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。

（5个）1、工质为理想气体，定值比热容；2、闭口系统；3、压缩以及膨胀均为绝热过程；4、定容、定压向工质加热，工质放热为定容放热；5、所有过程为可逆过程。

五、内燃机三种理想循环：ｐ-v图及T—s图；各循环特点。

P1 图1-1六、理想循环热效率的比较1）在初态、循环吸热量Q1、压缩比ε相等时比较；2）在初态、循环吸热量Q1、最高压力相等时比较。

P4 图1-61、Q1、ε相同时，三种循环中Q2p>Q2m>Q2V，则ηtV>ηtm>ηtp，所以提高混合加热循环的热效率，应增加定容部分的加热量（即增大γ）2、Q1、p3相同时，三种循环中Q2V>Q2m>Q2p，则ηtp>ηtm>ηtV，所以对高增压这类受机件强度限制，其循环最高压力不得过大的情况。

提高ε，同时增大定压加热部分的热量有利。

七、压缩比ε、压力升高比λ、预胀比ρ及绝热指数k对发动机三种理想循环的影响。

1、压缩比ε ε↑——ηt↑1、压力升高比λ只影响定容加热循环和混合加热循环。

对定容加热循环，在ε不变时，λ ↑——ηt不变，p t↑;对混合加热循环，在ε、Q1不变时，λ ↑——ηt ↑，p t ↑。

3、绝热指数K K↑——ηt↑4、预胀比ρ只影响定压加热循环和混合加热循环。

对定压加热循环，在ε、K不变时，ρ ↑——ηt↓，pt ↑;对混合加热循环，在ε、Q1、K不变时，ρ ↑——ηt ↓，p t ↓。

第一章发动机的性能一、发动机实际循环与热损失1、四行程发动机的实际循环行程与过程；两种示功图；排气温度Tr；压缩过程多变指数的变化；膨胀过程多变指数的变化。

四行程发动机的实际循环：是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成的。

行程：指活塞由上止点到下止点的运动过程。

四冲程发动机包括进行、压缩、作功，排气四个行程。

过程：指发动机实际工作的不断重复的过程。

两种示功图（P5）p-v图上曲线所包围的面积表示工质完成一个实际循环所做的有用功，该图称为示功图；p-φ图称为展开示功图。

排气温度Tr：是作为检验发动机工作状况的一个参数，因为排气温度低，说明燃料燃烧后，转变为有用功的热量多，工作过程进行的好。

压缩过程多变指数的变化：压缩开始，新鲜工质的温度较低，受壁缸加热，多变指数大于K，随着工质温度上升，某一瞬间与缸壁温度相等，此后，由于工质温度高于缸壁，向缸壁传热。

主要受工质与缸壁间的热交换以及工质泄漏情况的影响。

膨胀过程多变指数的变化：膨胀过程初期，由于补燃，工质被加热，多变指数小于K，到某一瞬时，对工质的加热量与工质向缸壁等的散热量相等，多变指数等于K，此后，工质向缸壁散热，多变指数大于K。

主要取决于补燃的多少、工质与缸壁间的热交换以及漏气情况。

2、实际循环的热损失。

实际工质影响（引起的损失）；换气损失；燃烧损失；传热损失。

3、非增压柴油机理论循环和实际循环p-V图的比较。

P20 图1-19二、发动机性能指标1、两类指标的作用。

2、各性能指标的定义、关系式、单位、符号。

（1）、指示指标用来评定实际循环质量的好坏，以工质在气缸内对活塞做功为基础。

用平均指示压力及指示功率评定循环的动力性——即做功能力。

用循环热效率及燃料消耗率评定循环的经济性。

平均指示压力p mi（MPa）是发动机单位气缸工作容积的指示功p mi=W i/V s公式中W i-指示功（kJ）V s-气缸工作容积（L）指示功率p i：发动机单位时间所做的指示功，称为指示功率p i=p mi V s in/30τ 公式中τ-行程数四行程发动机p i=p mi V s in/120指示热效率ηi是实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值ηi=W i/Q1公式中Q1-得到指示功W i（kJ）所消耗燃料的热量（kJ）。

指示燃料消耗率bi（简称指示比油耗）是指单位指示功的耗油量，单位每千瓦小时表示b i=（B/p i）*103（2）、有效指标：发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表了发动机整机的性能，通常称它们为有效指标。

发动机动力性能有效功率P e指示功率减去机械损失功率，才是发动机对外输出的功率，称为有效功率P e（kW）P e=P i-P m 有效扭矩T tq发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩T tq。

Pe=T tq*n/9550平均有效压力p me（MPa）是发动机单位气缸工作容积输出的有效功。

p me=30P eτ/iV s n转速n和活塞平均速度C m C m=S n/30 （m/s）S-活塞行程C m汽油机<=18 柴油机<=13发动机经济性能有效热功率ηe 是发动机的有效功W e（J）与所消耗燃料热量Q1之比值ηe=W e/Q1有效燃料消耗率b e【g/（kW·h）】是单位有效功的耗油量（耗油率）b e=（B/p e）*1000发动机强化指标升功率P L（kW/L）是发动机每升工作容积所发出的有效功率P L=p e/V s i=p me n/30τ比质量m e（kg/kW）是发动机的干质量与所给出的标定功率之比m e=m/p e 表明质量利用程度和结构紧凑。

强化系数p me C m平均有效压力p me和活塞平均速度C m的乘积称为强化系数，与活塞单位面积的功率成正比，p me C m升高，热负荷、机械负荷升高。

三、机械损失1）机械损失种类；2）机械效率定义、意义及各计算式；3）机械损失测定方法；4）影响机械效率的因素分析。

（1）种类：摩擦损失、驱动各种附件损失、带动机械增压器损失、泵气损失、总功率损失。

（2）机械效率：是有效功率和指示功率的比值。

即ηm=1-p mm/p mi。

ηm接近1，说明机械损失功小，发动机性能好。

（3）机械损失测定方法：倒拖法、灭缸法、油耗线法。

（4）影响机械效率的因素分析：a，气缸直径及行程（加大缸径或行程时，机械损失功率增加，但因气缸的面积与容积之比值减小，相对摩擦面积减小，故相对的机械损失少，机械效率提高）b，摩擦损失（活塞组件、曲轴组件、配气机构）c，转速n（n上升，机械效率下降）d，负荷（随负荷减小，机械效率下降）e，润滑油品质和冷却水温度。

（尽量选用粘度较小的全损耗系统用油，以减小摩擦损失，提高机械效率）第二章发动机的换气过程一、四行程发动机换气过程进行情况1、换气过程分期2、影响超临界排气、亚临界排气废气流量的因素3、燃烧室扫气的作用。

1、换气分期：自由排气阶段、强制排气阶段、进气阶段和气门叠开阶段2、影响超临界排气、亚临界排气废气流量的因素：在在超临界排气时期，废弃流量与排气管内压力无关，只决定于气缸内气体的状态和气门有效开启面积。

随着废弃大量流出，缸内的压力下降，转入亚临界状态，此时废弃流量决定于气缸内和排气管内的压力差。

3、燃烧室扫气的作用：清除残余气体；增加进气量；降低温度；吹散积炭。

二、换气损失：1、换气损失与泵气损失；2、换气损失图。

1、换气损失：换气损失包括进气损失和排气损失。

泵气损失：为换气过程中克服进气道阻力所消耗的功和克服排气道阻力所消耗的功的代数和。

2、换气损失图（P25 图2-3）三、充气效率ηv1、定义；是实际进入气缸的新鲜工质量和进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值。

η=m1/m s=V1/V sv2、意义：进气状态下，在非增压发动机上一般采用当时当地的大气状态；在增压发动机上，采用增压器出口的压力状态。

η v升高代表进入一定气缸容积的新鲜工质量多，则发动机功率和扭矩升高，动力性能好。

3）测定方法：用流量计测出发动机每小时实际充气量（m3/h）。

V=（V s/1000）i（n/2）*60=0.03inV s四、影响充气效率的因素分析1、进气终了压力；2、进气终了温度；3、压缩比；4、残余废气系数；5、配气定时；6、进气状态。

ηv=ζ*（ε/ε-1）*（T s/p s）*（p a/T a）*（1/1+γ）1进气终了压力（进气终了压力Pa愈高，ηv值愈大）2进气终了温度（Ta愈高，ηv降低）3压缩比（ε增加，ηv增加）4残余废气系数（γ增多，ηv下降）5配气定时（合适的配齐定时，ηv增加）6进气状态（进气或大气压力高，Pa也随之增加，新鲜工质密度增大，虽然ηv变化不大，但实际进气量增多，同理，进气或大气温度降低Ta也随之降低，工质密度增大，实际进气量亦增多）。

五、提高充气效率的措施1、减少进气系统的阻力。

2、合理选择配气定时：1）配气定时合理程度的综合评定；2）充气效率特性；3）进气迟闭角对充气效率、有效功率的影响。

P333、合理利用进气管内的动态效应。

P33（惯性效应和波动效应）动态效应：由于间歇进、排气管存在压力波，在用特定的进气管条件下，可以利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，增大充气效率，这就称为动态效应。