当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第三章：工作循环与能量利用 > 3.1 热力过程与热机循环的简化 > Video
同学们好
这节课我们学习
发动机的热力过程和热机循环
这节课我们要通过
对发动机的热力过程
和热机循环进行简化
发动机真实的热力过程
和热机循环是非常复杂的
为了利用工程热力学知识
从本质上把握发动机热效率的影响因素
我们需要对发动机的热力过程
和热机循环进行简化处理
我们首先对发动机的热力过程进行简化
为使发动机的缸内过程可以用
工程热力学的分析理想循环可逆平衡状态
的公式和相关的曲线
来进行处理
工质需简化为理想气体
此外我们对热力过程
还有两个近似简化
一个是准稳态过程简化
也就是假设任意时刻
气缸各点的工质状态都是相同的
也就是工质处于准平衡状态
事实上虽然导致发动机
丧失平衡状态的物理过程很快
比如活塞的平均移动速度
可以达到20到30米每秒
但是 恢复平衡的时间会更快
例如缸内压力波的传播速度
可以达到500米每秒以上
所以我们可以认为
缸内各点的压力是相同的
因此缸内工质做准平衡处理
是合理可行的
二是内可逆过程简化
也就是忽略气缸内部的不可逆因素
如工质的内摩擦
缸内的温差传热等等
实际上缸内的不可逆因素
是不可避免的
但是不可逆损失值
与整个系统对外的热功交换值相比
是一个很小的量
因此发动机缸内工作过程
可以当做内可逆过程处理
这样处理 既十分方便
又有足够的精度
在热力过程和热机循环
分析热功转换时
我们除了用到第一章提到的示功图外
还经常用温熵图来表示
温熵图是以温度为纵坐标
以熵为横坐标的热力图
温熵图通常用来分析工质
在循环过程中的吸热量和放热量
在工程热力学中
熵是表征工质状态的一个参量
通常用符号S来表示
熵增的计算式为
dS等于dQ除以T
式中T为工质的热力学温度
dQ为熵增过程中加入的热量
下标可逆
表示加热引起的变化过程
是可逆的
如果过程是不可逆的
则熵增大于dQ除以T
因此熵是一个反映自发过程
不可逆的一个工质状态参量
在工程热力学中
满足P乘以V的n次方
等于常数的过程
统称为多变过程
多变过程状态参数
压力 温度 容积 熵
分别为常数的过程
称为等压 等温 等容和等熵过程
对应的n值分别为0、1、±∞和κ
由于此式中
特殊热力过程的方程中
只含有一个变量
分析简便 物理概念清晰
所以实际热机循环往往简化为
上述特殊过程的组合
来进行分析
请大家注意
这四种热力过程之间的相互关系
比如在温熵图上
定容线n=±∞
比定压线n=0要陡
这些对于之后定性比较
循环热效率大小是很有帮助的
热力系统经过一系列热力过程
最后又回到初态
称为一个热力循环
如果这种循环在外界
加入热量后
又对外做正功就是热机循环
发动机的一个工作过程
就是完成一个热机循环
但是发动机工作循环
并不符合工程热力学中
理想热机循环的严格定义
首先循环并非外界向系统加热
而是燃料燃烧放热后
工质的一个温升
其次进排气 换气过程中
工质发生了交换
是一个开口系统而非封闭系统
尽管如此
我们仍然可以把进排气过程
当做开口的流动系统来处理
而单独把压缩 燃烧
膨胀的动力过程
看作一个燃烧热量
由外部加入
工质膨胀到下止点后
向外等容放热
又回到压缩始点的封闭热机循环来处理
也就是在图所示的示功图上
把a-c-z-b-a当做封闭循环
把a-r-b-a看作开口的泵气流动过程
这样处理就能够完全满足
发动机热效率分析与计算的要求
工质在热机循环中
所做功和交换的热量
可分别在示功图和温熵图上表示
在温熵图上
Q1表示循环中的吸热量
Q2表示系统向外的放热量
两者之差
就是系统向外做的功
用Wi表示
循环热效率定义为
循环输出功所占循环加热量的百分比
所以循环热效率等于Wi除以Q1
等于Q1减Q2除以Q1
也等于1减去Q2除以Q1
这就是计算循环热效率的通用表达式
关于发动机热力过程和热机循环的简化
以及循环热效率的通用表达式
就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
