提高热机效率的根本途径(热机)

Posted 2023-05-27

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提高热机效率的根本途径(热机)

【学习目标】
1．知道热机中的能量转化。
2．知道四冲程热机的构造和工作原理。
3．知道燃料的热值及其单位，并知道某种燃料热值的物理意义。

要点一、内燃机

1.热机：将燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置，被称为热机。

2.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫内燃机。内燃机中最常见的是汽油机和柴油机。

（1）汽油机

①汽油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。

②汽油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。

a.吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，汽油和空气的混合物从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。

b.压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，气压增大。（机械能转化为内能）

c.做功冲程。在压缩冲程结束后，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物。燃料混合物剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。（内能转化为机械能）

d.排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。

（2）柴油机

①柴油机的构造：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。

②柴油机的工作过程：吸气、压缩、做功、排气。

a.吸气冲程。进气门打开，排气门关闭，活塞由气缸最上端向下运动，空气从进气门被吸入气缸。当活塞运动到最下端时，进气门关闭。

b.压缩冲程。进气门和排气门都关闭，活塞由气缸的最下端向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内温度升高，其温度超过柴油的燃点。（压燃）

c.做功冲程。在压缩冲程结束后，由喷油嘴向气缸内喷射雾状的柴油，这些柴油在气缸内高温的空气中剧烈燃烧，产生高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动。

d.排气冲程。进气门关闭，排气门打开，活塞从气缸最下端向上运动，把废弃排出气缸，为下一个循环做好准备。

要点诠释：
（1）在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。

（2）四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。

（3）一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。

（4）汽油机大多用在小汽车、飞机以及一些轻巧的机械上；柴油机则多用在载重汽车、火车、轮船上等。

要点二、燃料的热值

把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。用字母q表示，单位是：J/㎏。（热值是燃料本身的性质，与燃料是否完全燃烧无关，只与燃料的种类有关。）
要点诠释：
（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：①燃料的种类；②燃料的质量；③燃料是否充分燃烧。
（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq，其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。

要点三、热机效率

热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。

要点诠释：

（1）热机效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。

（2）提高热机效率的途径：

①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。

②在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。

③充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。

注意汽油机和柴油机的结构、原理不同点。记住4冲程能量的转化，重点记住文中加粗、加红处。

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