发动机燃烧的热力学过程
内燃机燃烧中的热力学分析
内燃机燃烧中的热力学分析第一章：引言内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能进行工作的发动机。
在内燃机中，当发动机的活塞向上运动时，燃料和空气混合物被压缩，而当点火器点火时，混合物燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，这样机械能就被产生了。
内燃机具有功率密度高、重量轻、响应速度快等优点，因此被广泛应用于各种交通工具和动力设备中。
本文旨在对内燃机燃烧中的热力学分析进行深入探讨。
第二章：内燃机燃烧的基本过程当汽油进入汽车发动机的汽缸中时，其首先被注入空气。
空气和汽油混合物在汽缸中被压缩，而点火器点火时，则燃烧开始。
燃烧产生的气体使活塞向下运动，从而将热量转化为机械能。
在这个过程中，汽油分解成一系列小的有机分子，每个分子中都含有氧化剂和还原剂。
当点火器点火时，氧化剂被释放出来，与还原剂反应，燃烧产生高温高压气体。
第三章：内燃机燃烧中的热力学分析热力学分析是研究内燃机中热量转化的一个重要手段。
根据热力学原理，热量转化过程是一个能量守恒的过程。
车用内燃机的热力学分析主要分为两种方法：一是质量平衡法，即用质量守恒法去计算不同燃烧阶段的燃料与空气的进出量，然后利用这些数据去计算热量的输入和输出量；二是热力学平衡法，即在假设燃烧过程中，所有实际反应都遵循热力学平衡的前提下，利用热化学平衡计算出气体成分，从而计算热量的输入和输出量。
第四章：内燃机燃烧的优化内燃机的性能很大程度上受燃料燃烧的影响。
为了提高内燃机效率和降低排放，需要通过燃烧优化来改变燃烧过程。
常见的燃烧优化方法包括：1.燃油预混——在氧化剂中，将燃料和空气混合，使其能更加完全地燃烧；2.调整燃烧室形状——通过改变燃烧室的形状和适当安排喷油嘴和点火器位置，可以降低混合物的点火延迟，提高燃烧效率；3.采用电控喷油技术——通过引入电子控制技术使燃料供应和点火时机更加精确，从而提高燃烧效率；4.采用燃料添加剂——添加剂可以改变燃烧过程的反应特性，使其热值更高，燃烧速率更快，减少涡流和不完全燃烧等问题。
工程热力学冲压发动机工作循环的组成及特点
工程热力学冲压发动机工作循环的组成及特点工程热力学冲压发动机是一种高效的内燃机，它利用冲压运动产生的能量来驱动汽车等机械设备。
冲压发动机的工作循环由四个基本过程组成，包括吸气、压缩、燃烧和排气过程。
本文将介绍冲压发动机工作循环的具体组成，并分析其特点。
一、吸气过程冲压发动机的吸气过程是指气缸内活塞从上死点运动到下死点，以扩大气缸容积，形成负压，吸入新鲜空气的过程。
在吸气过程中，进气阀打开，活塞向下移动，气缸内的压力降低，气缸容积增大。
此时，大气压力推动空气进入气缸，形成吸气过程。
特点：1. 吸气过程是冲压发动机的运行基础，气缸内形成的负压有利于进气效率的提高。
2. 吸气阀的开启和关闭时机决定了进气气体的进入量和进气效率。
二、压缩过程压缩过程是指活塞从下死点开始向上运动，压缩吸入的空气，使其压力和温度升高的过程。
在压缩过程中，进气阀和排气阀都是关闭状态，活塞运动使气缸容积减小，造成气体压力的增加。
特点：1. 压缩过程是冲压发动机工作循环的关键步骤，直接影响到燃烧效率和动力输出。
2. 压缩比是冲压发动机的重要参数，决定了压缩过程中气体的压力增幅。
三、燃烧过程燃烧过程是指压缩气体达到一定温度时，喷入燃油并着火燃烧的过程。
燃烧过程是冲压发动机能量转化的关键环节，通过燃烧释放的热能推动活塞运动。
特点：1. 冲压发动机燃烧过程通常采用内燃式燃烧，即通过点火使燃油和空气混合物燃烧，产生高温高压气体。
2. 燃烧过程中，燃烧室内的压力和温度迅速升高，推动活塞向下运动，产生工作功。
四、排气过程排气过程是指活塞从下死点开始向上运动，将燃烧产生的废气排出燃烧室的过程。
在排气过程中，排气阀打开，活塞向上移动，气缸内的压力下降，将废气排入排气管。
特点：1. 排气过程是将燃烧产生的废气有效排出的过程，对冲压发动机的后续工作循环起到重要影响。
2. 排气阀的开启和关闭时机决定了排气效率和发动机性能。
综上所述，工程热力学冲压发动机的工作循环由吸气、压缩、燃烧和排气四个过程组成。
内燃机应用的热力学原理
内燃机应用的热力学原理1. 引言内燃机是一种将燃料能转化为机械能的热机，广泛应用于汽车、飞机、船舶等交通工具中。
内燃机的工作原理基于热力学原理，通过燃烧燃料产生高温高压气体，并将其转化为机械能，从而驱动交通工具的运动。
2. 内燃机的基本原理内燃机包括燃烧室、气缸、活塞等关键部件。
其基本工作过程如下：•进气过程：活塞下行，进气门打开，气缸内充满混合气（燃料与空气的混合物）。
•压缩过程：活塞上行，进气门关闭，压缩混合气，使其达到高温高压状态。
•燃烧过程：在混合气达到高温高压状态时，喷入点火器点燃混合气，产生爆发力。
•排气过程：活塞下行，排气门打开，将燃烧产生的废气排出气缸。
3. 热力学循环内燃机的工作过程可以用热力学循环来描述。
常用的热力学循环包括奥托循环和迪塞尔循环。
3.1 奥托循环奥托循环是用于汽油发动机的热力学循环。
其基本过程如下：1.进气过程：活塞下行，进气门打开，充满混合气。
2.压缩过程：活塞上行，进气门关闭，压缩混合气。
3.燃烧过程：混合气点燃，产生爆发力，推动活塞下行。
4.排气过程：活塞下行，排气门打开，废气排出。
奥托循环有较高的热效率，适用于轻负荷长时间运行的情况。
3.2 迪塞尔循环迪塞尔循环是用于柴油发动机的热力学循环。
其基本过程如下：1.进气过程：活塞下行，进气门打开，充满空气。
2.压缩过程：活塞上行，进气门关闭，压缩空气。
3.燃烧过程：在压缩空气的同时喷入柴油，柴油自燃产生爆发力，推动活塞下行。
4.排气过程：活塞下行，排气门打开，废气排出。
迪塞尔循环具有较高的热效率和较大的爆发力，适用于高负荷短时间运行的情况。
4. 热力学参数在内燃机的分析中，热力学参数是十分重要的。
常用的热力学参数包括：•压缩比：气缸内气体压缩前后的比值，决定了发动机的效率。
•热效率：燃料能转化为机械能的比率，是内燃机的重要性能指标。
•排气温度：废气排出时的温度，反映了内燃机的工作状态。
•燃烧室温度：燃烧室内混合气点燃时的最高温度，对发动机的寿命和性能有影响。
热力学第一定律的应用举例
热力学第一定律的应用举例热力学是研究热能转化为其他形式能量以及能量转化的规律的科学，而热力学第一定律则是其中的基本定律之一。
热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，指出能量在系统内的增减等于能量的流入和流出之差。
本文将通过几个实际例子来展示热力学第一定律的应用。
举例一：汽车发动机热力学循环汽车发动机是热力学的重要应用领域之一。
以内燃机为例，燃烧室内燃烧产生高温高压气体，该气体推动活塞运动，将热能转化为机械能，驱动汽车前进。
汽车发动机热力学循环通常采用往复式循环（如奥托循环），其中，热能的输入为燃料的燃烧，而输出则为发动机的功率。
根据热力学第一定律，输入的热能减去输出的功率等于内能的增加，即系统内能增加了等于输入能量与输出能量的差值。
举例二：蒸汽动力压力系统蒸汽动力压力系统是许多工业领域中常见的能源转换系统，如蒸汽发电厂、蒸汽涡轮机等。
在这些系统中，燃料的热能被转化为蒸汽的热能，进而驱动涡轮机转动，输出机械功。
蒸汽动力压力系统的能量转化过程符合热力学第一定律：输入的热能减去输出的功率等于系统内能的增加。
举例三：太阳能热水器太阳能热水器利用太阳能将光能转化为热能，供应家庭热水使用。
太阳能热水器的热力学过程也符合热力学第一定律。
在该系统中，太阳能辐射进入集热器，被吸收后转化为热能，然后传输到水箱中加热水。
因为水的温度升高，系统内能增加，实现了能量的转化。
举例四：空调制冷空调系统是许多场所必不可少的设备，在现代生活中得到了广泛应用。
空调的制冷过程也遵循热力学第一定律。
在制冷循环过程中，制冷剂通过压缩、冷凝、蒸发等过程，将室内的热量排出，实现室内温度的降低。
根据热力学第一定律，制冷系统的输入功率等于系统内能的减少，也就是室内热量的减少。
综上所述，热力学第一定律的应用举例很广泛，涉及到许多领域，如发动机技术、能源系统、太阳能利用和制冷等。
通过热力学第一定律的应用，我们可以更好地理解能量的转化和守恒，为实际生活中的能源利用和工程设计提供指导和优化方案。
航空发动机燃烧学_(一) 燃烧化学热力学_
由热力学第一定律得
Hreac nihi H prod nihi
reac
prod
1
等压燃烧绝热火焰温度
-6-
Hreac 1 74,831 2 0 7.52 0
-1-
燃烧学概念及定义
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
-2-
1 化学恰当比 22 当油量气比比 3 当量比 4 余气系数 5 绝对焓和生成焓
0
引言
-3-
1
化学恰当比
-4-
考虑各种元素的质量守恒，一个化学反应可以写成如下形式：
iAi i'Ai
反应物
1 —— 化学恰当比混合物(stoichiometric ~)
2
1 —— 贫燃料混合物(lean mixture)
在燃烧室中，我们用其来表示实际燃油质量与实际空气按化学 恰当比燃烧所需理论燃油质量之比，其定义为
4
余气系数(过量空气系数)
-9-
余气系数α：燃烧室中实际空气质量与实际燃油按化学恰当比燃烧所需 理论空气质量之比，其定义为
H prod nihi Hreac ni hi
prod
reac
hi (T ) = 生成焓+显焓
T1， T2分别为反应初态
和反应终态的温度。
一般产物的组分指的是化学平衡时的组分，而它与产物本 身的温度有关。所以求解能量方程是一个反复迭代的过程。
1
等压燃烧绝热火焰温度
-5-
【例1】初始压力为1atm，初始温度为298K的甲烷和空气以化学计量比混合
后进行绝热等压燃烧，假设（1）“完全燃烧”，即产物中只有CO2，H2O
发动机 工作原理
发动机工作原理
发动机是一种将化学能转化为机械能的装置，主要用于推动汽车、飞机、船舶等运输工具。
发动机的工作原理是通过燃烧燃料产生高温高压气体，以驱动活塞作往复运动，再将活塞运动转化为旋转运动，从而推动车辆或机器。
发动机的工作过程分为四个基本循环：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，在进气阶段，发动机的活塞下行，气门打开，使燃料和空气混合物进入燃烧室。
接着，在压缩阶段，活塞向上运动，气门关闭，将混合物压缩成高压状态。
然后，在燃烧阶段，引火系统引燃混合物，形成火焰，火焰的热能使气体放出高温高压气体。
最后，在排气阶段，活塞再次向下运动，将高温高压气体排放到排气系统中。
发动机的工作原理是基于能量守恒和热力学原理的。
燃料在燃烧室中燃烧时释放出的热能转化为气体的内能，使气体的压力和温度增加。
活塞运动将这部分能量转化为机械能，并通过连杆和曲轴传输到输出轴，推动车辆或机器的运动。
发动机的效率取决于燃烧过程的充分程度、压力比、温度比及排气阻力等因素。
提高发动机效率的方法包括提高压缩比、改善点火系统、减少燃料损耗和排气阻力等。
总之，发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体，以驱动活塞作往复运动，并将活塞运动转化为旋转运动，从而将化学能转化为机械能，推动车辆或机器的运动。
发动机的工作原理是基于能量守恒和热力学原理的。
内燃机四冲程能量转换
内燃机四冲程能量转换
内燃机是指将化学能转化为机械能的热力发动机。
其工作原理是通过燃烧燃料与空气的混合物,获得高温高压的燃气,利用燃气的膨胀做功。
目前,绝大多数内燃机都采用四冲程工作循环,包括吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。
1. 吸气冲程:活塞向下运动,气缸内形成负压,混合气体被吸入气缸内。
在此过程中,化学能被带入气缸。
2. 压缩冲程:活塞向上运动,混合气体在气缸内被压缩,压力和温度升高。
3. 燃烧冲程:当活塞达到上止点时,火花塞放电引燃混合气体。
燃料的化学能释放出热能,高温高压的燃气对活塞做功,将热能转化为机械能。
4.排气冲程:活塞向下运动,排出燃烧后残余的燃气,为下一个循环做准备。
通过上述四个冲程,内燃机实现了化学能到热能,再到机械能的转换过程。
其中,燃烧冲程是能量转换的关键环节,化学能转化为热能,热能又被部分转化为机械能。
发动机的效率主要取决于燃烧的完全程度和热量利用率。
内燃机通过周期性的吸气、压缩、燃烧和排气,将化学燃料的能量转化为有用的机械能,推动汽车、船舶等运输工具以及发电机组等设备运转。
工程热力学固体火箭发动机工作原理及特点
工程热力学固体火箭发动机工作原理及特点工程热力学固体火箭发动机是一种重要的推进器，其工作原理和特点对于火箭技术的研究和应用有着重要的意义。
本文将深入探讨工程热力学固体火箭发动机的工作原理和特点。
一、工作原理工程热力学固体火箭发动机的工作原理是基于火箭发动机的基本原理。
当工程热力学固体火箭发动机启动时，首先点火引发固体燃料的燃烧反应。
在燃烧过程中，固体燃料迅速分解产生大量高温燃气，同时释放出大量热能。
这些燃气在燃烧室内高速喷射，产生巨大的反作用力，推动火箭发动机加速前进。
在燃烧室内，高温燃气与喷嘴壁面接触，使得燃气进行膨胀，同时通过喷嘴的收缩使得气流速度增大。
这种膨胀和加速的作用使得燃气排出喷嘴，推动火箭前进。
工程热力学固体火箭发动机的推力主要来自于离子推动力，即通过高温高速的排气流使得火箭产生反作用力。
二、特点1. 燃料高能量密度：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机的燃料具有更高的能量密度，能够提供更大的推力。
因此，固体火箭发动机常常被用于需要高推力的任务，如卫星发射和太空探索等。
2. 数量可控：固体火箭发动机的燃料形式是固态的，容易储存和运输。
同时，固体燃料的燃烧速度可以通过改变燃料的成分和结构来控制，从而实现对火箭推力和飞行参数的精确控制。
3. 启动简单可靠：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机启动简单可靠。
只需对固体燃料进行点火，无需燃料供应系统和点火系统，提高了火箭的可操作性和安全性。
4. 结构简单紧凑：固体火箭发动机的结构相对简单，由燃烧室、喷嘴和固体燃料组成。
相比之下，液体火箭发动机需要燃料供应系统和液体氧化剂系统等复杂设备。
因此，固体火箭发动机具有更小、更轻、更紧凑的特点。
5. 使用寿命长：由于固体火箭发动机没有液体燃料的流失和蒸发问题，因此具有更长的使用寿命。
这使得固体火箭发动机适用于一些需要长时间运行的任务，如卫星定点轨道和深空探测等。
总结：工程热力学固体火箭发动机是一种重要的火箭推进器，其工作原理和特点使其广泛应用于卫星发射、太空探索等领域。
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课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
本状态参数。
内能（U）、熵（S）、焓（H）。
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温度
温度表示气体的冷热程度。按分子运动论，气体的温度是 气体内部分子不规则运动剧烈程度的物理量。气体的温度 越高，气体内部分子的平均动能就越大。
热力学温度:开氏温度，用符号T表示，单位为开尔文，单
位符号为“K” （基本温标)。热力学温度以水的三相点温 度为基本定点温度(即水的固、液、气三态共存时的温度)， 并规定其温度为273.15K。于是1K就是水的三相点温度的 1/273.15。
1 kPa =103Pa
1 MPa =106Pa
压力的表示方法：
1.绝对压力：指气体作用在容器壁上的真实压力,用p表示。
2.表压力：当气体的绝对压力高于大气压力时，压力表指示的数值
就pg表是示表。压其力关。系表式压为力p等g=于p-气p0 体。的绝对压力与大气压力p0的差值，用
3.真空度：当气体的绝对压力低于大气压力时，真空表测量的数值
14/21
一、功、热量和内能
3．内能 气体的内能是指气体内部所具有的各种能量的总和，由气体分 子运动的动能和分子间位能组成。 内能是气体的状态参数。 对于理想气体，因假设其分子间没有引力，其位能为零，所
以其内能仅指其内部动能，它是温度T的单值函数。 1kg气体的内能用符号u表示，单位为J/kg或kJ/kg，则
就示是。真其空关度系。式真为空pv=度p0等－于p。大气压力与气体绝对压力的差值，用pv表
注意：只有绝对压力才是状态参数。
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比体积
比体积：单位质量的气体所占的体积，称为气体的比体
积。用符号v表示，单位为m3/kg。
v
V m
密度：单位体积的气体所具有的质量称为密度，以符号 ρ 表示，其单位为kg/m3。
工程上的温度：摄氏温度，用符号t表示，单位符号为
“℃”。 摄氏温度与开氏温度的关系为：
t＝T－273.15
注意：只有开氏温度才是状态参数。
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压力
定义：气体在单位面积容器壁上的垂直作用力,用符号p表示，单
位是帕斯卡，简称为帕（Pa）。由于帕很小，工程上常用千帕 （kPa）或兆帕（MPa）为单位。
2．热量
热量是由于温度的不同，系统和外界之间穿越边界而传递的能 量。
热量的国际单位与功一样为焦耳，单位符号为“J”或“kJ”。 热量通常用比热来计算。比热是指单位量的物质温度每变化1K 时吸收或放出的热量，用符号c表示，即 c dq
dT
式中：dq——单位量的物质在温度变化dT时吸收或放出的热量。
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第一章 发动机原理基础知识
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
气体的热力性质 热力学第一定律 热力学第二定律 发动机的循环 发动机的性能指标 发动机的机械效率
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第一节 气体的热力性质
一、基本概念 二、基本状态参数 三、理想气体状态方程
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一、基本概念
1.工质:实现热能与机械能相互转换的工作物质（气体）。 2.热力系统和外界:把作为研究对象的某一宏观尺寸范围内的 工质总称为热力系统，如汽缸内的气体；把热力系统以外和 热功转换过程有关的其他物体统称为外界，如汽缸体。 3.热力状态:把工质在某一时刻所处的宏观状态称为工质的 “热力状态”，简称“状态”。工质的热力状态用物理量来 描述，这些物理量称为气体的状态参数，如温度、压力和比 体积等。 4.热力过程:将热力系统中的工质从某一初始状态变化到另一 状态所经历的整个过程称为热力过程。
位为kJ/（kg·K）。
11/21
第二节 热力学第一定律
一、功、热量和内能 二、热力学第一定律
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一、功、热量和内能
1．功
当气体的压力和容积发生变化时，气体与外界之间相互传递的 机械能称之为功，用W表示。单位为焦耳，单位符号为“J” 或“kJ”， 1kJ=103J。
1kg气体容积（即比体积）的微小变化量为:
u = f（T） 1kg气体的温度从T1变化到T2时，其内能的变化量△u为:
△u = u2－u1 = f（T2）－f（T1）
mT2k时g气，体其的内内能能的用变符化号量U△表U示为，: 单位为J或kJ，温度从T1变化到
dv = Adx 1kg气体对外界所作的微元功为:
dw= pAdxv2 pdv
若汽缸内的气体为mkg，其总容积Vv1=mv，
则mkg气体从状态1变化到状态2对外所作
的功为: W mw v2 pmdv V2 pdV
v1
V1
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一、功、热量和内能
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热力系统分类
• 开口系统：与外界不仅有能量交换，又有物质交换 的系统。
• 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系 统。
• 绝热系统：与外界没有热量交换的系统。 • 孤立系统：与外界既无能量交换，也无物质交换的
系统。
6/21
二、基本状态参数
气体常用的状态参数有6个，其中温度（T）、 压力（p）和比体积（ν ）这三个物理量，称基
m
V
10/21
三、理想气体状态方程
理想气体：分子不占体积、分子之间没有吸力的气体。 理想气体状态方程式（克拉贝隆方程式）：温度、压力、
比体积之间关系式。
1ｋｇ理想气体： pv RT
ｍｋｇ理想气体： pV mRT
式中：V—mkg理想气体的总容积，V=mv。 R—气体常数，其数值取决于气体的性质，单
1kg气体的温度变化dT时，吸收或放出的微元热量dq为:dq=cdT
1kg气体的温度从T1 mkg气体的温度从T1
T2时，吸收或放出的热量q为: T2时，吸收或放出的热量Q为:
q T2 cdT T1
规定:气体从外界吸收热量为正，向外界放出热量为负Q 。mq
T2 T1
mcdT
注意：功和热量都不是状态参数。