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《热机》教案汇总
contents
目录
课程介绍与教学目标
热机基础知识
热机工作原理与构造
热机性能评价与指标
热机新技术与发展趋势
实验操作与案例分析
课程总结与拓展延伸
CHAPTER
01
课程介绍与教学目标
掌握热力学基本定律、热机工作原理、热机性能评价指标等基础知识。
知识目标
能力目标
素质目标
能够运用所学知识分析热机性能，提出优化方案，具备初步的热机设计能力。
培养学生的创新意识和实践能力，提高学生的综合素质和职业素养。
03
02
01
本课程选用国内外经典教材，内容系统、全面，注重理论与实践相结合，符合学生的认知规律。
教材分析
建议选用《热机原理与设计》、《热力学与热机》等优秀教材，同时结合相关实验指导书和参考文献进行学习。
教材选用
CHAPTER
02
热机基础知识
热机定义
热机是一种将热能转换为机械能的装置，利用工作物质（工质）在高温热源和低温热源之间循环流动，将热能转换为机械功。
热机分类
根据工作物质的不同，热机可分为内燃机、外燃机、蒸汽机等类型。内燃机以燃料在机器内部燃烧产生热能，如汽油机、柴油机等；外燃机以燃料在机器外部燃烧产生热能，如蒸汽机；蒸汽机则是利用蒸汽作为工作物质。
温度是表示物体冷热程度的物理量，是热力学中重要的基本概念之一。
温度
热量是热传递过程中传递能量的多少，用符号Q表示，单位是焦耳（J）。
热量
内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，用符号U表示，单位是焦耳（J）。
内能
热力学系统是指由大量微观粒子（如分子、原子等）组成的宏观物体，这些微观粒子间通过相互作用而联系在一起。
热力学系统
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律表述
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化量，Q表示系统与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。该公式表明，系统内能的变化量等于系统与外界交换的热量与外界对系统所做的功之和。
热力学第一定律数学表达式
CHAPTER
03
热机工作原理与构造
内燃机是一种将燃料与空气混合后在机器内部燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动，从而输出动力的热机。
内燃机通过进气、压缩、燃烧和排气四个冲程完成一个工作循环。在进气冲程中，活塞下行，吸入空气和燃料；在压缩冲程中，活塞上行，将空气和燃料压缩，提高温度和压力；在燃烧冲程中，点火器点燃混合气，产生高温高压气体推动活塞下行；在排气冲程中，活塞再次上行，将废气排出。
内燃机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、配气机构、点火系统、润滑系统和冷却系统等组成。
内燃机定义
工作原理
构造
工作原理
外燃机通过加热器将热量传递给工作介质，使其膨胀并推动活塞运动，从而输出动力。与内燃机不同，外燃机的燃烧过程在机器外部进行。
外燃机定义
外燃机是一种燃料在机器外部燃烧，产生的高温气体通过加热器将热量传递给工作介质（如水或空气），使其膨胀做功的热机。
构造
外燃机主要由加热器、工作缸、活塞、连杆、曲轴、配气机构、冷却系统和润滑系统等组成。
内燃机具有结构紧凑、热效率高、启动快等优点，适用于移动式和固定式动力装置；而外燃机则具有噪音低、振动小、易于维护等优点，适用于大型固定式动力装置和某些特殊场合。
内燃机与外燃机的比较
汽油机和柴油机是两种常见的内燃机类型。汽油机具有转速高、重量轻、体积小等优点，适用于小型汽车和高速发动机；而柴油机则具有热效率高、燃油经济性好、扭矩大等优点，适用于大型车辆和工程机械等领域。
不同类型内燃机的比较
CHAPTER
04
热机性能评价与指标
热机输出的有用功与输入热量的比值，反映热机能量转换效率。
热效率定义
热效率=（有用功/输入热量）×100%
计算公式
燃料种类、燃烧情况、热机结构等。
影响因素
国家和地区制定的限制热机排放污染物的标准，如欧洲Euro标准、美国EPA标准等。
排放标准
主要包括废气中的CO、HC、NOx和颗粒物等。
排放物种类
采用底盘测功机模拟实际行驶工况，测量热机排放污染物质量或体积。
排放测试方法
03
影响因素
热效率、机械效率、负荷率等。降低燃油消耗率的途径包括提高热效率、优化燃烧过程、减轻热机重量等。
01
燃油消耗率定义
热机在单位时间内消耗的燃油量与输出有用功的比值，反映热机经济性。
02
计算公式
燃油消耗率=（燃油消耗量/有用功）×100%
CHAPTER
05
热机新技术与发展趋势
1
2
3
通过高压喷油器直接将燃油喷入气缸内部，实现更精确的燃油控制和更高的燃烧效率。
燃油直喷技术
将燃油直接喷入气缸内部，与空气混合后在压缩过程中自燃，提高燃烧效率并降低排放。
缸内直喷技术
通过精确控制空燃比，使混合气在接近理论空燃比的情况下燃烧
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