工程热力学结课课题报告-浅谈发动机的热效率问题..docx

工程热力学结课课题报告——浅谈发动机的热效率问题一、内燃机发动机四冲程发动机的基本结构：1—油底壳 2—机油 3—曲轴 4—曲轴同步带轮 5—同步带 6—曲轴箱 7—连杆 8—活塞 9—水套 10—汽缸 11—汽缸盖 12—排气管 13—凸轮轴同步带轮 14—摇臂 15—排气门 16—凸轮轴 17—高压线 18—分电器 19—空气滤清器20—化油器 21—进气管 22—点火开关 23—点火线圈 24—火花塞 25—进气门 26—蓄电池 27—飞轮 28—启动机四冲程发动机的基本工作原理进气行程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点(图中a 点)汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。压缩行程压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。在示功图上，压缩行程为曲线a～c。做功行程当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b 点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功行程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。在示功图上，做功行程为曲线c-Z-b。排气行程排气行程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。二、发动机工作过程中的奥托循环1、奥托循环简介内燃机的四个冲程，其实是一种热力循环，其理想状态是定容加热的热力循环，又叫四冲程循环。四冲程循环原理1862年由法国的一位工程师首先提出，1876年德国工程师奥托利用这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，就把这种循环命名为奥托循环。2、奥托循环周期 ①吸气（） 这是一个等压膨胀的过程，空气和汽油混合气体进入气缸②压缩（） 这是一个绝热压缩的过程，空气和汽油的混合气体从1（）状态变化到2（）。③爆炸（） 这是一个等体吸热过程，压缩到体积时点火，混合气体从状态2（）急剧升温到（）。④做功（） 这是一个绝热膨胀过程，气体从3（）变化到（）。⑤排气（） 这是一个放热过程，相当于气体从4（）状态回到1（）。3、奥托循环的效率在的等体积过程中，气体的吸热量在的等体积过程中，气体的放热量其他两个过程为绝热过程，因此奥托循环的效率为分别代入，可得奥托循环的效率为其中，为气体的压缩比，为理想气体的泊松比实际中，内燃机的压缩比r不超过7，去空气的=1.4，根据上式可以得到，汽油机的理论工作效率为但是由于各种不理想的状况，实际工作中汽油机的功率比这要小得多。三、发动机工作中的卡诺循环1、背景：卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2。这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效 率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。卡诺定理阐明了热机效率的限制，指出了提高热机效率的方向（提高T1，降低T3，减少散热、漏气、摩擦等不可逆损耗，使循环尽量接近卡诺循环）。成为热机研究的理论依据、热机效率的限制。2、条件：a.准静态循环，可以正逆循环。 b.工质为理想气体。 c.工质只和两个温度不同的恒温热库交换热量。3、组成