内燃机原理热工基础部分

绪论
机械能的获得有很多方法（风能、太阳能、 机械能的获得有很多方法（风能、太阳能、原子核 能等）所有这些获得机械能的机器称之为发动机， 能等）所有这些获得机械能的机器称之为发动机，而内 燃机是其中的一种，而且属于热机（热能转换为机械能） 燃机是其中的一种，而且属于热机（热能转换为机械能） 的一种。下面介绍有关热工基础知识。 的一种。下面介绍有关热工基础知识。 工程热力学：研究热能与机械能之间转换规律的科学。 工程热力学：研究热能与机械能之间转换规律的科学。 传热学：是研究热量传递规律的科学。 传热学：是研究热量传递规律的科学。 目的：研究热能转化为机械能的规律和转换效率。 目的：研究热能转化为机械能的规律和转换效率。
R=
8314.3
µ
J/kg.K
根据阿佛加德罗定律：同温、同压、 根据阿佛加德罗定律：同温、同压、相同容积 下的任何气体，都有相同数量的分子。 下的任何气体，都有相同数量的分子。所以 同温同压下的任何气体的千摩尔容积相等。 同温同压下的任何气体的千摩尔容积相等。
第四节：混合气体
混合气体： 混合气体：由两种以上的气体 组成，彼此不发生化学反应， 组成，彼此不发生化学反应， 且各自具有理想气体的性质的 气体，称为混合气体。 气体，称为混合气体。 理想气体的定律和公式， 理想气体的定律和公式，也适 应于混合气体。 应于混合气体。 混合气体的状态是由两个参数 和混合气体的成分才能确定其 状态。 状态。
2、课程教学的基本要求 、 该课程适宜安排在，汽车构造等专业课结束 之后进行。教学内容上与相关课程紧密衔接。 课程应力求使学生弄清基本概念和基本理论， 使学生能够利用基本理论知识探索提高热效 率、节约能源、降低排放污染的途径。由于 该课程的理论性较强，与汽车构造知识的衔 接性较强，因此教师在授课中会不断地提醒 学生注意复习所学课程相关知识。
分压力:在相同温度和容积下， 分压力 在相同温度和容积下，混合气体中各气体单 在相同温度和容积下 独对器壁的作用力，称分压力。 独对器壁的作用力，称分压力。 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和， 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和， 称道尔顿定律。 称道尔顿定律。 即： n
P = P1 + P2 + P3 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Pn = ∑ Pi
第一节： 第一节：基本概念
热力系统： 热力系统：热力学中所指明的要研 究的对象即为热力系统。 究的对象即为热力系统。 外界：与热力系统有关的周围物质， 外界：与热力系统有关的周围物质， 统称为外界。 统称为外界。系统和外界之间的分 界面称边界（可以是真实的、 界面称边界（可以是真实的、虚构 的、固定的或移动的）。 固现热能和机械 工质 在热机中实现热能和机械 能相互转换的工作物质。 能相互转换的工作物质。 热力平衡状态:系统中气体各部 热力平衡状态 系统中气体各部 分的压力、温度均匀一致， 分的压力、温度均匀一致，不 随时间而变化的状态。 随时间而变化的状态。 热力过程： 热力过程：过程是热力系统从 一个状态向另一个状态变化时 所经历的全部状态的总和。 所经历的全部状态的总和。
可逆过程和不可逆过程： 可逆过程和不可逆过程：无温差传热无摩擦 的平衡过程才具有可逆性。 的平衡过程才具有可逆性。 状态参数:标志气体热力状态的各物理量。 标志气体热力状态的各物理量 状态参数 标志气体热力状态的各物理量。常 用的状态参数主要有6个 压力、温度、比容、 用的状态参数主要有 个（压力、温度、比容、 内能、焓和熵）。 内能、焓和熵）。
第三节： 第三节：理想气体的状态方程式
理想气体:气体分子不占有体积，分子间又 理想气体 气体分子不占有体积， 气体分子不占有体积 没有吸引力的气体，称为理想气体。 没有吸引力的气体，称为理想气体。 理想气体的状态方程式（ 理想气体的状态方程式（或称克拉贝隆方程 理想气体的基本参数（ 、 、 ） 式）:理想气体的基本参数（P、T、υ）之 理想气体的基本参数 间存在函数关系式。 间存在函数关系式。
内燃机原理
主 讲：杨 延 强 山东农业大学机械与电子学院
1、课程的性质、地位和任务 、课程的性质、 《内燃机原理》是研究内燃机混合气的形成、燃料 的燃烧过程、燃烧过程中热量传递、热功转换效率和 转换中的各种损失的一门科学。是将来从事内燃机设 计的专业理论课，是车辆工程、交通运输专业的一门 专业必修课。 该课程的任务是：根据内燃机的工作过程，研究对 燃料在燃烧过程中的热量传递、热功转换效率以及在 热功转换中各种损失的影响因素；从而探索提高热效 率、节约能源和降低排放污染（节能减排）的途径， 提高整机性能。
缺点：燃料要求高； 缺点：燃料要求高；单机功率受间歇换气和制 造制约；低速时转矩小；不能反转； 造制约；低速时转矩小；不能反转；噪声和 尾气污染环境。 尾气污染环境。 现在电动机 虽然高效无污染，但成本非常高。 电动机： 现在电动机：虽然高效无污染，但成本非常高。
第一章： 第一章：气体工质的热力性质
内燃机优点：热效率高， 内燃机优点：热效率高，达30-46%；功率范围广 优点 ； 0.59-4×104kW，转速范围 × ，转速范围90-10000r/min，适 ， 用范围宽广；比质量较小，便于移动；启动迅速， 用范围宽广；比质量较小，便于移动；启动迅速， 操作简便，机动性强；运行维护比较简便。 操作简便，机动性强；运行维护比较简便。
x1 + x2 + ......xn = ∑ xi = 1
i =1
n
2、相对容积成分ri： 、相对容积成分 混合气体中， 混合气体中，各组成气体的分容积与总容积 之比，称为相对容积成分。 、 之比，称为相对容积成分。即：r1=V1/V、 r2=V2/V、……rn=Vn/V。 、 。
r1 + r2 + ........rn = ∑ ri = 1
三、比容：
单位质量物质所占有的容积叫比容。 单位质量物质所占有的容积叫比容。 比容 υ＝V/m （m3/kg）, V=mυ 。 ＝ ） 式中： －比容； 式中：υ－比容； V－容积； －容积； m－质量。 －质量。 互为倒数为 倒数为， 比容 υ 与 密度 ρ 互为倒数为，密度是单 位容积的物质的质量。 位容积的物质的质量。 ρ ＝m/V=1/υ (kg/m3)。 。
目录
绪论 第一章：气体工质的热力性质 第一章： 第二章： 第二章：气体的比热 第三章： 第三章：示功图和性能指标 第四章： 第四章：燃料与燃烧 第五章: 第五章 内燃机的工作循环与机械损失 第六章： 换气过程 第六章： 第七章: 第七章 汽油机的燃烧过程 第八章: 第八章 柴油机燃烧过程 第九章： 第九章： 汽油机混合气的形成 第十章： 第十章： 柴油机混合气的形成及燃烧室 第十一章：柴油机燃油喷射 第十一章： 第十二章： 第十二章：内燃机试验 第十三章： 第十三章：内燃机特性
1kg理想气体的状态方程式为：Ρυ＝RT。 理想气体的状态方程式为： ＝ 。 理想气体的状态方程式为 式中： 气体常数 气体常数， 式中：R-气体常数，其数值决定于气体的 种类，单位为J/kg.K。 种类，单位为 。 对于质量 质量为 的理想气体， 对于质量为mkg的理想气体，其容积 ＝ 的理想气体 其容积V＝ mυ, 状态方程式为：PV＝mRT。 状态方程式为： ＝ 。
二、温度：
温度表示气体冷热的程度。 温度表示气体冷热的程度。气体 表示气体冷热的程度 的温度是气体分子不规则运动激烈 程度的量度。 程度的量度。 热力学的温度用绝对温度 绝对温度， 热力学的温度用绝对温度，符号 为T，单位为K。选取水的三相点温 ，单位为 。选取水的三相点温 即水的冰点温度） 度（即水的冰点温度） T0=273.16K。 。 绝对温度T与摄氏温度 与摄氏温度t之间关系为 绝对温度 与摄氏温度 之间关系为 t=T-T0。 一般工程计算中， 一般工程计算中，常把绝对温度 T取为 取为273.15K。 取为 。
闭口系统和开口系统： 闭口系统和开口系统：系统 和外界间无物质交换， 和外界间无物质交换，称为 闭口系统；反之为称为开口 闭口系统； 系统。 系统。 绝热系统： 绝热系统：与外界没有热量 交换的系统称绝热系统； 交换的系统称绝热系统； 孤立系统： 孤立系统：与外界既无能量 交换又无质量交换的系统称 为孤立系统。 为孤立系统。
一、混合气体的状态方程式
由理想气体的状态方程式Ρυ＝ 可知 可知， 由理想气体的状态方程式 ＝RT可知，混合气体 的状态方程式为： ＝ 的状态方程式为：ΡV＝mRT 式中： 混合气体的总压力； 式中：P—混合气体的总压力； 混合气体的总压力 V—混合气体的总容积； 混合气体的总容积； 混合气体的总容积 m—混合气体的总质量。 混合气体的总质量。 混合气体的总质量
i =1
n
3、相对摩尔成分yi： 、相对摩尔成分 混合气体中，各组成气体的摩尔数Mi与总 混合气体中，各组成气体的摩尔数 与总 摩尔数M之比 称为相对摩尔成分。 之比， 摩尔数 之比，称为相对摩尔成分。即： y1=M1/M、y2=M2/M….yn=Mn/M 、
V = V1 + V2 + V3 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Vn = ∑ Vi
i =1
n
式中： 各组成气体的分容积。 式中： V1、V2、Vi－各组成气体的分容积。
二、混合气体的组成成分表示法
混合气体的成分有三种表示法； 混合气体的成分有三种表示法；即相对质量 成分X 相对容积成分r 相对摩尔成分y 成分 i；相对容积成分 i；相对摩尔成分 i。 1、相对质量成分 i： 、相对质量成分X 各气体的质量分别为m 各气体的质量分别为 1、m2…….mn，混合 气体的总质量为m,各组成气体的分质量与总 气体的总质量为m,各组成气体的分质量与总 质量之比，称为相对质量成分。 质量之比，称为相对质量成分。 即：X1= m1/m、X2=m2/m、....Xn=mn/m 、 、
1kmol的理想气体，质量为µkg，容积为 的理想气体，质量为 的理想气体 ， Vm=µυ(m3/kmol),其理想状态方程式为： 其理想状态方程式为： 其理想状态方程式为 Ρµυ＝µRT，即ΡVm=RmT， ＝ ， ， Rm＝µR＝ΡVm/T ＝ 式中： －气体分子量； 式中：µ－气体分子量； 气体的容积， Vm－1kmol气体的容积，标况下 m ＝22.4 气体的容积 标况下V m3/kmol ； Rm－千摩尔理想气体常数（通用气体常数）， 千摩尔理想气体常数（通用气体常数）， Rm＝8314.3 J/kmol•K； ；