发动机原理教学课件（完整版）.ppt

;;教学目标 １. 了解变质量系统热力学过程分析方法。 ２. 了解发动机燃烧热化学，理想混合气体。 ３. 理解多变过程p-V图及T-S图分析。 ４. 理解机械损失的测量。 ５. 掌握变质量系统热力学过程定律。 ６. 掌握发动机能量转换的评价。 ７. 掌握发动机燃料与工质，多变过程中热力参数的计算。; 我们一般所称的热力学，主要研究平衡态或准静态，所以又称平衡热力学。它们都是热运动的特殊形态，它们的各种变化过程都是一系列平衡态或准静态的连续变化。这种变化从理论上讲需要无限长的时间，因而热力学中没有时间变量，它不涉及过程的速率。 近几十年来发展起来的有限时间热力学就是考虑了时间变量，考虑了热力过程的速率问题。它属于不可逆过程热力学，但又与传统的不可逆热力学不同。; 工程热力学是研究热和功之间的转换规律，是研究热力学及其在涉及能量利用的各种过程、装置和系统的工程设计中的用途，以造福于人类的学科，它是宏观热力学的一个重要分支。 随着科学技术的飞跃发展，工程中遇到各种各样的热力学问题，从而使工程热力学的内容不断的丰富和向前发展，变质量系统热力学就是工程热力学的拓展。 ; 发动机作为将燃料燃烧产生的热能转换为对外输出机械能的热机，较其他形式的热机有着效率高的特点。在整个工作过程中，工质与汽缸壁及相关外界存在着热量传递，发动机通过进、排气系统与外界发生着质量的交换。 可以看出发动机各系统之间不但存在着能量的传递。还存在着质量的交换，下面我们将介绍与变质量系统有关的热力学基本知识。; 一、变质量系统热力学简介及分析方法 变质量系统热力学是研究变质量系统热功转换的规律和方法。例如工程中经常遇到的内燃机工作过程、压缩机热力过程、火箭发动机工作过程等都是变质量热力系统的实例。对于这样的变质量热力系统，表征系统状态的参数除了压力、温度、容积以外，工质的数量也是表征系统状态的参数，有时它是一个关键的参数。; 变质量热力系统与常质量热力系统有着本质的差别。对于开口系统，常质量热力学只研究稳定流??。对于一个常质量热力系统，每个工质微团经历的状态变化相同，因此在研究过程中，我们可以取单位工质作为分析对象。而对于变质量系统热力过程，每个工质微团经历的热力过程不完全相同，况且系统中工质的数量也在变化，因而不能取单位工质作为分析对象，而只能取微元工质作为研究对象，并且假定: ; (１)微元工质进入系统之前和离开系统之后，工质发生的一切变化与所考察的变质量热力系统无关； (２)微元工质从进入系统的瞬时起，即属于系统的一部分，与其他工质一样参与系统的状态变化。 对于只有工质流入的系统(例如:对刚性容器的充气)和只有工质流出的系统(例如:自刚性容器的放气)。微元工质进入系统后，即与系统中原来的工质处于同一状态，流出工质的状态是该时刻系统的状态。 ; 由热力学知，对于简单可压缩常质量系统其状态方程是3个变量的函数，独立变量只有2个，而对于变质量系统，其状态方程是4个变量的函数，独立变量有3个。 对于常质量系统，状态方程一般形式为 ｆ(ｐ,Ｖ,Ｔ) =０ 对于变质量系统，状态方程一般形式为 ｆ(ｐ,Ｖ,Ｔ,ｍ) =０ ; 例如:对于一个简单可压缩系统来说，只有容积变化的边界功，其表达式为： δW= pdv (1-1) 或 ： δW = pdv 对于常质量系统，则有 δW = pd(mv) = mpdv (1-2) 对于变质量系统，则有 δW =pd(mv) = mpdv + vpdm (1-3) ; 很显然，对于常质量系统，当dv=0时，则有δw=0，对于变质量系统，虽然比体积不变，即 dv=0，但质量是可变的，即dm≠0，所以这时的功 δw≠0。 在热力学中，我们用工质比体积ｖ的增大还是减小来定义工质的膨胀和压缩。 由以上分析可以看出，对于常质量系统,ｖ和Ｖ有同样的作用,ｖ增大,Ｖ也增大，系统膨胀对外做功，反之亦然。可是对于变质量系统则不然，所谓的膨胀和压缩是以系统容积Ｖ的增大还是减小来定义的。; 由dV = mdv + vdm，可以看出，当工质膨胀做功时，即dV大于零时，但dv不