机的燃料与燃料供给（一）内燃机燃料（二）柴油机的燃油喷射系统（三）柴油机电控喷油系统（四）汽油机的燃油供给系统（五）电控汽油喷射系统（六）气体燃料内燃机的燃料供给第六章内燃机的换气过程（一）四冲程内燃机的换气过程（二）提高充气系数的措施（三）二冲程内燃机的换气过程及其品质评定（四）内燃机的换气可用能与缸盖气道稳流试验第七章内燃机增压（一）增压技术和增压方式（二）涡轮增压系统（三）高压比、超高压比涡轮增压系统（四）涡轮增压器与内燃机的配合（五）车用发动机增压（六）特殊工况下发动机的涡轮增压第八章内燃机的排放与控制（一）内燃机排放与环境污染（二）内燃机中的有害气相排放物（三）内燃机的颗粒物排放（四）光化学反应（五）内燃机的排气净化第九章内燃机工作过程数值计算（一）内燃机的工质及热力系统的划分（二）内燃机气缸内的热力过程（三）内燃机进排气系统内的热力过程（四）内燃机缸内过程计算的边界条件（五）内燃机与涡轮增压器的匹配计算第十章内燃机的运行特性（一）内燃机的运行工况和调节（二）内燃机的基本运行特性（三）内燃机的实用运行特性（四）内燃机功率及燃油消耗率的修正五、本课程重点、难点1、工程热力学部分：重点：热力学第一定律、理想气体的性质、热力学第二定律、理想气体的热力过程、气体动力循环、气体的流动难点：热力学第二定律、气体的流动。
斯特林发动机循环分析 工程热力学..
斯特林发动机循环分析(北京交通大学机电）摘要：斯特林发动机不仅理论热效率高，等于卡诺循环效率，而且作为外燃机其排放特性非常好，所以近三十年来一直是研究的热点。
本文介绍了斯特林发动机的装置特点、动力性能等，并对理论循环进行了分析，提出了提高循环热效率的方法及措施。
关键词：斯特林发动机，斯特林循环，热效率1.斯特林发动机介绍1.1斯特林发动机的装置特点热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
1.2斯特林发动机的应用现状1.2.1 国内发展状况我国从七十年代末即开始斯特林发动机的研究开发工作，已设计出功率150W-IOkW发动机11种，多数已在实验室正常运转。
现从事此项工作的约300人，并正筹建中国热气机研究会。
北京农业工程大学凌泽芝同志在能源政策研究通讯1991年第一期“发展热气机、促进农村电气化”一文中介绍国内外斯特林发动机的发展概况及其特点后建议：“充分利用我国农村丰富的生物质能源和部分地区丰富的太阳能资源以解决农业用电问题”。
并希望纳入国家“八五”科技规划和组织有关单位联合攻关。
上海711研究所研制出热气机，是一种具有国际水准的科研成果，而排放的污染气体比目前市面上的其它发动机都要小，达到欧洲排放标准。
工程热力学在车辆动力学中的应用
工程热力学在车辆动力学中的应用工程热力学是一门应用学科，它的研究对象是热能转化的机理和规律。
在工程应用中，热力学常常被用于分析和优化能量系统，对于车辆动力学而言，热力学的应用更是必不可少。
一、引言随着全球汽车工业的快速发展和人们对环境保护意识的不断加强，汽车动力系统的能效和环保性能已成为汽车工业的一个焦点。
在这种背景下，热力学应用在车辆动力学中具有非常重要的意义。
二、汽车动力系统中传热分析汽车发动机是实现汽车动力的核心部件，它的热效率直接决定了汽车的能效和环保性能。
传热分析是研究发动机燃烧过程中热能输送和转化的重要手段。
在传热分析中，热力学的基本原理和方程常常被用于计算和优化发动机的散热系统和进气系统。
例如，热力学分析可以帮助工程师预测出发动机温度的分布和变化规律，从而指导散热系统的设计和优化。
此外，在发动机进气系统中，空气流动的状态对发动机的性能也有着重要的影响。
通过热力学分析，工程师可以计算出进气系统中的热负荷和流动状态，从而选择合适的进气管形状和进气量，以提高发动机的动力性能和燃油经济性。
三、汽车排放系统中热力学应用随着全球气候变暖和空气污染情况的恶化，各国政府对汽车尾气排放的规定和要求越来越严格。
为了满足这些要求，汽车排放系统的设计和优化也愈加重要。
在汽车排放系统中，热力学常常被用于计算和优化废气处理设备的性能。
例如，热力学分析可以帮助工程师选择合适的催化剂材料和包覆方式，以提高催化转化效率和耐久性。
此外，在柴油发动机尾气处理系统中，热力学分析也是必不可少的。
通过计算柴油颗粒过滤器的温度分布和热力状态，工程师可以优化柴油颗粒过滤器的结构和材料，从而提高颗粒过滤器的捕捉效率和寿命。
四、汽车空调系统中热力学应用汽车空调系统是常用的车内环境控制手段，它对乘客的舒适性和健康性有着很大的影响。
热力学在汽车空调系统中也有着广泛的应用。
在汽车空调系统中，热力学研究主要集中在冷凝器和蒸发器的设计和优化方面。
汽车发动机原理热力学
n=0,P=常数 等压过程； n=1,Pv=常数 等温过程；
n=k,Pvk=常数 绝热过程； n=∞,v=常数 等容过程。
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
n
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
W<0
循环净功 W=Q1-Q2 Q1为1-2-3，工质从高温热源吸热 Q2为3-4-1，工质从向低温热源放热
w
三、热机循环的热效率
定义：循环净功与从高温热源吸收 热量的比值
ηT=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1 W: 对外作出的循环净功； Q1: 循环中吸收的总热量; Q2: 循环中放出的总热量。 作用： 评价循环的经济性。
2、不可能制成一种循环工作的热机，仅从单一的高温 热源取热，使之完全转变为有用功，而不向低温热源 （冷源）放热。—单热源热机是不存在的。
] 能量传递（热功转换）过程的方向、条件和限度问题，要由热 力学第二定律来回答。
]
热力学第二定律的实质是一切自发的过程都是不可逆的。
二、热力循环
系统从某一状态（初始状态）出发，经历一系列的中间状态，又回到初始状态，这样一个 封闭的热力过程称为一个热力循环。（在P-V图上，热力循环是一封闭的曲线。）
W＞0 n=k
n=
n从到0，放热→0 →吸热；等温线右内能增加，左内能减少。 例如压缩机压缩过程：K＞n＞１
第五节 热力学第二定律
重点掌握：
1、热力学第二定律的表述； 2、热力循环的热效率； 3、卡诺循环的热效率。
一、热力学第二定律的表述
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一．习题部分1.试由⎰⎰-==2121,vdp w pdv w t .导出理想气体进行可逆绝热过程时过程功和技术功的计算式。
解：可逆过程的过程功⎰=21pdv w ，由绝热过程方式k k pv v p =11，得k k vv p p 11=。
所以)(11)(112122111121T T k R v p v p k v dv v p w v v g k k --=--==⎰ 考虑k k k k v v T T p p T T 1211211212)(,--==）（ ])(1[1])1(1[11121121----=--=k g k k g v v k T R p p k T R w 可逆过程的技术功⎰⎰-+=-=2121)(2211v v p p t v p v p pdv vdp w ，将⎰21v v pdv 关系式带人，整理得kw p p T R k k T T R k k v p v p k k w k k g g t =--=--=--=-])(1[1)(1)(11121212211 2.某气缸中空气初始参数,1300,811C t MPa p ︒==进行了一个可逆多变过程后，终态,400,4.022C t MPa p ︒==空气的气体常数),/(287.0K kg kJ R g ⋅=试按下列两种方法计算空气该过程是放热还是吸热？（1）按定值热容，);/(718.0K kg kJ c v ⋅=（2）比热容是温度的线性函数c t ︒+=⋅}{000186.0708.0}{c K)kJ/(kg v解：由2211,;,T p T p 确定多变指数 3955.1,283401.084.0ln 1573673ln ln ln11212====-n MPa MPa K K p p T T n n （1）所以是吸热过程,0/1.653/2.646/1.653)4001300(*)/(287.0*13955.11)(11/2.646)1300400(*)/(718.0)(2112>+-=+∆==-⋅-=--=-=-⋅=-=∆q kg kJ kg kJ w u q kg kJ K K kg kJ T T R n w kgkJ K K kg kJ T T c u g v （2）比热容计算误差太大变化范围很大时按定值是放热过程。
可见温度,0/1.127/1.653/21.780/1.653)4001300(*)/(287.0*13955.11)(112.780)1300400(*2000186.0)1300400(*7088.0)000186.07088.0(2140013002221<-=+-=+∆==︒-⋅-=--=-=-+-=+==∆⎰⎰︒︒q kg kJ kg kJ kg kJ w u q kg kJ C K kg kJ T T R n w kJ dt t dt c u g c c v 3.试证明理想气体在T-s 图（图 4-5）上的任意两条定压线（或定容线）之间的水平距离相等，即求证：2314=解，证毕所以而，，同理所以，因2314,,ln 230ln ,ln 14,0ln ln ln23ln ln144321322323411414232323121414=========-=-=-=-=p p p p p p R T T c T T p p R T T c T T p p R T T c s s p p R T T c s s g p g p g p g p4.mol 理想气体，从状态1经定压过程状态2，再经定容过程达状态3，；另一途径为1-3直接到达3。
已知MPa p 1.01=，K T 3001=，v v 132=，p p 223=，试证明：(1)313221---≠+Q Q Q ;(2)S S S 313221-∆=-∆+-∆证明：（1）由热力学第一定律 W U U Q 211221-+-=-....(a) ;W U U Q 322332-+-=- ....(b)2-3为定容过程，032=-W 。
试（a ）+（b ）得W U U Q Q 21133221-+-=-+-.....（c ）而W U U Q 311331-+-=-.....(d)在v p -图上，过程线下面积代表过程功，显见W W 2131->-或v p v v p p v v p p W 131)131(2211)13)(31(2131=-+=-+=-v p v v p v v p W 121)131(1)12(121=-=-=-所以W W 2131--> Q Q Q 313221-≠-+- 证毕。
（2）1-2为定压过程，T T C m p S 12ln ,21=-∆而31212==v v T T ，即).(3ln ,21K mol J C m p S =-∆2-3为定容过程T T C m v S 23ln .21=-∆，而22323==p p T T ，即 ).(2ln ,32K mol J C m v S =-∆).(2ln ,).(3ln ,3221K mol J C m v K mol J C m p S S +=-∆+-∆过程1-3熵变，v v C m p p p C m v S 23ln ,13ln ,31+=-∆，而313,213==v v p p 故 ).()3ln ,2ln ,(31K mol J C m p C m v S +=-∆ 所以S S S 313221-∆=-∆+-∆证毕。
5.利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为C 5-,室内温度为C20。
要求每小时向室内供热kJ 1045.2⨯，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？（2)此循环的供暖系数多大？(3)热泵由电动机驱动，设电机效率为95%，求电机的功率为多大？（4）如果直接用电炉取暖，问每小时耗电几度（KW.h ）？ 解：h kJ q Q K K T K K T 1045.21;268)2735(2;293)27320(1⨯==+-==+=（1）逆向卡诺循环 T q Q T q Q 2211= h kJ h kJ K K q Q T T q Q /104287.2/1045.22932681122⨯=⨯⨯== （2）循环的供暖系数72.11268293293211/=-=-=KK K T T T ε (3)每小时耗电量h kJ h kJ q Q q Q q w /104213,0/104)287.25.2(21⨯=⨯-=-=电机效率为95%，因而电机功率为KW h s h kJ p 623.095.0/3600/104213.0=⨯⨯= (4)若直接用电炉取暖，则h kJ /1045.2⨯的热能全部由电能供给 KW s kJ h kJ p 94.6/36005.2/5.2101044=⨯=⨯=即每小时耗电6.94度。
6.试证明：同一种工质在参数坐标图上的两条绝热线不可能相交（若相交的话将违反热力学第二定律）。
证假设AB 和CD 两条可逆绝热线可能相交，其交点为1，设另一条等温分别与第二条绝热线交于2和3，如图5-2。
；令工质1-2-3-1进行热力循环，此循环由1-2,1-3,和3-1三个过程组成，除2-3过程中工质自单一热源吸热外，其余二过程均绝热，这样就可使循环发动机有从单一的热源吸热，全部转化为机械能而不引起任何其他变化，显然是与热力学第二定律相矛盾的，从而证明两条可逆绝热线不可相交。
二．发动机原理第一章 发动机性能1.发动机的性能指标：动力性能指标（以平均压力为代表），经济性能指标（理论循环热效率为代表），运转性能指标2.三种循环热效率t η影响因素：（1）混合加热：c ε增加t η增加，0ρ增加t η减小，p λ增加，t η减少（2）等容加热循环：c ε增加t η增加（3）等压加热循环：c ε增加t η增加，0ρ增加t η减小。
（4）所有循环中k 增加t η增加。
3.t p 是随着进气终点压力de p ，压缩比c ε，初始膨胀比0ρ，等熵指数k 和循环热效率t η的增加而增加。
4.三种基本循环的比较：（1）同一机型不同加热模式。
1,Q c ε不变，tp tm tV ηηη>>,p m m m p m T T T 111>>（2）三种循环具有相同1Q .max p 不变，tV tm tp ηηη>>（3）汽，柴1Q 不同。
柴油机负荷下降时，提高减小，t ηρ0，汽油机相反。
5.发动机实际循环过程：进气，压缩，燃烧，膨胀，排气6.凡满足常数=npv 的过程，统称多变过程。
7.因柴油机的过量空气系统a φ相对于汽油机大，所以柴油机的最高燃烧温度值比汽油机低,柴油机1>a φ，汽油机1<a φ8.膨胀过程中有热交换损失，漏气损失和补燃现象。
9.排气终了的压力a r p p 大于环境压力，排气系统阻力越大，排气终了的压力r p 越大。
10.平均指示压力是指单位气缸容积一个循环所作的指示功。
11.平均指示压力mi p 越大。
同样大小的气缸容积可以发出更大的指示功。
12.将实际循环和理论循环进行比较，所用理论循环为空气标准循环。
13.以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
14.指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功。
15.以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。
16.转速n,越大，活塞平均速度m C 越大。
17.升功率L P 越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。
18.机械损失的测定：示功图法，倒拖法，灭缸法，油耗线法。
倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，不适用于大功率发动机，较适用于测定压缩比不高的汽油机机械损失。
排气涡轮增压柴油机，由于倒拖法和灭缸法破坏增压系统，只能用示功图法，油耗线法来测定。
对于排气涡轮中增压，高增压的柴油机，只能用示功图。
灭缸法仅适用于多缸发动机。
第二章1.换气过程：自由排气，强制排气，进气和燃烧室扫气2.气门重叠选择原则：气门重叠的角度选择以新鲜充量不流入排气管为原则。
3.排气损失：自由排气损失，强制排气损失。
4.换气损失：排气损失与进气损5.影响充量系数c φ为每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论充满气缸工作容积的空气质量之比。
6.影响充量系数c φ的因素：1.进气门关闭时缸内压力'a p ：'a p 对充量系数c φ影响较大，'a p 值越高，c φ值越大。
2.进气门关闭时缸内气体温度'a T ：'a T 值越高，充入气缸工质密度越小，充量系数c φ降低。