热力学

热力学：是一门研究物质的能量、能量传递和转换以及能量与物质性质之间普遍关系的科

学。

工质：工程热力学中把实现热能与机械能相互转换的工作物质称为工质。

温度是表示物体的冷热程度。摄氏温度t 与热力学温度的关系：K=t+273.15

比体积是表示单位质量物质所占的体积v

熵是表示单位质量物质，在某一温度下，发生单位热量传递时，转化为工质内部低级能量

的数量

焓是流动工质所具有的能量

热量的传递是由于分子热运动导致的，它包括热传导、热辐射以及电磁辐射

能量转换与守恒定律：

1: 自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造和消灭，但可以转换和转移。

2:当能量发生形式转换和在物体间转移时，能量的总和保持不变

热力学第一定律： 在热能与其他形式的能的互相转换过程中能量的总和保持不变。

系统与外界之间仅有热量和功量的交换，没有物质交换的系统称之为闭口系统

系统与外界之间不仅有热量和功量的交换，而且还有物质交换的系统称之为开口系统

pv=RT R=Rm/µ Rm=8.31kJ/(kmol.K)

cp/ cv=K cp-cv=R 单元子气体k=1.66；双原子气体k=1.4；多原子气体k=1.29

比热容是单位量的物质发生单位温度变化时所吸收或放出的热量。

实际热力过程可用pvn=常数来表达=cons

闭口系统的膨胀功 w )(1

21T T n R --= P-v 图由体积功的表达式可以看出:任意热力过程体积对压力的积分就是热力过程所完成的

体积功

最理想的热机是由2个定温过程和2个等熵过程组成的循环，即卡诺循环

能量守恒定律（热力学第一定律）： dq=du+dw=du+pdv=dh-vdp

内燃机性能指标很多,主要有：1： 动力性指标—功率/Pe 、扭矩/Ttq 、转速/n ；2： 经济性

指标—热效率η、燃油消耗率be ；3： 运转性能指标—冷启动性、噪声和排气品质

内燃机的实际热力循环: 是燃料的热能转变为机械能的过程，由进气、压缩、燃烧、膨胀

和排气等5个过程所组成。在这些过程中，伴随着各种复杂的物理、化学过程，同时，机

械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列不可逆损失也大量存在

评定循环经济性

在混合加热循环中，当 Q1和ε不变时，压力升高比λ增加循环热效率如何变化，用T--S

图说明

定容加热循环热效率最高，而定压加热循环的均最低。欲提高混合加热循环的热效率，应增加混合加热循环的定容部分。

对于高增压柴油机，为了得到较高的热效率，宜按定压加热循环工作。

汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比：

•柴油机：由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降时，喷油时间缩短，但初期相当于等容燃烧的部分变化不大。这相当于λ基本不变而ρ0 减小，则ηt提高。

•汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧时间加长。这相当于λ下降而ρ0上升，则ηt降低。

压缩过程作用：增大工作过程的温差；增大膨胀比，提高热功转换效率；为燃烧过程创造有利的条件；柴油机，压缩高温是保证燃料着火的必要条件。

何谓发动机的压缩比？简要说明汽油和柴油机如何选择压缩机?

•发动机的压缩比是气缸的总容积与气缸压缩容积之比

•在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但受到爆震燃烧的限制，一般为7～10。

•在柴油机中，为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷起动时可靠着火，必须使压缩终了有足够的温度，需要较高的压缩比，一般为14～22。

汽油机的最高燃烧温度大于柴油机，这是为什么呢？压力呢？

可见，由于柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高．所以膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。

平均指示压力Pmi（MPa）：发动机单位气缸工作容积一个循环所做的指示功

平均指示压力是衡量发动机实际循环动力性能的一个很重要的指标。

P i=

柴油的低热值hu＝41868 kJ／kg

[N·m]

平均有效压力Pme(MPa）：单位气缸工作容积输出的有效功,

①升功率PL （kW／L）是发动机每升工作容积所发出的有效功率。

②比质量me（kg／kw）是发动机的干质量m与所给出的标定功率之比。

机械效率ηm：有效功率Pe和指示功率Pi的比。

•机械效率ηm的大致范围是：

汽油机0.7～0.9

柴油机0.7～0.85

8．简述用灭缸法测量发动机机械损失的方法和原理。

灭缸法

此法仅适用于多缸发动机。首先将发动机调整到给定工

况稳定工作，测定其有效功率Pe；然后停止向一个气缸（例

如第一缸）供油，并调整测功器，使内燃机恢复到原来的转

速，再测定发动机的有效功率Pe(1) 。两者之差即为停油气

缸的指示功率。同法，依次使各缸熄火，即可测得对应的有

效功率Pe(2) 、Pe(3) ……。于是可得各缸的指示功率为：

简述换气过程

一．换气过程

换气过程分作自由排气、强制排气、进气、气门叠开四个阶段。

1.自由排气阶段

从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期，称为自由排气阶段。

从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提前角，一般为30°~80°的曲轴转角。

2.强制排气阶段

此阶段废气是由上行活塞强制推出，由于要克服排气门、排气道处的阻力，缸内平均压力比

排气管平均压力略高一些，一般高出10kPa 左右。

从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角，称为排气迟闭角，一般为10°~35°曲轴转角。

3.进气过程

进气门是在上止点前开始打开，以保证活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利

流入气缸，一般进气门提前开启角为上止点前0°~40°曲轴转角。

进气门也必须在下止点后才关闭，因为需要利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以

增加进气量，一般进气门迟闭角为下止点后40°~70°曲轴转角。

4.气门叠开

由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进排气门同时开着的现象，称为气门叠开。

充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质的

质量的比值.

残余废气系数 ：进气过程结束时气缸内残

余废气量与气缸中新鲜充量的比值。

过量空气系数α：提供的空气量L 与理论上所需

空气量L 。之比，称为过量空气系数

影响τi 长短的因素：

①燃料，辛烷值↑→ τi ↑ ；

②缸内(p+T)↑→ τi ↓；

③混合气浓度（α=0.8~0.9 时，τi 最短）；

④残余废气系数γ↑→ τi ↑

⑤点火能量↑→τi ↓。

希望：尽量缩短 并保持稳定。γ↑→ τi ↑

※正常燃烧与爆燃的不同

● 正常燃烧的UT 为50～80m/s ，无压力波，

在0.2～0.4Mpa /ºCA 的范围内。

● 爆燃的火焰传播速度：轻微爆燃时，火焰传播速度约为100m/s ～300m/s ，强烈爆燃

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+P +P -P =+P +P =P ∴2121e e e i i i i ()11e e i P -P =P ()

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