发动机原理与汽车理论--武汉理工大学课件
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发动机原理研究的内容包括工程热力学基础、 发动机的工作循环和性能指标、换气过程、燃 料与燃烧、汽油机和柴油机混合气的形成与燃 烧、发动机特性等。
第1章 工程热力学基础
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
• 汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是 在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主 要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽 车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正 确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。
第二定律； 3．根据热力学基本定律和工质的热力性质，分析实
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
• 从定容加热过程和定压加热过程的特点可知，在定容加热过 程中，气体没有膨胀做功，所加入的热量将完全用来增加气 体分子运动的功能，外在表现为气体的温度升高。在定压加 热过程中，气体可以膨胀做功。因此，气体所加入的热量除 了一部分用来增加气体分子运动的动能外，另一部分用来克 服外力做功。对同样质量的气体而言，要将气体加热到某一 温度，则在定压加热过程中所加入的热量比定容加热过程所 加入的热量要多，即定压比热大于定容比热。
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
第1章 工程热力学基础
第1章 工程热力学基础
学习目标
• 通过本章的学习，重点掌握工质在各种热 力过程中其初态参数与终态参数间的关系 以及能量转换的特点；
• 掌握用理想气体状态方程分析热力过程的 方法；
• 故比热的大小随气体变化过程的特征而定。 在工程热力学中，常遇到定容加热过程和 定压加热过程。
第1章 工程热力学基础
定容比热与定压比热
• 定容加热过程是工质在加热过程中容积保持不变的过程。其 比热称为定容比热，用符号cv 表示。
• 定压加热过程是工质在加热过程中压力保持不变的过程。其 比热称为定压比热，用符号cp表示。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
第1章 工程热力学基础
“热”的实质
• “热”实质上是物质运动的一种表现形式， 也是能量传播的一种形式。
• 热量的单位是焦耳（J）。焦耳这个单位 较小，使用不方便，在计算中往往采用千 焦耳（KJ）单位。
第1章 工程热力学基础
2．工质的比热——质量热容
• 在热力工程中，热量的计算常利用比热。 • 使质量为1千克的物体温度升高或降低1K
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主百度文库内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 表明工质状态特征的各个物理量，称为工质的状态参数。 汽车发动机在变热为功的整个过程中，工质的状态总是 不断地变化着，可以用压力p、温度T、比容v、内能U、 焓H、熵S六个状态参数来描述。 其中p、T、v 可以直 接用仪表测量，且其物理意义易于理解，故成为描述工 质状态的基本状态参数。
• 热机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变 它的热力状态，执行某一具体的热功转换过程来实现的。 如发动机工作时，就是将燃料燃烧的热能，通过工质的 膨胀转化为机械功的。
• 常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸汽。气体 是指远离液态、不容易液化的气态物质，蒸汽是指刚由 液态转变过来或较容易液化的气态物质。内燃机的工质 是气体。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
所需加入或放出的热量称为工质的比热， 用符号C表示，单位为千焦耳/千克度 （kJ/kg·K）。
第1章 工程热力学基础
气体的比热
气体的比热一般是随着温度的升高而增大 的，如图所示。不同的温度，气体比热的 数值也不同。在每一个温度下所对应的比 热称为真实比热。气体在某一温度下的真 实比热为：
c dq dT
• 燃料燃烧前，工质为空气（柴油机）或空 气和汽油的混合气（汽油机）。燃烧后， 工质主要是二氧化碳和水蒸气等。
第1章 工程热力学基础
1.1 气体的热力性质
1.1.1 热与比热 • 实验表明，热现象是物体内部分子和原子不规则运动的总体
表现，这种运动的剧烈程度决定了物体的冷热程度，其外在 表现为温度的高低。 • 这就是说，物体内部分子运动的平均速度越高，则物体的受 热程度越大，表现出来的温度就越高。 • 热能可由工质通过传导、对流或辐射等方式来进行传递。例 如，高温的发动机缸体与水道中低温的冷却水接触时，缸体 材料里运动比较剧烈的分子之间的不断碰撞，影响了邻近的 水分子，这时，温度较高的缸体传热至受热较低的水，前者 温度降低，后者温度升高。若两物体达到同一温度时，传热 就会停止，这种现象称为传热。
第1章 工程热力学基础
质量热容比
在工程热力学的计算中，定压比热与定容 比热之比，称为比热比——质量热容比， 用符号 k表示。即： c p k cv
对于空气来说，其定压比热cp为 1.0046kJ/kg·K，定容比热cv为 0.7158kJ/kg·K，k为1.4。
第1章 工程热力学基础
1.1.2 工质的热力状态及其基本参数
第1章 工程热力学基础
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
• 汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是 在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主 要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽 车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正 确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。
第二定律； 3．根据热力学基本定律和工质的热力性质，分析实
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
• 从定容加热过程和定压加热过程的特点可知，在定容加热过 程中，气体没有膨胀做功，所加入的热量将完全用来增加气 体分子运动的功能，外在表现为气体的温度升高。在定压加 热过程中，气体可以膨胀做功。因此，气体所加入的热量除 了一部分用来增加气体分子运动的动能外，另一部分用来克 服外力做功。对同样质量的气体而言，要将气体加热到某一 温度，则在定压加热过程中所加入的热量比定容加热过程所 加入的热量要多，即定压比热大于定容比热。
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
第1章 工程热力学基础
第1章 工程热力学基础
学习目标
• 通过本章的学习，重点掌握工质在各种热 力过程中其初态参数与终态参数间的关系 以及能量转换的特点；
• 掌握用理想气体状态方程分析热力过程的 方法；
• 故比热的大小随气体变化过程的特征而定。 在工程热力学中，常遇到定容加热过程和 定压加热过程。
第1章 工程热力学基础
定容比热与定压比热
• 定容加热过程是工质在加热过程中容积保持不变的过程。其 比热称为定容比热，用符号cv 表示。
• 定压加热过程是工质在加热过程中压力保持不变的过程。其 比热称为定压比热，用符号cp表示。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
第1章 工程热力学基础
“热”的实质
• “热”实质上是物质运动的一种表现形式， 也是能量传播的一种形式。
• 热量的单位是焦耳（J）。焦耳这个单位 较小，使用不方便，在计算中往往采用千 焦耳（KJ）单位。
第1章 工程热力学基础
2．工质的比热——质量热容
• 在热力工程中，热量的计算常利用比热。 • 使质量为1千克的物体温度升高或降低1K
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主百度文库内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 表明工质状态特征的各个物理量，称为工质的状态参数。 汽车发动机在变热为功的整个过程中，工质的状态总是 不断地变化着，可以用压力p、温度T、比容v、内能U、 焓H、熵S六个状态参数来描述。 其中p、T、v 可以直 接用仪表测量，且其物理意义易于理解，故成为描述工 质状态的基本状态参数。
• 热机的运转是靠气态工质及在特定的条件下不断地改变 它的热力状态，执行某一具体的热功转换过程来实现的。 如发动机工作时，就是将燃料燃烧的热能，通过工质的 膨胀转化为机械功的。
• 常用的气态工质基本上可分为两类：气体和蒸汽。气体 是指远离液态、不容易液化的气态物质，蒸汽是指刚由 液态转变过来或较容易液化的气态物质。内燃机的工质 是气体。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
所需加入或放出的热量称为工质的比热， 用符号C表示，单位为千焦耳/千克度 （kJ/kg·K）。
第1章 工程热力学基础
气体的比热
气体的比热一般是随着温度的升高而增大 的，如图所示。不同的温度，气体比热的 数值也不同。在每一个温度下所对应的比 热称为真实比热。气体在某一温度下的真 实比热为：
c dq dT
• 燃料燃烧前，工质为空气（柴油机）或空 气和汽油的混合气（汽油机）。燃烧后， 工质主要是二氧化碳和水蒸气等。
第1章 工程热力学基础
1.1 气体的热力性质
1.1.1 热与比热 • 实验表明，热现象是物体内部分子和原子不规则运动的总体
表现，这种运动的剧烈程度决定了物体的冷热程度，其外在 表现为温度的高低。 • 这就是说，物体内部分子运动的平均速度越高，则物体的受 热程度越大，表现出来的温度就越高。 • 热能可由工质通过传导、对流或辐射等方式来进行传递。例 如，高温的发动机缸体与水道中低温的冷却水接触时，缸体 材料里运动比较剧烈的分子之间的不断碰撞，影响了邻近的 水分子，这时，温度较高的缸体传热至受热较低的水，前者 温度降低，后者温度升高。若两物体达到同一温度时，传热 就会停止，这种现象称为传热。
第1章 工程热力学基础
质量热容比
在工程热力学的计算中，定压比热与定容 比热之比，称为比热比——质量热容比， 用符号 k表示。即： c p k cv
对于空气来说，其定压比热cp为 1.0046kJ/kg·K，定容比热cv为 0.7158kJ/kg·K，k为1.4。
第1章 工程热力学基础
1.1.2 工质的热力状态及其基本参数