热声热机_百度文档讲解
初中物理热机知识点(K12教育文档)
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一、导入（作业检查、内容回顾）二、知识梳理1、热机a、内能的利用：一是直接用来加热物体，如烧水，做饭等.二是用它来做功，如水烧开后，壶内水蒸气将壶盖顶起。
b、热机的定义:利用内能做功的机械。
c、热机的原理:燃料燃烧时，将储存的化学能转化为蒸汽或燃气的内能,各种燃气或蒸汽的内能转化为机械能。
d、热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
2、内燃机、冲程机工作循环a、燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。
它们的特点是让燃料直接在汽缸内燃烧，从而让燃烧更充分,热损失小，效率高。
b、冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸一端到另一端的过程，叫做一个冲程。
c、工作原理：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个过程组成的。
四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中,活塞往复运动两次，曲轴转动两周。
四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程是靠安装在曲轴上的飞轮惯性来完成。
3、汽油机的工作过程4、柴油机和汽油机的区别5、燃料及热值a、燃料（1）定义：能够燃烧并且在燃烧时放出光和热的物质,叫做燃料.注:燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
（2)分类:按照状态，燃料可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料.b、燃料的热值（1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量和质量之比（2）单位:J/kg或J/m³（3）意义：例如：干柴的热值是1.2×107J/kg表示1kg干柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J(4）燃料燃烧的放热公式：Q放=mq或Q放=vq m代表质量，单位kg，v代表体积，单位m³，q代表热值,单位J/kg，Q放代表放出的热量,单位J注：a、燃料的热值与燃料的种类有关，热值反应的是所有能燃烧的物质的一种性质,反映了不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能本领的大小。
新人教版九年级物理第十四章第一节热机课件讲解
5．现代汽车里的“马达”起什么作用？
飞轮
电动机
(1)汽油机的构造 (2)柴油机的构造
火花塞 进气门
排气门 喷油嘴 进气门
气缸
活塞
排气门
连杆
曲轴
一、柴油机
喷油嘴
柴油机结构和汽油机相似，它们的主要区别 是：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油。柴油机 的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。吸入 物质也只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气 的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出 的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。
练一练
1．请说出汽油机与柴油机的结构和工作过程 中的主要不同之处。
2．内燃机压缩冲程中
能转化为
；
在做功冲程中
能转化为
能。
练一练
3．汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，汽 缸中的（ ）
A．压强增大，温度降低 B．压强减小，温度升高 C．压强增大，温度升高 D．压强减小，温度降低
练一练
4．汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的 是（ ）
汽油机和柴油机的优缺点
汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低 廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上， 特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。
柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、 火车轮船上。
柴油发动机与汽油发动机相比热效率高 30% ， 因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油 发动机轿车的推广使用具有重大意义。
A．柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物， 汽油机吸入的是空气
B．在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的 C．柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油 机里的高 D．在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油 机的高
初中物理第6讲 热机
热机一、热机1、定义：热机是利用内能做功的机械2、工作原理3、各种常见热机的应用轿车、航母、战斗机等二、内燃机（1）定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机（2）分类'汽油机一一以汽油为燃料内燃机＜V.柴油机一一以柴油为燃料（3）汽油机＜1＞工作原理汽油在气缸内燃烧，汽油的化学能转化为内能，产生高温高压的气体，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。
＜2＞主要构造＜3＞工作过程汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程中，叫做一个冲程汽油机的一个工作循环由四个冲程组成。
分别为：吸气冲程；压缩冲程；做功冲程；排气冲程。
其工作过程如下表：温馨提示：1）汽油机在一个工作循环过程中，存在如下数量关系量，靠飞轮的惯性来完成的。
三、柴油机（1）工作原理利用气缸内燃烧的柴油产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
（2）主要构造柴油机的构造和汽油机的构造基本相同，不同的是柴油机的气缸顶部不是火花塞，而是喷油嘴3、工作过程与汽油机的工作过程完全相同课后习题检测一、选择题（共31题）1、在四冲程汽油机的工作过程中，把机械能转化为内能的是（） A •吸气冲程B •压缩冲程C •做功冲程D •排气冲程2、汽油机工作时，将内能转化为机械能的是（） A •吸气冲程B •压缩冲程C •做功冲程D •排气冲程3、关于热机，下列说法正确的是（） A.吸气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气B. 做功冲程是把机械能转化为内能C. 柴油机有喷油嘴而没有火花塞D. 做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的4、单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有： A.吸气、做功和排气冲程B .吸气、压缩和做功冲程C .压缩、做功和排气冲程D .吸气、压缩和排气冲程 5、在汽油机的四个冲程中，发生能量转化的冲程是（） A.吸气冲程、压缩冲程B.压缩冲程、做功冲程C.做功冲程、排气冲程D.排气冲程、吸气冲程6、如图是汽油机的四个冲程，你认为让汽车获得动力的冲程是（）如图2所示，为四冲程汽油机工作过程中某一冲程的示意图，它表示的是7、 A . 吸气冲程 B . 压缩冲程 C . 做功冲程 D . 排气冲程 8、如图是汽油机工作的四个冲程（顺序已打乱），其正确的排列顺序是（）A .乙f 丁f 丙f 甲B .乙f 甲f 丙f 丁C .丁f 丙f 甲f 乙D .丁f 甲f 丙f 乙10、如图所示，是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（）11、如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（） A. 压缩冲程，将化学能转化成内能 B. 压缩冲程，将机械能转化成内能 C. 做功冲程，将内能转化成机械能 D. 做功冲程，将机械能转化成内能A. —个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁B. 乙图冲程能获得动力C. 丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程D. 丙图冲程存在化学能转化为内能的过程13、如图是四冲程汽油机工作循环中的一个冲程, A. 做功冲程，将机械能转化为内能 B. 做功冲程，将内能转化为机械能 C. 压缩冲程，将机械能转化为内能 D. 压缩冲程，将内能转化为机械能9、如图是汽油机工作时的四个冲程，其中属于做功冲程的是（)12、如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（）f£A .B .C .下列关于冲程及其能量转化判断正确的是14、2019年10月1日，国庆70周年烟花表演给大家留下了深刻印象。
微课3_热声发动机
斯特林发动机力的。
组装斯特林发动机
气缸和活塞 动力系统 曲轴连杆
飞轮
热源：热水
前景展望
热声效应斯特林引擎是一项新的能源 技术，可以使用多元能源作为动力，目前 美国和中国在此领域有较出色的研究成果 ，所产生的声波可用来推动热声致冷机液 化气体或冷却电子设备，也可用来发电。
热机中的 能量和运动转化
热声发动机
初一物理活动课第22节（三） 主讲人 鲍建中 特级教师 北京市丰台区丰台路中学
版权所有 北京数字学校
空气能做功放吗
能否让气 球带动机械 运动呢？
斯特林发动机
这种发动机是伦敦的牧 师罗巴特 斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的， 所以命名为“斯特林发动机” （Stirling engine）。
热声发动机原理
热声发动机原理按照列表划分：一、热声发动机原理1、什么是热声发动机热声发动机是一种采用温度差的电热发动机，是以利用热能变换为机械能的特殊热机，通常用于汽车发动机的无汽柴油及混合动力发动机的驱动。
由于有良好的经济效益和低环境污染性能，因此受到各行业的广泛应用。
2、热声发动机原理热声发动机是一种在无压燃烧环境中变换化学能（热能）为机械能（转动能）的机械装置，它是专为增加引擎效率而进行研究的机械设备。
它的工作原理是，由发动机的烧后排气中抽取热能，将其转化为机械能，以推动机械能源的移动，充分利用热能提高引擎性能，并用于发动机腔体和进气歧管内的作用力塞引起引擎迅速进气和排气，提高燃料经济性和动力性能。
三、热声发动机结构热声发动机由电子控制器、发动机烧后分流系统、热能主回路、动力回路以及涡轮控制等部件组成。
发动机烧后分流系统主要包括烧后气缸和涡轮装置，利用气缸和涡轮的作用力作用使发动机的迅速进气和排气；热能主回路包括烧后排气热源组件和电热烧机组件，二者是热声发动机的核心，通过调节混合介质的温度差，有效的提高发动机的经济效率；动力回路主要由发动机坐标轴和烧机缸体组成，通过液压驱动压缩混合介质，从而形成发动机的热力循环；涡轮控制系统主要由涡轮机构、控制芯片和传感器组成，实现涡轮机构在发动机操作中的对称运转，从而达到发动机最佳操作效果。
四、热声发动机的优点1、燃料经济性好：热声发动机可以充分利用烧后排气的热能，从而提高引擎的燃料经济性；2、能效比高：热声发动机结构紧凑，混合介质的容积变化量小，能效比高达30%；3、抗载荷性好：利用热能变换原理，将发动机的排气温度调节为适用条件，大大提高发动机的抗载荷性；4、无汽油烟熏：在热声发动机的机械装置中，不用汽油，也不需要其他的危险物质，有效的减少汽车排放，从而达到降低空气污染的目的。
物理人教版九年级全册《热机》ppt课件.1热机课件
4.内燃机的应用
(1)汽油机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机 和小型农业机械上面。
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重， 主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
课堂练习：
1，如图1表示内燃机工作循环中 的一个冲程，从气门的启闭和活 塞的运动可判断这 是 吸气 冲程。
2，对于四冲程的柴油机和汽油机， 下列说法正确的是 ［ C 和 D ］ A.第一冲程进入气缸里的都是燃料 的混合物
相同点
1．基本构造和主要部件的作用相似。 2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气 冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 3 ．四个冲程中，只有做功冲程对外做功 ，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。 4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞 轮转动两周，做功一次。
1．而构柴造油不机同气：缸汽顶油机部有气缸喷顶油有嘴火。花塞，不同点
应用：热机
1、热机：能够将燃料的化学能通过燃烧转化 为内能，又通过做功，把内能转化成机械能的 机器 2、原理：化学能 燃烧内能 做机功械能
3、分类：
热机
外燃机 内燃机
汽油机 柴油机
热机的种类
蒸气机、内燃机、汽轮蒸机汽、机
喷气发动机、火箭等
蒸汽机火车
汽轮机
内燃机
内燃机
飞机上的空气喷气发动机
排气门
进气门
气缸
活塞
连杆
曲轴
汽油机 柴油机
点火方式： 压燃式
在压缩 冲程末，从 喷油嘴喷出 的雾状柴油 遇到热空气 立即猛烈燃 烧，产生高 温高压的燃 气，推动活 塞向下运动 ，并通过连 杆带动曲轴 转动。
点火方式： 引燃式
（或点燃式）
在压 缩冲程末尾 ，火花塞产 生电火花， 使燃料猛烈 燃烧，产生 高温高压的 燃气，推动 活塞向下运 动，并通过 连杆带动曲 轴转动。
热声发电机
热声发电机机理研究与发展展望黄德中绍兴文理学院 312000摘要：首先简要介绍了热声效应。
指出热声热机是基于热声效应工作的、没有机械运动，是一种可靠性高和环保的新型能源转换机械，重点介绍了热至超声波和斯特林热声发动机工作原理，分析斯特林热声发动机的热力学过程，讨论热声振荡起振机理为：储能阶段、起振阶段，振荡系统趋于定常阶段三个阶段组成。
最后介绍了声波电机及工作原理和热声发电发展展望。
关键词：热声发电热声效应斯特林热声发动机中图分类号：TG156 文献标识码：A0 引言低碳能源和低碳是今后的主要能源和经济模式，利用太阳能是人类关键的选择，太阳能利用研究目前主要在太阳能硅电池、太阳能热水器、太阳能聚能烟囱发电上，太阳能热声发电也是一种很有发展前途的太阳能利用技术。
热声效应就是热与声之间相互转化的现象，利用热声效应制造而成的热声发动机与热声制冷机统称为热声热机。
热声发电技术是一种全新的热发电技术，它基于热致声效应而工作，可将热能转化为声能并直接由直线发电机等换能设备产生电能。
热声热机具有以下优点：（1）热声发电技术可利用太阳能、工业余热产生的热能来工作，没有碳增量，是一种无碳发电模式，因而热声发电技术正在成为能源动力研究领域里的一项前沿技术。
（2）系统中没有运动部件，从根本上消除了常规机械普遍存在的磨损与振动，可望满足长达数年的无维修使用寿命等特殊要求，为现代工业提供完全没有运动部件的新型动力机械；（3）采用对环境无害的工作流体(如惰性气体等)，即不消耗同温层的臭氧，也不会引起温室效应，（4）可实现高效率的声学斯特林循环，且采用外燃式工作，因此，具有可靠性高、制作成本低、热效率高(30％～40％)以及环保等优点。
因此，热声发电技术极具发展潜力和应用前景。
1、热声原理1．1 热至超声波原理[1]日本东京农业和工程大学H. Shinoda等以多孔硅为材料，借助热传导原理，研制出了一种可产生高强超声波的新装置。
热机及其功率讲解
汽轮机通过吸入高压蒸汽，经过一系列的膨胀和 喷嘴作用，将蒸汽的热能转化为转子的机械能。
应用
汽轮机广泛应用于发电厂、船舶和工业领域，作 为大型动力设备。
燃气轮机
定义
燃气轮机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的旋转式动 力机械。
工作原理
燃气轮机通过吸入空气、喷入燃料、燃烧和排出废气等过程，将化 学能转化为机械能。
应用
燃气轮机广泛应用于航空、船舶、发电机组和工业领域，作为高效 的动力设备。
04
热机的应用与影响
热机在工业中的应用
热机在工业中广泛应用于发电、运输 、制造等领域。例如，火力发电站利 用热机将化学能转化为电能；汽车和 船舶则利用内燃机作为动力源。
除了传统的热机，工业界也在探索新 型热机技术，如热电转换器、热光转 换器等，以适应不断变化的需求。
优化燃烧过程
通过改进燃烧技术，提高燃料的燃烧效 率，减少不完全燃烧损失的热量。
VS
改善散热系统
改进散热系统，降低热机的温度，减少热 量损失。
提高热机效率与功率的方法
采用高效材料
使用高导热性能的材料，提高热机的传热效 率。
增加进气压力和温度
通过增加进气压力和温度，提高燃料的燃烧 速度和效率，从而增加热机的功率。
提高热机效率与功率的方法
优化涡轮增压系统
通过改进涡轮增压系统，提高压缩比和进气压力，从 而提高热机的功率。
采用高效润滑油
使用高效润滑油，减少摩擦损失，提高机械效率。
03
常见热机介绍
内燃机
定义
内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的 装置。
工作原理
内燃机通过吸入空气、喷入燃料、压缩、燃烧和膨胀 等过程，将化学能转化为机械能。
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operative be favorable, a vibration may be maintained.
热作用力 博弈 振荡压力(以制冷机为例）
• 气体微团被绝热压缩,并在速度波的带动下产生位移；
• 气体微团温度升高，其温度高于板叠壁面温度。
s(x, y, z,t) sm x Re s1x, y, z eit
重要的物理量满足如下关系式：
k , v
, w u, u a
把各复数形式的参数代入到控制方程组中，连续性方程、运动方程、通用传热方程 和状态方程可以分别简化为：
i1
d m
dx
u1
m v1
0
(1)
imu1
dp1 dx
2u1 y2
2u1 z 2
(2)
imcpT1
mcp
dTm dx
u1
ip1
k
2T1 y2
2T1 z 2
(3)
p1 T1 1 pm Tm m
(4)
发展历程
• 1777年， Byron Higgins • 1896年， Lord Rayleigh • 1969-1980，Rott • 1979年， Ceperley • 近20年 Wheatley和Swift等 • 1986年， Hofler • 1999年， Backhaus和Swift
• ……….
室温端
气体微团
工作机理定性解释
冷端
板叠
热声制冷机
微团对声场的影响： w pCdv pH dv 0
热声发动机
微团对外的净输出功 ： w pH dv pCdv 0
行波声场和驻波声场的区别
pi p Ai e jtkx
pr p Ar e jtkx
声学角度
坐标系统
Π/2
x方向为声波的传播方向，y，z方向为垂直方向。
方程（2）看作关于y，z的微分方程，边界条件为： u1(x, 0, z) 0
求得速度波动在整个截面上的分布情况：
u1
i
m
1
hv
y,
z
dp1 dx
Π/2
在整个流道截面上积分取平均值得到：
dp1
imdx /
kT
v ' h
1 2
v
2
v
通用传热方程
T s
t
v
s
kT
'ik
i
xk
状态方程
p RT
通用数学物理方程的热声简化
基本假设：
1. 声波仅沿x方向传播，只考虑理想气体。 2. 不存在直流问题，二阶项仅由一阶项导出，不考虑 p2 ,u2 ,T2 。 3. 声场中振幅足够小，不存在湍流。 4. 声场中回热器等固体介质是刚性的。
1 fv
A U1
ildx
rv dx U1
l
m
A
1 Re
1 fv
fv
2
rv
m
A
Im fv
1 fv 2
通用传热方程（3）可简化为
imcpT1
i
p1
2012年冬学期研究生授课用
2008-2009年冬学期第一版 2009-2010年冬学期第二版 2011-2012年冬学期第三版 2012-2013年冬学期第四版
热声热机
授课人：孙大明 Email：sundaming@
主要内容
热声的发展历史； 热声热机工作机理的定性解释； 线性热声理论； 热声热机的最新研究进展。
热声发动机的工作机理
可压缩的振荡流体与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应
高温热源TH QH
QL 低温热源TL
W=QH-QL
效率
1
WH QH
QH QL QH
1 QL QH
rev cycle 1 TL TH
P
b
c
a
d
气体微团声功图V
板叠
b
c
加 热 Q吸
膨胀做功W
Q放
水 冷
器
a 压缩吸功W d 器
板叠
Rayleigh的定性解释
In almost all cases where heat is
communicated to a body, expansion ensues, and this expansion may be made to do mechanical work.
室温端
冷端
板叠
气体微团
• 气体微团把热量传给板叠； • 气体微团被冷却，体积变小。
工作机理定性解释
室温端
气体微团
冷端
板叠
工作机理定性解释
• 气体微团返回初始位置恢复最初的能量状态； • 气体微团经历了绝热膨胀，温度低于板叠温度。
室温端
气体微团
冷端
板叠
• 热量从板叠传到气体微团； • 气体微团被加热，体积增大。
p pi pr 2 p Ar cos kxe jt ( p Ai p Ar )e j(tkx)
驻波成分
行波成分
u1
1
0
p dt x
u1
2kpAr
0
sin
kxe
j
(t
2
)
u1
k( pAi)
回热器
板叠
热力学角度
上述方程构成了热声发动机中的控制方程组。本质上讲，它是适用于一般型式的 热声发动机的通用方程组。
热声热机中无源部件控制方程组
有源部件指的是发生热声效应的部件，它们的特点是具有显著的温度梯度，是热声发动 机中产生声功的场所；无源部件只对声功进行传输，无明显的温度梯度，除了粘性和热 弛豫耗散外对声场没有其它影响。
两种理想热声发动机的相位分析图
热力循环角度
行波、驻波热力循环P－V图
线性热声理论
通用数学物理方程
连续性方程 运动方程
t (v) 0
v t
v
v
p
2
v
能量方程
t
1 2
v
2
物理参数：
p(x, y, z,t) pm Re p1xeit
u(x, y, z,t) Re u1x, y, z eit
T (x, y, z,t) Tm x Re T1x, y, zeit (x, y, z,t) m x Re 1x, y, z eit