有限时间热力学——优化活塞行程改进的发动机性能
航空发动机设计及性能优化研究
航空发动机设计及性能优化研究航空发动机是现代飞机的核心部件，它的性能直接关系到飞机的安全、航程、载荷和燃油消耗等方面。
因此，航空发动机的设计和性能优化一直是航空工程领域的研究热点和难点。
一、航空发动机设计的基本原理航空发动机的设计首先要考虑的是它的功率和效率。
发动机的功率主要是指推力和转速，而发动机的效率则主要是指燃料的利用率。
在设计航空发动机时，一般会采用下列基本原理：1. 燃烧室设计燃烧室是航空发动机的关键部件，它决定了燃料的燃烧效率和燃烧生成物的排放控制。
燃烧室的设计需要考虑燃烧效率、温度、安全性和耐久性等方面，尽可能地将燃烧过程控制在最佳状态。
2. 涡轮设计涡轮是航空发动机的动力来源，它通过转动压缩空气，产生高速气流，并驱动前后两个涡轮叶片，进而产生推力。
涡轮的设计需要考虑转速、叶片数量、叶片形状、叶片材料和厚度等因素，以保证其稳定性和效率。
3. 压气机设计压气机是航空发动机的另一个关键部件，它主要用于将空气压缩至高压状态，为燃烧室提供所需的空气压力。
压气机的设计需要考虑叶片形状、叶片数量、材料、密度等因素，以保证可靠性和效率。
二、航空发动机性能优化的方法航空发动机的性能优化主要是指在保证安全性和可靠性的前提下，尽可能提高发动机效率、降低燃料消耗和减少污染排放。
目前，航空发动机性能优化主要采用以下方法：1. 模拟仿真模拟仿真是一种基于计算机模型的虚拟实验方法，它可以在不同的条件下对发动机进行模拟仿真，从而通过分析数据，提出优化方案。
模拟仿真可以帮助工程师在设计阶段找到问题并进行改进，从而提高发动机性能。
2. 优化算法优化算法主要是一种基于数学模型的计算方法，通过对不同的变量进行数学分析和计算，以找到最优解。
优化算法可以用于寻找最优的设计方案、材料和工艺等，从而提高发动机的效率和性能。
3. 实验验证实验验证是航空发动机性能优化的最终环节。
通过现场实验或试验台实验，掌握发动机在实际工作状态下性能的情况，并监测发动机的运行状况。
工程热力学喷气发动机热效率的计算及改进方法
工程热力学喷气发动机热效率的计算及改进方法喷气发动机是现代飞机、火箭等航空航天器中广泛应用的动力装置。
在发动机的设计和改进过程中，热效率是一个重要的指标。
本文将探讨工程热力学中喷气发动机热效率计算的基本原理，并介绍一些改进方法，以提高热效率。
热效率的定义是发动机输出功与燃料燃烧产生的热量之比。
喷气发动机中，热效率的计算方法可以通过以下公式表示：η = (W_j - W_c)/Q_f其中，η表示热效率，W_j表示喷气发动机的机械功输出，W_c表示喷气发动机的压缩功消耗，Q_f表示燃料的燃烧产生的热量。
首先，我们来计算喷气发动机的机械功输出。
机械功输出可以通过引擎的推力和飞行速度计算得到。
推力可以通过推力方程计算，而飞行速度可以通过空气动力学原理和飞机的设计参数计算得到。
将推力和飞行速度代入计算公式，即可得到喷气发动机的机械功输出。
其次，我们需要计算喷气发动机的压缩功消耗。
压缩功消耗是由于喷气发动机中的压缩过程所产生的。
压缩功可以通过热力学公式计算得到，其中需要知道进口和出口的状态参数。
通过测量和实验，可以得到喷气发动机中压缩过程的参数，将这些参数代入计算公式，即可得到压缩功消耗。
最后，我们需要计算燃料的燃烧产生的热量。
燃料的燃烧产生的热量可以通过燃料的燃烧热值计算得到。
燃烧热值是燃料在燃烧过程中所释放的热量。
将燃烧热值代入计算公式，即可得到燃烧产生的热量。
通过上述计算，我们可以得到喷气发动机的热效率。
然而，为了进一步提高热效率，我们可以采取一些改进方法。
第一种改进方法是增加喷气发动机的压缩比。
增加压缩比可以提高发动机的热效率。
然而，过高的压缩比可能导致过热和爆震等问题，所以需要在设计过程中进行综合考虑。
第二种改进方法是改进燃烧室的设计。
燃烧室是喷气发动机中燃料燃烧的地方，燃烧室的设计直接影响燃烧效率和热效率。
通过优化燃烧室结构和燃料喷射方式，可以提高燃烧效率和热效率。
第三种改进方法是改进涡轮的设计。
发动机活塞行程名词解释__概述说明以及解释
发动机活塞行程名词解释概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文将详细解释发动机活塞行程的相关术语及概念。
在汽车或其他机械设备的发动机中，活塞行程是指活塞从上死点到下死点再返回上死点的运动过程。
这一过程可以分为四个阶段：进气冲程、压缩冲程、工作冲程和排气冲程。
对于理解发动机的工作原理和性能提升具有至关重要的意义。
1.2 文章结构该文章分为五个主要部分，包括引言、发动机活塞行程名词解释、正文部分一、正文部分二和结论部分。
在“发动机活塞行程名词解释”部分，我们将对活塞行程的概述以及与之相关的一些术语进行详细说明。
接下来两个正文部分将深入探讨活塞行程的各个方面，并提供相关实例和图表加以说明。
最后，在结论部分，我们将总结并回顾本文的主要内容，并对未来发展方向进行展望。
1.3 目的本文旨在帮助读者理解和掌握与发动机活塞行程有关的关键概念和术语，以便更好地理解汽车发动机的工作原理和性能。
通过阐述活塞行程的定义、过程和影响因素，读者将能够深入了解发动机的运行规律，并为日后的学习和实践提供坚实的基础。
2. 发动机活塞行程名词解释：2.1 活塞行程概述发动机活塞行程是指活塞在每个往复运动中所经历的完整过程，包括：吸气行程、压缩行程、爆燃推动行程和排气行程。
这四个步骤将化学能转变为机械能，驱动发动机正常工作。
2.2 第一要点吸气行程：活塞从上止点向下运动，汽缸内形成负压，进气门打开，混合气通过进气道进入燃烧室。
随着活塞的下降，汽缸内的容积逐渐增大。
2.3 第二要点压缩行程：当活塞达到下止点时，进气门关闭，排气门也保持关闭状态。
此时，活塞开始向上运动，将混合气体压缩至最小体积。
高温和高压条件使混合物易于点燃。
这两个要点描述了发动机活塞在往复运动中的第一个半循环。
接下来将继续介绍发动机活塞在另外两个半循环中的工作过程，并对其进行详细解释和说明。
3. 正文部分一:3.1 概述说明:在发动机中，活塞行程是指活塞从上死点到下死点再返回上死点的往复运动过程。
基于GT-Power仿真的2
基于GT-Power仿真的2.0L汽油机动力性能分析与优化在汽车工业中，动力性能一直是一个重要的指标。
在这篇文章中，我们将使用GT-Power仿真软件来分析和优化一个2.0升汽油发动机的动力性能。
首先，让我们看一下这个2.0升汽油发动机的基本参数。
这个发动机的气缸数为4，气缸直径为86毫米，活塞行程为86毫米，压缩比为11.5:1，最大功率输出为132千瓦/6,500转/分钟，峰值扭矩为245牛·米/4,000转/分钟。
通过GT-Power软件的模拟分析，我们可以得到发动机在不同转数下的输出功率和扭矩。
其中，从曲线上可以看出，该发动机的最大功率输出点在6,500转/分钟，最大扭矩输出点在4,000转/分钟。
此外，我们还可以通过GT-Power软件进行优化，以改进发动机的动力性能。
我们可以调整气门正时、燃油喷射时间和点火提前角等参数。
通过对这些参数的调整，我们可以使发动机在更广的转速范围内产生更大的功率和扭矩输出。
例如，我们可以将气门正时延迟10度，燃油喷射时间提前5度，点火提前角提前3度等等。
在进行优化后，我们可以看到发动机的最大功率输出已经从132千瓦提高到了138千瓦，最大扭矩也从245牛·米提高到了252牛·米。
此外，在转速低于4,000转/分钟时，汽车的动力性能有了显著的提升。
综上所述，通过GT-Power仿真软件对2.0升汽油发动机的动力性能进行分析和优化，可以大大提高发动机的输出功率和扭矩，从而提高汽车的加速和行驶性能。
这对汽车工业的发展和普及都具有积极意义。
除了对发动机的基本参数进行优化外，GT-Power软件还可以通过虚拟曲轴轨迹、进气道、排气道等的调整，进一步改进发动机的动力性能。
其中，改变曲轴的轨迹可以改变气缸内压力和容积，从而改变发动机的效率。
在GT-Power软件中，我们可以根据需要调整气缸内的最大容积，从而影响气缸的压缩比和燃烧效率。
预测曲轴轨迹的变化可以使发动机在不同的负载和转速下提供更多的扭矩和动力。
自由活塞斯特林发动机Re-1000的模拟研究
自由活塞斯特林发动机Re-1000的模拟研究陈曦;崔浩【摘要】为了掌握自由活塞斯特林发动机的设计方法,采用Sage软件建立了自由活塞斯特林发动机Re-1000的一维模型.模拟结果和实验结果比较显示,输出功率、热效率的模拟值和实验值呈相同的变化趋势.输出功率模拟值与实验值误差约为15％,热效率模拟值比实验值大4％.证明了Sage软件模拟自由活塞斯特林发动机具有较好的准确性,对优化自由活塞斯特林发动机性能有一定意义.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2018(024)005【总页数】5页(P304-308)【关键词】自由活塞斯特林发动机;Re-1000;数值模拟;SAGE【作者】陈曦;崔浩【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TK124;TB651+.50 引言1816年，苏格兰牧师Robert Stirling发明了斯特林发动机（又称热气机），是一种外燃、闭式循环、往复活塞式的能量转换装置[1]。
20世纪60年代，俄亥俄大学机械工程学院教授William Beale改进斯特林发动机结构，发明了自由活塞斯特林发动机（FPSE），具有效率高、寿命长、结构简单、噪声低、不易磨损和可自启动等优点[2]。
按Martini的命名规则，斯特林发动机热力学分析方法主要分为五类：零级分析法、一级分析法、二级分析法、三级分析法和四级分析法。
零级分析法，即实验模型，斯特林发动机输出功率的估算公式来源于大量实验数据。
目前为止主要有三种：Malmo公式法、指示功率法和Beale数法[3]。
一级分析法又称为等温分析法，最主要的假设是热腔和冷腔内工质的循环温度恒定，通过理论推导一般可得到解析解，进而可考虑各种热损失和流动损失。
一级分析法首先由Schmidt[4]完成。
Schmidt并没考虑热损失和流动损失，因此，在实际应用时需要对Schmidt分析结果进行修正，修正系数一般为0.45～0.55[5]。
内燃机原理课后习题与答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程;1进气过程：为了使发动机连续运转,必须不断吸入新鲜工质,即是进气过程;此时进气门开启,排气门关闭,活塞由上止点向下止点移动;2压缩过程：此时进排气门关闭,活塞由下止点向上止点移动,缸内工质受到压缩、温度;压力不断上升,工质受压缩的程度用压缩比表示;3燃烧过程：期间进排气门关闭,活塞在上止点前后;作用是将燃料的化学能转化为热能,使工质的压力和温度升高,燃烧放热多,靠近上止点,热效率越高;4膨胀过程：此时,进排气门均关闭,高温高压的工质推动活塞,由上止点向下至点移动而膨胀做功,气体的压力、温度也随之迅速下降;5排气过程：当膨胀过程接近终了时,排气门打开,废气开始靠自身压力自由排气,膨胀过程结束时,活塞由下止点返回上止点,将气缸内废气移除;3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么可采取哪些基本措施提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失;提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积,缩短后燃期能减小传热损失;⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失;⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失;⑷加强燃烧室气流运动,改善混合气均匀性,优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失;⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失;⑹采用合理的配缸间隙,提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失;4.什么是发动机的指示指标主要有哪些答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标;它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率;5.什么是发动机的有效指标主要有哪些答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标;主要有：1发动机动力性指标,包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2发动机经济性指标,包括有效热效率.有效燃油消耗率；3发动机强化指标,包括升功率PL.比质量me;强化系数PmeCm.6.总结提高发动机动力性能和经济性能的基本途径;①增大气缸直径,增加气缸数②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数⑤提高转速⑥提高机械效率⑦用二冲程提高升功率;7.什么是发动机的平均有效压力、油耗率、有效热效率各有什么意义平均有效压力是指发动机单位气缸工作容积所作的有效功;平均有效压力是从最终发动机实际输出转矩的角度来评定气缸工作容积的利用率,是衡量发动机动力性能方面的一个很重要的指标;有效燃油消耗率是单位有效功的耗油量,通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示; 有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比值; 有效热效率和有效燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标;8.发动机的机械损失主要包括哪些摩擦损失,驱动各种附件损失,带动机械增压器损失,泵气损失9.什么是机械效率受哪些因素影响有何意义机械效率是有效功率与指示功率的比值;影响因素：①转速和活塞平均速度②负荷③润滑油温度和冷却水温度,意义：比较机械损失所占比例的大小;10.如何测定机械效率适用于汽油机的是哪种方法为什么通过发动机试验测定,常用方法有示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法;倒拖法适用于汽油机;11.简述汽油机和柴油机工作循环的区别汽油机和柴油机的工作循环同样有进气,压缩,燃烧工作,排气四个过程;它们的不同的点；1汽油机在进气道,进入汽缸内的气体是有一定比例的汽油和空气称做可燃混合气；柴油机在进气道,进入汽缸内的气体是纯净的空气;2在压缩的过程;汽油机与柴油机是没有区别的,只是被压缩的气体,成分不同;3燃烧过程,汽油机与柴油机的区别较大;汽油本身物质燃点较低,经压缩后给一个高压的电火花就将其点燃了,而且燃烧的速度比柴油快；柴油本身物质密度较大,要在高温和高压的条件下才能自行燃烧,经压缩后的纯净空气正好满足了这个条件,这时即刻向汽缸喷入高压油使其燃烧;柴油的热值比汽油高产生的动力比汽油机大;4排气过程基本是一样的;废弃物都是二氧化碳和水,但是由于汽油的燃烧速度太快需要加入抗爆剂,因此排放不如柴油机清洁13.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机1.柴油机的压缩比高,作功时膨胀得更厉害;2.柴油机油气混合时空燃比远大于1,是富氧燃烧,燃料可以充分燃烧;汽油机燃烧的空燃比在1左右,因为没有足够的氧气,汽油不能完全燃烧;14.柴油机工作循环为什么不采用等容加热循环定容加热理想循环又称奥托循环,基于这种循环而制造的煤气机和汽油机是最早的活塞式内燃机;由于煤气机、汽油机和柴油机燃料性质不同,机器的构造也不同,其燃烧过程接近于定容过程,不再有边燃烧边膨胀接近于定压的过程,故而在热力学分析中,奥托循环可以看作不存在定压加热过程的混合加热理想循环;定容加热循环被压缩的是燃料和空气的混合物,要受混合气体自燃温度的限制,存在“爆燃”的问题,效率不会太高;定压加热循环压缩的仅仅是空气,不存在“爆燃”的问题,效率高,所以柴油机采用的是后者而不是前者第二章发动机的换气过程1.为什么发动机进气门迟后关闭、排气门提前开启;提前与迟后的角度与哪些因素有关答：1进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能,实现在下止点后继续充气,增加进气量;排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制,若是活塞在下至点时才打开排气门,则在气门开启的初期,开度极小,废气不能通畅流出,缸内压力来不及下降,在活塞向上回行时形成较大的反压力,增加排气行程所消耗的功2提前与迟后的角度与哪些因素有关配气相位的合理选择要从哪几个方面衡量：①充气效率的变化是否符合动力性要求;②换气损失尽可能的小;③能否保证必要的燃烧室扫气作用;④排放指标好;2. 四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段,这几个阶段时如何界定的答：1自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期;强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期; 进气过程：进气门开启到关闭这段时期;气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启,所以进.排气门同时打开这段时期;3 影响充量系数的主要因素有哪些答：1.进气门关闭时缸内的压力; 2.进气门关闭时缸内气体温度; 3.残余废气量; 4.进排气相位角; 5.发动机压缩比; 6.进气状态;第三章发动机废气涡轮增压3为什么增压后需要采用进气中冷技术答：对增压器出口空气进行冷却,一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度,提高发动机的功率输出,另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度,从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放;5 车用发动机采用增压时应注意哪些问题答：1适当降低压缩比,加大过量空气系数;2对供油系统进行结构改造,增加每循环供油率;3合理改进配齐相位;4进排气系统设计要与增压系统的要求一致;5对增压器出口空气进行冷却;7 汽油机增压的技术难点有哪些限制汽油机增压的主要技术障碍时：爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等; 第四章燃料与燃烧化学1 我国的汽油和轻柴油时分别根据哪个指标来确定牌号的答：汽油根据辛烷值来确定牌号；轻柴油按凝点来确定牌号;2 蒸发性不好和太好的汽油,在使用中各有什么缺点和可能产生的问题答：蒸发性过强的汽油在炎热夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时,容易使发动机的供油系统产生“气阻”,甚至发生供油中断;另外,在储存和运输过程中的蒸发损失也会增加；蒸发性若的汽油,难以形成良好的混合气,这样不仅会造成发动机启动困难,加速缓慢,而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定,油耗上升;如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上,还会破坏润滑油膜,甚至窜入曲轴箱稀释润滑油,从而使发动机润滑遭破坏,造成机件磨损增大;3 试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义;答：辛烷值用来表示汽油的抗爆性,抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力;辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值;在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定;采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示;柴油十六烷值时用来评定柴油的自燃性;将十六烷值规定为100的正十六烷和规定十六烷值为0的α-甲基萘按不同比列混合得出不同十六烷值的标准燃料,其十六烷值为该混合气中正十六烷的体积百分比;如果某种柴油与某标准燃料的自燃性相同,则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值;4什么是过量空气系数它与混合气浓度有什么关系答：发动机工作过程中,燃烧1kg燃油实际共给的空气量与理论空气量之比,称为过量空气系数;过量空气系数大于1称为稀混合气,等于1称为标准混合气,小于1称为浓混合气;8 发动机采用代用燃料的意义是什么答：减缓石油消耗速度,改善发动机的动力性和燃油经济性,降低有害物质排放;第五章柴油机混合气的形成与燃烧1.以柱塞式喷油泵为例简述柴油机燃料喷射过程柱塞式喷油泵一般由柴油机曲轴的定时齿轮驱动,固定在喷油泵体上的活塞式输油泵由喷油泵的凸轮轴驱动,当柴油机工作时,输油泵从油箱洗出柴油,经油水分离器除去柴油中的水分,再经燃油滤清器,滤清柴油中的杂质,然后送入喷油泵,在喷油泵内,柴油经过增压和计量之后,经高压油管供入喷油器,最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室;喷油泵前端装有喷油提前角调节器,后端与调速器组成一体,输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均流回油管返回油箱3 什么时供油提前角和喷油提前角解释两者的关系以及对柴油机性能的影响;答：供油系统的理论供油始点到上止点为止,曲轴转过的角度叫供油提前角;喷油器的针阀开始升起也就是喷油始点到上止点间曲轴转过的角度叫喷油提前角;供油提前角的大小决定了喷油提前角,供油提前角越大,喷油提前角约到;但两者并不同步增大,两者之差称为喷油延迟角;影响：发动机转速越高,高压油管越长,喷油延迟角越大,它越大,在着火期间喷入的油越多,低压油喷入气缸的量增多,燃油雾化变差,燃烧不充分,易产生积碳堵塞喷油孔的现象,降低柴油机的性能;5 柴油机有哪些异常喷射现象和他们可能出现的工况简述二次喷射产生的原因和危害及消除方法;答：柴油机有二次喷射、断续喷射、不规则喷射、隔次喷射和滴油这几种异常喷射现象;二次喷射易发生在高速、大负荷工况下；断续喷射常发生于某一瞬间喷油泵的供油量小于喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和;不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下;二次喷射是在压力波动影响下针阀落座后再次升起造成的;由于二次喷射是在燃油压力较低的情况下喷射的,导致这部分燃油雾化不良,燃烧不完全,碳烟增多,并易引起喷孔积炭堵塞;此外,二次喷射还使整个喷射持续时间拉长,则燃烧过程不能及时进行,造成经济性下降,零部件过热等不良后果; 为避免出现不正常喷射现象,应尽可能地缩短高压油管的长度,减小高压容积,以降低压力波动,减小其影响;并合理选择喷射系统的参数;7.试述柴油机燃烧过程,说明压力升高率的大小对柴油机性能的影响柴油机燃烧过程：着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期影响：过大的压力升高率会使柴油机工作粗暴,噪声明显增加,运动零部件受到过大冲击载荷,寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高,使氮氧化物生成量明显增加8.燃烧放热规律三要素是什么什么是柴油机合理的燃烧放热规律答：一般将燃烧放热始点相位、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素; 合理的放热规律是：燃烧要先缓后急;在初期的燃烧放热要缓慢以降低NOx的排放,在中期要保持快速燃烧放热以提高动力性和经济性能,在后期要尽可能缩短燃烧以便降低烟度和颗粒的排放;9.简述柴油机的混合气形成的特点和方式柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气,在压缩过程接近终了时才被喷入,经一定准备后既自行着火燃烧;由于柴油机的混合气形成的时间比汽油机短促得多,而且柴油的蒸发性和流动性都较汽油差,使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并与空气均匀混合,因而柴油机可燃混合气的品质较汽油机差;因此柴油机不得不采用较大的过量空气系数,使喷入燃烧室内的柴油能够燃烧得比较完全柴油机混合气形成方式从原理上来分,有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种10.简述直喷式燃烧室柴油机的性能特点,并与分隔式燃烧室柴油机进行比对;直喷式燃烧室柴油机的性能特点：1燃烧迅速,所以经济性好,燃油消耗率低,但工作粗暴,压升率高,燃烧噪声大2燃烧室结构简单,表面积与体积的比小,散热损失小,没有主副燃烧室的流动损失,冷启动性能好,经济性好3对喷射系统要求较高4NOx排放量较分隔式燃烧室高特别在高负荷区；微粒排放量较低5对转速变化较为敏感分隔式燃烧室柴油机的性能特点：1主要靠强烈的空气运动来保证较好的混合气质量,空气利用率较高α=1.22随转速的提高,空气运动强度增大,高速下性能较好3对喷射系统要求较低4结构复杂,表面积与体积的比大,散热损失和流动损失大,比直喷式燃烧室柴油机效率低,经济性差5由于散热损失大使起动性能变差6先在副燃烧室着火,主燃烧室压力上升缓慢,工作平稳,燃烧噪声小,但对经济性不利7对燃油不太敏感,有较强的适应性8除低负荷下的碳烟排放量大外,其余由于直喷式11柴油机燃烧过程优化的基本原则是什么答：1油-气-燃烧室的最佳配合;2控制着火落后其内混合气生成量;3合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动;4紧凑的燃烧室形状;5加强燃烧期间和燃烧后期的扰流;6优化运转参数;12 什么是柴油机合理的喷油规律答：喷射开始时段的喷油率不能太高,以便控制着火落后期内形成的可燃混合气量,降低初期放热率,防止工作粗暴;在燃烧开始后,应有较高的喷油率以期缩短喷油持续期,加快燃烧速率,同时尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动,以防止不正常喷射现象;第六章汽油机混合气的形成与燃烧1.说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及对它们的要求燃烧过程：1着火落后期：它对每一循环都可能有变动,有时最大值是最小值的数倍;要求：为了提高效率,希望尽量缩短着火落后期,为了发动机稳定运行,希望着火落后期保持稳定2明显燃烧期：压力升高很快,压力升高率在0.2-0.4MPa/°;希望压力升高率合适3后燃期：湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料,以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧;希望后燃期尽可能的短;2.爆燃燃烧产生的原因是什么它会带来什么不良后果答：燃烧室边缘区域混合气也就是末端混合气燃烧前化学反应过于迅速,以至在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然,引发爆燃; 爆燃会给柴油机带来很多危害,发生爆燃时,最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大,因而相关零部件所受应力大幅增加,机械负荷增大；爆燃时压力冲击波冲击缸壁破坏了油膜层,导致活塞、气缸、活塞环磨损加剧,爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温度明显升高,热负荷及散热损失增加,这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化;3.爆燃和早燃有什么区别答：早然是指在火花塞点火之前,炽热表面点燃混合气的现象;爆燃是指末端混合气在火焰锋面到达之前即以低温多阶段方式开始自然的现象;早燃会诱发爆燃,爆燃又会让更多的炽热表面温度升高,促使更加剧烈的表面点火;两者相互促进,危害更大;另外,与爆燃不同的时,表面点火即早燃一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致,没有压力冲击波,敲缸声比较沉闷,主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生震动而造成;4.爆燃的机理是什么如何避免发动机出现爆燃答：爆燃着火方式类似于柴油机,同时在较大面积上多点着火,所以放热速率极快,局部区域的温度压力急剧增加,这种类似阶越的压力变化,形成燃烧室内往复传播的激波,猛烈撞击燃烧室壁面,使壁面产生振动,发出高频振音即敲缸声; 避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比,控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状,缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间,如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离;5.何谓汽油机表面点火防止表面点火有什么主要措施答：在汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象,统称为表面点火;防止措施：1适当降低压缩比;2选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油;3要避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶;4应用磷化合物为燃油添加剂使沉积物中的铅化物成为磷酸铅从而使碳的着火温度提高到560℃且氧化缓慢,放出热量少,从而减少表面点火的产生;6.何谓汽油机燃烧循环变动燃烧循环变动对汽油机性能有何影响如何减少燃烧循环变动答：燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征,是指发动机以某一工况稳定运转时,这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化,具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同; 影响：由于存在燃烧循环变动,对于每一循环,点火提前角和空燃比等参数都不可能调整到最佳,因而使发动机油耗上升、功率下降,性能指标得不到充分优化;随着循环变动加剧,燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多,碳氢化合物等不完全燃烧产物增多,动力性、经济性下降;同时,由于燃烧过程不稳定,也使振动和噪声增大,零部件寿命下降,当采用稀薄燃烧时,这种循环变动情况加剧; 减少措施：1尽可能使фa=0.8～1.0,此时的循环变动最小;2适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性,进而改善循环变动;3改善排气过程,降低残余废气系数γ;4避免发动机工作在低负荷、低转速工况下;5多点点火有利于减少循环变动;6提高点火能量,优化放电方式,采用大的火花塞间隙;7 提高汽油机压缩比对提高性能有何意义如何保证在汽油机上使用较高的压缩比提高压缩比可以提高汽油机的功率和经济性,特别是对经济性有显著的作用;但压缩比过高,会导致汽油机爆燃,所以应该合理的设计燃烧室,缩短火焰传播行程,合理选用火花塞位置;适当利用湍流,降低终燃混合气温度等11 在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点它所面临的主要困难时什么目前解决的途径有哪些答：优点：混合气均匀,燃烧较完全;对燃油共给及喷射系统没特别高的要求; 困难：1为防止爆燃采用较低压缩比导致热效率较低;2浓混合气的比热容比低导致热效率低;3只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大;4在化学剂量比附近燃烧,导致有害排放特别是NOx排放较高;5用三元催化转换器的汽油机,它的过量空气系数фa 必须控制在1左右,从而限制其性能进一步提高;解决途径：采用稀薄燃烧汽油机;一类是非直喷式稀燃汽油机,包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机,另一类是缸内直喷式稀燃汽油机;12.分析过量空气系数和点或提前交对燃烧过程的影响答：当a=0.8-0.9时,由于燃烧温度最高,火焰传播速度最大,Pe达最大值,但爆燃倾向增大;当a=1.03-1.1时,由于燃烧完全,有效燃油消耗率最低,使用a<1的浓混合气工作,由于必然会产生不完全燃烧,所以CO排放量明显上升,当a<0.8或a>1.2时,火焰速度缓慢,部分燃料可能来不及完全燃烧,因而经济性差,HC排放量增多且工作不稳定; 点火过迟,则燃烧延长到膨胀过程,燃烧最高压力和温度下降,传热损失增多,排气温度升高,热效率降低,但爆燃倾向减小,NOx升高,功率、排放量降低;点火提前角对汽油机的经济性影响较大;据统计,如果点火提前角偏离最佳位置5°曲轴转角热效率下降1%；偏离转角10°曲轴转角,热效率下降5%；偏离20°曲轴转角,热效率下降16%;13 何谓稀燃、层燃系统稀燃、层燃对汽油机有何益处答：稀燃系统就是均质预混合气燃烧,通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过α=17的系统；分层燃烧系统就是在α更大的情况下,均质混合气难以点燃,为了提高稀燃界限,通过不同的气流运动和供油方法,在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气,而周边是较稀混合气和空气,分层燃烧低汽油机可稳定工作在α=20～25范围内; 好处：使燃油消耗率降低,且提高排放性能;14 电控汽油喷射系统与化油器相比有何优点答：1可以对混合气空燃比进行精确控制,使发动机在任何公开下都处于最佳工作状态,特别。
航概思考题部分问题详解
航空航天概论思考题1．什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？答：飞行器在地球大气层内的航行活动为航空。
指人造地球卫星、宇宙飞船等在地球附近空间或太阳系空间飞行。
联系：i：航空宇航天是紧密联系的；ii：航空航天技术是高度综合的现代科学技术：力学、热力学和材料学是航空航天的科学基础。
电子技术、自动糊控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工艺技术对航空航天的进步发挥了重要作用。
医学、真空技术和低温技术的发展促进了航天的发展。
2．航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？答：按技术分类和按法律分类。
按技术分类主要按飞行原理进行分类，根据航空器产生升力的原理不同，航空器可分为两大类：⑴轻于空气的航空器⑵ 重于空气的航空器。
轻于空气的航空器包括：气球，汽艇，飞艇等；重于空气的航空器又分为：固定翼航空器、旋翼航空器、扑翼机、侧旋转翼机。
其中固定翼航空器又分为飞机和滑翔机；旋翼航空器又分为直升机和旋翼机。
按法律分类：分为民用航空器和国家航空器。
3、要使飞机能够成功飞行，必须解决什么问题？答：作为动力源的发动机问题；飞行器在空中飞行时的稳定和操纵问题。
3．简述对飞机的创造发明做出卓越贡献的科学家，及他们的工作？答：阿代尔在1890年10月9日制成了一架蝙蝠状的飞机进行试飞，但终因控制问题而摔坏。
美国科学家S.P.兰利1891年设计了内燃机为动力的飞机，但试飞均告失败。
德国的0•李林达尔，完善了飞行的稳定性和操纵性，于1891 年制成一架滑翔机，成功地飞过了30 米的距离。
美国的莱特兄弟从1896年开始研究飞行，他们在学习前人著作和经验的基础上，分析其成败的原因，并用自制的风洞进行了大量的试验，于1900年制成了一架双翼滑翔机，先进行滑翔飞行和改进，尔后又开始了动力飞行试验。
1906 年，侨居法国的巴西人桑托斯. 杜蒙制成箱形风筝式飞机“比斯－14”，并在巴黎试飞成功。
1908 年，冯如在旧金山自行研制出我国第一架飞机。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传 播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧
时间加长。这相当于λ下降而 上升，则ηt降低。
发动机工作循环
第二节内燃机的实际循环
1、进气过程 图a） 2、压缩过程 图b） 3、燃烧过程 图c） 4、膨胀过程 图c） 5、排气过程 图d）
发动机工作循环
每缸每循环所做的指示功：Wi
piVh
pi
D2
4
S 103
性能指标及热计算
指示功率为：
Pi
Wi
n 60
发动机工作循环
多变指数和平均多变压缩指数： 实际计算中n1取代n1’ ，试验测定n1大致范围是：
压缩终点的压力和温度的数值范围：
发动机工作循环
（3）燃烧过程 作用：将燃料的化学能转变为热能，使工质温度 、压力升高，为膨胀创造条件 汽油机：在上止点点燃，容积变化小，燃烧快， 温度压力上升快，接近等容燃烧。 柴油机：燃烧开始接近等容燃烧，随后燃烧速率 放慢，气缸容积增大，压力升高减缓，接近等压 燃烧
好坏，是从示功图测量计算得出的。
动力性指标：指示功、指示功率、平均指示压力。 经济性指标：指示热效率、指示燃油消耗率
发动机性能指标：动力性能指标（功率、转矩、转 速），经济性能指标（燃料和润滑油的消耗）， 运转性能指标（冷起动性能、噪声、排气品质）
性能指标及热计算
一、 指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用
排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指 标。其值偏高，说明热功转换效率低工作过程不 良，及时检修。
发动机工作循环
三、引起实际循环热损失 的因素
1、工质的影响
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Proc。
全国。
Acad。
Sci。
美国卷. 78，第 4 页。
1986-1988，1981年4月应用的物理学有限时间热力学：优化活塞行动改进的发动机性能(奥托循环或优化热引擎或最优控制)MICHAEL MOZURKEWICH和R. S. BERRY化学系和詹姆斯法朗克研究所，芝加哥大学，芝加哥，伊利诺伊州60637由R.斯蒂芬莓果贡献，1980年12月29日摘要利用有限时间热力学方法发现奥托循环的优先时间路径及摩擦和热渗漏。
最优性由工作的最大化定义每个周期; 系统被控制在一个固定的内，因此便能获得最大动力。
结果是每一个常规近正弦的发动机改善了大约10%的效率(第二定律效率)。
有限时间热力学是引伸常规热力学相关原则上横跨主题的整个间距，从最抽象的水平到广泛的应用。
方法是根据广义热力学潜力的创立(1)为包含时间或对在限制之中的条件估计在系统之内(2)和在产生对应于那些广义潜力的极值的最佳路径的计算。
迄今为止，有限时间热力学的工作集中于较为理想化的模型(2-7)和存在性定理(2)，且全部集中在抽象方面。
这项工作是希望作为一个步骤连接在实用的有限时间热力学方面涌现了的抽象热力学概念，工程学方面的课题，一台实用机器的设计的原则。
在这个报告中，我们用接近理想的奥多周期来研究内燃机模型，但由于频率限制使得在实际的发动机中是以二主要损失的形式存在。
我们通过“控制”时间改善活塞运动来优化发动机的性能。
结果，没有进行一项详细的工程学研究，我们能够通过受活塞的时间路径的影响和优化活塞行动获得效率的改善的估计来了解是怎么损失的。
模型我们的模型是基于标准的四冲程奥托循环。
这包括进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程。
我们在这里简要地描述这个模型和发现优化活塞行动的使用方法及基本特点。
在别处将给一个详细的介绍。
我们假设，压缩比、空燃比、燃油消耗率和时间全部是固定的。
这些制约因素有两个目的。
首先，他们利用减少优化问题来找到活塞运动。
并且，他们保证在这分析没考虑的性能准则与那些是为一个实用的发动机做比较的。
放松这些限制中的任一个可能进一步改善性能。
我们采取的损失是热渗漏和摩擦。
这两个是依靠效率来影响系统的时间反应。
热泄漏假设是圆筒的瞬间表面和与在工作流体和墙壁之间的温差比例(即，牛顿热耗)。
由于这个温度区别最大是在作功冲程，热渗漏是只包含在这个冲程中。
摩擦力与活塞速度成正比，对应于润滑良好的金属表面；因此，摩擦损失也直接与速度正方形有关。
这些损失在所有冲程中是不同样的。
高压在作功冲程使它的摩擦系数高于在其他冲程。
进气冲程得益于。
我们优选的作用是确定每循环的最大功率。
由于燃料消费和周期是固定的，这也与最大化效率和平均功率是等效的。
在寻找优选的活塞行程时，我们首先分离了有能量和无能量的冲程。
非特指，但确定的时间t是指作功冲程中无能量冲程剩下的时间。
循环的两个部分优选以一个限制时间和然后结合找到每循环的总工作量。
时间t的作功冲程后来变化了，并且这个过程会被重覆，直到净工作量达到最大值。
采取一个简单形式来描述无能量冲程的最佳活塞运动。
在每个冲程的大多数时间，由于摩擦损失与速度的二次方成比例，最宜的运动依赖于速度常数。
在冲程的末期，活塞以允许的最大效率加速并且减速。
由于摩擦损失在进气冲程较高，与其他两个相比，这个最佳的解决办法是把更多的时间分配到这个冲程。
活塞速度与作用时间的关系显示在图1中。
由于热泄漏的出现，作功冲程更难优选。
问题是通过使用最优控制理论的变化技术解决的(8)。
利用实际情况的非线性的微分方程产生活塞的运动方程式。
这些都是实际数值。
整个循环运动的结果显示在图1上。
图1 活塞速度与作用时间的关系，从作功冲程开始。
最大允许的加速度是2 x 104 m/sec2。
活塞行动的不对称的形状在作功冲程中的摩擦和热泄漏损失之间交替出现。
在冲程初气体是热的，能产生高效率，并且散热率高。
在作功冲程中得益于活塞速度高。
这个冲程被选出，气体冷却率和热泄漏相对于摩擦损失减少。
结果，当作功冲程进行时，最佳路径的移动速度更低。
解决的办法在加速度和上首先获得了极大的加速度然后迅速减速。
后者情况以“收费公路”解决方案在其他环境下产生一个交叉结果(9)。
在这些速度之间以最高效率进行加速和减速，使系统尽量的在它的最佳的向前和向后速度操作下尽可能延长。
这样，系统花费同样多时间尽可能沿它的最佳路径移动。
结果计算的参量从参考10中获取，在给定的摩擦系数下，通过参考10中的变量调整摩擦损失的大小。
那些参量在表1中给出。
一些典型的情况下的计算结果见表2，但在一个标准近正弦运动下，他们与常规奥托循环的发动机相比有同一压缩比。
为了优化发动机使第一列的常规发动机最大值，活塞加速度被限制在5 x 10 m3/sec2内，使得有效利用率ε(有用功与可逆功的比率，也称第二定律效率)稍微提高。
如果发动机的活塞允许有4个时间的加速度，有效率将增加9%；如果加速度是不受强制的，有效率比以前将增加11%。
表1 发动机参数*发动机参数：压缩比=8在最小容积的活塞位置=1厘米位移= 7 cm汽缸直径(b) = 7.98 cm汽缸容量(v) = 400 cm3周期(t) = 33.3毫秒/3600转每分钟热力学参量：压缩冲程作功冲程最初的温度 333K 2795K摩尔气体 0.0144 0.0157恒定热容量容量 2.5R 3.35R汽缸壁温度(T) = 600 K可逆循环的动能(WR)= 435.7 J可逆的能力(WR/I)= 13.1千瓦损失条件：摩擦系数(a) = 12.9 kg/sec热泄漏系数(K)= 1305 千克/ (度/sec3)每循环的时间损耗和摩擦损失的能量= 50 J*参量数据根据参考书目10.表2 结果(所有能量单位用焦耳)t'，在作功冲程上所用的时间；W P在作功冲程完成的工作量；W T，每循环的净工作量；W F，摩擦损失的能量；W Q，工作中的热泄漏损失的能量；Q，热泄漏；T F，作功冲程结束时的温度；ε，有效利用率。
这些改善是显而易见的，但不是最有利的。
如果传统发动机的总损失是保持大约固定的常数，但是减少高于80%的热耗和低于60%的摩擦损失，有效利用率获得提高，到达传统发动机有效利用率的17%以上。
当润滑油流过发动机的最高温度附近时，在这个分析过程中的改善的主要来源是热耗的减少。
这就是为什么在较大的摩擦力下改善发动机的热泄漏和降低摩擦损失比发动机使用更好的绝缘材料要好，。
最后，在相应时间内为优化发动机和为它的传统对应部分，它是指导研究活塞运动的最佳路径的方法。
活塞的位置和作用时间的关系显示在图2上在结束时，让我们强调在这工作中说明了一个热力学的系统非传统的优化被方法。
而不是控制热效率、热容量、传热、摩擦系数、冷却水温度，或者热力发动机的其他通常参量，我们控制了发动机容量时间路径。
我们感谢Morton Rubin博士为我们做到有用的评论和建议。
我们的部分经费由Exxon 教育基金提供。
图2 在作功、排气、进气和压缩冲程中优化的(□)和传统的(○)活塞运动比较；最佳路径的最大加速度被限制在2 x 104 m3/sec2参考文献1. Hermann, R. (1973) Geonetry, Physics and Systems (Dekker,New York). Proc. Nati. Acad. Sci. USA 78 (1981)2. Salamon, P., Andresen, B. & Berry, R. S. (1977) Phys. Rev. A14,2094-2102.3. Curzon, F. L. & Ahlborn, B. (1975) Am. J. Phys. 43, 22-24.4. Andresen, B., Berry, R. S., Nitzan, A. & Salamon, P. (1977)Phys. Rev. A 15, 2086-2093.5. Rubin, M. (1979) Phys. Rev. A 19, 1272-1276, 1277-1289.6. Salamon, P., Nitzan, A., Andresen, B. & Berry, R. S. (1980)Phys. Rev. A 21, 2115-2129.7. Gutkowicz-Krusin, D., Procaccia, I. & Ross, J. (1978) J. Chem.Phys. 69, 3898-3906.8. Hadley, C.F.G. & Kemp, M. C. (1971) Variational Methods inEconomics (North-Holland, Amsterdam).9. Sen, A., ed. (1970) Growth Economics (Penguin, Baltimore,MD).10. Taylor, C. F. (1966) The Internal Combustion Engine in Theoryand Practice (MIT Press, Cambridge, MA), Vol. 1, pp. 158-164;Vol. 2, pp. 19-20.。