2014《工程热力学及内燃机原理》WPS版
工程热力学课件完整版
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学及内燃机原理自考重点复习资料
内燃机原理复习资料第二章、内燃机的工作循环一、“理想循环”假定？答：理想循环讨论中所采取的简化假定是：1.工质是一种理想的完全气体，在整个循环中保持物理及化学性质不变；2.不考虑实际存在的工质更换以及漏气损失，工质数量保持不变，循环是在定量工质下进行的；3.把汽缸内工质的压缩和膨胀看成是完全理想的绝热过程，工质与外界不进行热交换；4.用假想的定容放热和定容或定压加热来代替实际的换气和燃烧过程。
二、内燃机的实际循环与理论循环的区别答：1、工质不同；2、气体流动阻力；3、传热损失；4、燃烧不及时、后燃及不完全燃烧损失；5、漏气损失。
三、压缩过程的作用？1、压缩过程扩大了工作循环的温度范围；2、压缩过程使循环的工质得到更大的膨胀比，对活塞做更多的功；3、压缩过程提高的工质的温度和压力，为冷机启动及着火燃烧创造了条件。
四、四冲程工作原理1、进气行程：排气门关闭，随着活塞下行汽缸内产生低压，重进气门吸入空气和汽油的混合气，柴油机中吸入的是新鲜空气。
2、压缩行程：进、排气门关闭，活塞上行压缩汽缸内的气体，在柴油机中，把空气压缩到燃料自然温度以上。
3、做功行程：当活塞快到上止点时，用火花塞点燃混合气使之燃烧，在柴油机中，此时燃料以雾化状态喷射到汽缸内，和高温空气接触而自行着火燃烧，燃烧所产生的高压气体，把活塞往下推而做功。
4、排气行程:当活塞到下止点稍前一些时，排气门开启，排气溢出，汽缸内压力下降，活塞上行把膨胀完了的燃气排除汽缸外。
五、示功图：把内燃机在1个工作循环中气缸内工质状态的变化，表示为压力与容积的关系，即压力与活塞行程的关系的图形。
六、标定转速：指在标定工况下，发出标定功率时内燃机相应的曲轴转速。
七、油耗率：在标定工况下，发出标定功率时内燃机所具有的有效油耗率。
八、升功率N :单位气缸工作容积内燃机所具有的标定功率。
九、活塞功率N ：单位活塞总面积上内燃机所具有的标定功率。
十、指示效率：是评价内燃机工作循环的一个经济性参数，也是衡量气缸内燃料燃烧所应释放出的热能有效转换成指示功的程度的一个尺度。
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
内燃机原理pppt课件
二、内燃机的优缺点
• 优点： • 1．热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，
最高有效热效率已达46％，甚至50％ 。 • 2．功率范围广，单机功率可从零点几千瓦到
上万千瓦。 • 3．结构紧凑、质量轻、比质量较小 • （比质量是内燃机整机质量与其标定功率的比值）。 • 4．起动迅速、操作简便。 • 缺点： • 1．对燃料要求较高。 • 2．排气污染和噪声引起公害。 • 3．结构较复杂，零部件加工精度要求较高。
实验分为两大组，8:00----10:00
10:00----12:00
请课代表与各自然班的负责人分好组，留下每人电话。
•
第二阶段（13周） 以授课为主。
教学要求：本课程是实践性较强的 专业课，除听课看书外，必须要完 成一定的实验和课内外作业。
考核方法：最后成绩包括平时成绩 （考勤、作业、实验报告等）、期 中考试和期末考试成绩。
本课程采用课内讲授和实验相结合的方式。通过课内知识 的传授，进一步培养学生运用所学的力学、机械、电工电子、 热工和测试技术等基础及专业基础理论学习综合性专业知识的 能力。通过多个参与性的实验逐步增强学生的实际动手能力， 培养独立工作能力、组织协调能力和分析解决工程实际问题的 能力。
教学方法：理论教学与实践性教学 相结合。
• 小资料：戴姆勒一号车 本茨制造的三轮车
•
世界上第一辆汽车由德国工程师卡·本茨和戈特利布·戴姆勒同时于1886年宣告制成本茨制成的是三轮汽车，而戴姆勒制成的四轮汽车，其发动机
功率为1。1匹马力。
•
1897年，狄赛尔（德国著名热机工程师）最早制成了柴油机。
• 附：鲁道夫.狄塞尔（Rudolf Diesel，1858-1913)，德国著名热机工程师,柴油机的发明者，也是艺术鉴赏家，语言学家和社会理论家。
工程热力学幻灯片(绪、1、2章)(上课)
B
Pg
H
压力的测量示意图
环境压力与标准大气压：环境压力指压力 表所处环境的压力(当地大气压力)
标准大气压 1atm=760mmHg 注意：当地大气压随时间、地点变化。一般认 36 为等于标准大气压（当h变化不大）。
3、比容和密度
pg
p
正压 大气压力B
都是描述系统内 工质稀密程度的宏观 物理量
H
B
处于平衡状态的系统有一种保持平衡 的趋势；对于不平衡的系统有一种达到平 衡的趋势。
41
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
铜棒：稳定但存在不平衡势差，它的稳 定是靠外界影响来维持的。去掉外界影 响，则状态变化，直 到温度均匀为止 稳定不一定平衡
绝热，不受外界温度影响
但平衡一定稳定
42
平衡与均匀
平衡：时间上
24
例如：
m W 4 Q 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
1
3
非孤立系＋相关外界 25 ＝孤立系
四、系统的内部状况（热力系统其它 分类方式）
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
多元系
单相
相态
多相
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1、均匀系与非均匀系：系统内各部分的 化学成分和物理性质都均匀一致的系统， 称为均匀系。 2、单相系与复相系：由单一物相组成的 系统称为单相系。 3、单元系与多元系：由一种均匀的和化 学成分保持不变的物质组成的系统称为单 元系。（空气常可看作纯物质，属单元系 ）
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热
工程热力学知识点电子版
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1.热力学基本概念：包括热力学系统、态函数、过程、平衡等基本概念。
2.热力学定律：包括热平衡第一定律（能量守恒），热平衡第二定律（熵增原理）以及热平衡第三定律（绝对零度定律）。
3.理想气体的热力学性质：包括状态方程、卡诺循环、理想气体的内能、焓、熵等性质，以及理想气体的不可逆过程等。
4.热功学：包括热力学势、热力学基本方程、热力学关系、开放系统
的热力学分析等。
5.蒸汽循环与汽轮机：包括蒸汽循环的基本原理、热力学效率、汽轮
机的工作原理和热力学分析等。
6.冷热交换过程：包括传热方式、传热定律、传热设备的热力学设计等。
7.蒸发和冷凝：包括蒸发和冷凝的热力学原理、热传导、传质机制等。
8.混合物与溶液的热力学性质：包括理想混合物的热力学分析、溶解度、等温吸收和等温蒸馏等。
9.平衡态的热力学：包括平衡态判定、化学反应的平衡和平衡常数等。
10.非平衡态的热力学：包括非平衡态的基本概念、非平衡态热力学
平衡准则等。
11.热力学循环与工作系统：包括往复式热机循环（如柴油循环、克
氏循环等）、蒸汽循环的分析、制冷循环等。
以上仅列举了一些工程热力学的基本知识点，具体内容还包括一些相关的热力学计算方法和应用，如热力学分析软件的应用、能源转化系统的分析等。
工程热力学-资料.ppt
§1-2 热力状态
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对 压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe 真空度 pv
p
p pe pb p pb pv
pe
pv
pb
p
工程热力学
例1：已知当地大气压力pb,及压力表1、 2的读数分别为pg1，pg2。求pg3？ 解：⑴压力表1测得的是A室的 相对压力，故
p g 1 p A p b p A p g 1 p b
⑵压力表2测得的也是A室的相对压力，但它处在B室环境中，故
p g 2 p A p B p B p A p g 2
⑶压力表3测得的是B室的相对压力，故
pg3 pBpb
工程热力学
§1-3 热力状态
其它压力测量方法
高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
工程热力学
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
边界特性
固定、活动
§1-2 热力系统
真实、虚构
工程热力学
§1-2 热力系统
2 热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
工程热力学
§1-1 热能和机械能转换
热能动力装置：
从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。
内燃机原理全 ppt课件
2020/11/24
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2．压缩过程 在进气过程终了后，进、排气门都关闭，
曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动， 将气缸中的混合气压缩，进行压缩过程。压 缩过程在示功图上以曲线ac表示。压缩终了 时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而 定，压力约为0.85-2MPa，温度可达600-700K。
压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力 和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃 烧过程的最高温度和压力就愈高；
2、内燃机工作循环示功图：
研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸
内气体压力和相当于活塞不同位置时的气缸容积V之间的
变化关系图(P-V图)。此图能表示一个工作循环中气体在
气缸内所作的功，所以称为示功图。
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二、四冲程汽油机的工作原理
四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。
根据气门安装位置的不同，配气机构的布 置形式主要有侧置式(顺装气门)和顶置式(倒 装气门)两种。
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3、供给系
供给系的功用是供给气缸空气和燃油(可燃混合 气)，并排出燃烧后的废气。
化油器式汽油机工作时，汽油泵将汽油箱中的 汽油吸出，经汽油滤清器滤清后压送到化油器；同 时空气经空气滤清器滤清后也进入化油器。在化油 器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油 与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。 燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。 4、点火系
Va
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小
的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
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二、总体构造
四冲程汽油机 :
主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。
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工程热力学及内燃机原理
名词解释
1．指示功：一个实际工作循环工质对活塞所做的有用功称为指示功Wi。
其值的大小即是P-V示功图中闭合曲线所占用的面积的大小。
(P35)
2．速度特性：内燃机在循环供油量保持不变的情况下，其主要性能参数（转矩Me、测量各转速下的功率Ne、有效油耗量ge、排气温度Tr以及烟度、噪声级等）随转速n而变化的规律被称为内燃机的速度特性。
(p315)
3．泵气功：是指缸内气体对活塞在强制排气行程和吸气行程所做的功。
对于自然吸气内燃机：泵气功就是泵气损失。
对于增压内燃机：泵气功为换气
过程中活塞所做的正功，不是损失。
(P33)
4．残余燃气系数：进气结束时，气缸内的残余燃气质量与气缸内的新鲜空气质量之比。
(P176)
5．平均有效压力：单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力。
(P50) 6．气缸工作容积：气缸工作容积（气缸排量）：活塞在从一个止点运动到另一个止点（上止点和下止点）间运动所扫过的容积称为气缸工作容积。
7．燃烧室扫气：在气门重叠期间，进气管与排气管之间的压力差使新鲜冲量进入气缸把缸内的燃气驱除出去，这一阶段称为燃烧室扫气。
(P174)
8．调速特性：指柴油机的循环供油量在调速器的控制下发生急剧变化时，其主要性能参数随转速不同而变化的规律。
(P320)
9．扫气系数：定义为每循环流经气缸总的空气质量与进气过程结束时实际进入气缸的新鲜空气质量之比。
(P177)
10．有效功率：全称“发动机有效功率”，简称“轴功率”。
发动机机轴上所2_ 的功率。
是发动机扣除本身机械摩擦损失和带动其他辅机的外部损耗后
向外有效输出的功率。
二、简答题
1、理想循环的三种方式；汽油机定容、低速柴油机定压为什么？NP21-22
答：内燃机的理想循环有三种形式：等容加热循环、等压加热循环、混合加热循环。
为了简化内燃机实际热力循环中复杂的物理、化学过程，能够清楚地比较说明影响内燃机热能利用完善程度的主要因素，从而在理想循环中采取简化假设：汽油机定容、低速柴油机等压。
2、柴油机异常喷射及原因？NP147
答：①二次喷油：针阀腔的压力由于压力波的反射和叠加再次升高，当油压超过针阀开启压力时，针阀二次开启，燃油在正常喷射后将又一次喷入燃烧室。
②断续喷油：针阀不能稳定地处于其机械止点位置，在不稳定的悬浮状态上下振动，喷油、雾化失去常态。
③间隙喷油：低速低负荷时因供油量很小，喷油泵一次供入的油量不足以使喷油系统的压力稳定升高。
④穴蚀：喷油系统的燃油压力波动，气泡附着在金属表面，金属产生局部塑性变形和疲劳破坏，出现麻点、空洞。
3、增压技术及优点NP205-206
答：①内燃机增压技术就是：增加进入内燃机气缸之前的空气压力，即增加进气密度，以增加进入气缸的空气质量。
②优点：a．提高内燃机整机功率；b．增压柴油机单位功率的重量、尺寸将会相应减小；c．肉燃机单位功率的造价降低；d．排气的噪音有所降低，对减少有害物质排放也有所裨益；e．采用涡轮增压时，内燃机的热效率较高，经济性将会得到改善。
4、内燃机排气净化的三种形式NP263-264
答：内燃机排气的净化方式，分为机前处理、机内净化、机后处理三种形式。
5、内燃机有害排放物（区别汽、柴油机）NP247、258
答：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx、二氧化硫S02、颗粒物PM和醛类。
汽油机的颗粒排放物有：铅化物、有机物颗粒和硫酸盐。
柴油机的排烟（颗粒物）：白烟、蓝烟和黑烟。
6、柴油机电控系统喷射优点NP268
答：柴油机电控喷油系统优点：
(1)可实现高压喷射，喷射压力可比一般直列系统高处1倍，最高可达
200MPa。
(2)喷射压力独立于柴油机转速，可以改善柴油机低速，低负荷时的性能。
(3)可以实现预喷射，调节喷油速率形状，实现理想喷油规律。
(4)喷射定时和喷油量可自由选定。
(5)具有良好的喷射特性，可优化燃烧的过程，使柴油机油耗，烟度，噪
音和排放等综合性能指标得到明显改善，并有利于改进柴油机扭矩特性。
(6)结构简单，适用性强，可以在所有新旧柴油机上应用。
三、论述
爆燃的后果，解决措施；早燃与爆燃的区别，解决措施NP101-102
答：(1)爆燃后果：
①长期爆燃会使机件产生裂纹，造成零件损坏。
②会导致汽油机过热，运动件磨损加剧。
③造成排气冒黑烟，因而热效率下降。
(2)爆燃的解决措施：
①根据汽油机的压缩比选用合适牌号的汽油。
②调整点火提前角至最佳值。
③根据负荷情况改变混合气成分。
④提高汽油机转速和减小符合。
(3)早燃和爆燃的区别：早燃发生于火花点之前，且无压力波产生。
爆燃
是在电火花点火以后，有压力波。
(4)早燃的解决措施：降低燃烧室温度、压力和防止积碳等炽热点形成的
因素和条件。
四、判断
1、喷管GP245
2、余隙容积GP271:
3、压气机的工作原理GP267:气体引入气缸、气体在气缸内进行压缩、气体流
出气缸，输向储气筒。
4、热力过程GP277:压力机进行的实际压缩过程中有热量的传出，气体温度也
有所升高。
不可能是绝热过程（极快压缩）或定温压缩过程（缓慢压缩）。
5、卡诺定理一、二GP150、152
卡诺定理一：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切
可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无
关。
卡诺定理二：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可
逆循环，其热效率必小于可逆循环热效率。
五、填空
1、气体常数GP62（有、无）：只与气体种类有关，而与气体所处状态无关的物
理量。
2、热力学能GP72:理想气体的热力学能是温度的单值函数。
其焓值与压力无关。
对于理想气体，任何一个过程的热力学能变化量都和温度变化相同的定容过程的热力学能变化量相等；
任何一个过程的焓变化量都和温度变化相同的定压过程的变化量相等
3、工质GP9：人们把实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质。
4、平衡状态GP17:在没有外界作用下实现参数保持不变。
对于简单的压缩系而
言，只要两个独立状态参数对应相同，则可判定两个状态相同。
5.-个热力系统与外界如果只有能量交换而无物质交换称为闭口系统，只有既有
能量交换又有物质交换称为开口系统。
（6-13可能为单项选择题）
6．表压力与真空度：当绝对压力大于大气压力时，P=Pb+P。
：当绝对压力小于大气
压力时，P=Pb-P。
7．热力学第一定律：
8．稳定流动能量方程：
9．理想气体的定值摩尔热容中，双原子气体是5R/2。
10.定压过程的技术功：
11.定值比热容计算：
12.状态方程：
13.质量分数：混合气体的质量分数是组分气体质合气体总质量之比，第i 中气体的质量分数用wi表示：wi=mi/m。