《汽車節(jié)能技術(shù)緒論PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽車節(jié)能技術(shù)緒論PPT課件（45頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、本課主要內(nèi)容及教材本課主要內(nèi)容及教材 本課程主要講授汽車上使用的汽、柴油發(fā)動本課程主要講授汽車上使用的汽、柴油發(fā)動機的工作原理及提高發(fā)動機性能、節(jié)能環(huán)保的理機的工作原理及提高發(fā)動機性能、節(jié)能環(huán)保的理論基礎論基礎 教材：教材： 汽車拖拉機發(fā)動機（第三版）汽車拖拉機發(fā)動機（第三版） 武漢汽車工業(yè)大學武漢汽車工業(yè)大學 董敬董敬 莊志莊志 常思勤常思勤 編編 其他發(fā)動機原理書均可作為參考書。其他發(fā)動機原理書均可作為參考書。 第1頁/共45頁汽油機混合氣形成和燃燒汽油機混合氣形成和燃燒發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程柴油機混合氣形成和燃燒柴油機混合氣形成和燃燒發(fā)動機的性能發(fā)動機的性能燃料與燃燒燃料與燃燒
2、緒緒 論論1234576講課提綱講課提綱發(fā)動機特性發(fā)動機特性7第2頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 1.1.能源的分類 自然能源的開發(fā)和利用是人類走向繁榮的起點，而能源自然能源的開發(fā)和利用是人類走向繁榮的起點，而能源的開發(fā)和利用程度是生產(chǎn)發(fā)展的一個重要標志。的開發(fā)和利用程度是生產(chǎn)發(fā)展的一個重要標志。能源是指能源是指為人類生產(chǎn)與日常生活提供各種能量和動力的物質(zhì)資源。為人類生產(chǎn)與日常生活提供各種能量和動力的物質(zhì)資源。主要有：主要有：風、水、太陽、地熱、海洋能、核能及燃料化學風、水、太陽、地熱、海洋能、核能及燃料化學能等能等。這些能源除風、水能和海洋潮汐能
3、可以以機械能的這些能源除風、水能和海洋潮汐能可以以機械能的形式提供給人們外，其余各種能源都常以熱能的形式提供形式提供給人們外，其余各種能源都常以熱能的形式提供給人們。給人們。 綜上可知，人們從自然能源中獲取能量的主要形式熱綜上可知，人們從自然能源中獲取能量的主要形式熱能。據(jù)統(tǒng)計，熱能形式而被利用的能。據(jù)統(tǒng)計，熱能形式而被利用的 能量，在我國占能量，在我國占90%90%以以上，世界其他各國也占上，世界其他各國也占85%85%以上。因此我們有必要研究熱能以上。因此我們有必要研究熱能的轉(zhuǎn)換和利用。的轉(zhuǎn)換和利用。第3頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 2.熱能
4、利用方式 對于一個國家而言，按人口平均的能量耗用水平，可對于一個國家而言，按人口平均的能量耗用水平，可直接反映國民經(jīng)濟發(fā)展的水平、生產(chǎn)力水平和科學技術(shù)水直接反映國民經(jīng)濟發(fā)展的水平、生產(chǎn)力水平和科學技術(shù)水平。平。熱能利用方式直接利用間接利用如：加熱、烘干、采暖、融化等將熱能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量如：機械能、電能等第4頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 單位：百萬單位：百萬噸油當量噸油當量原油原油天然氣天然氣原煤原煤核能核能水力水力發(fā)電發(fā)電再生再生能源能源總計總計全世界全世界4059.14059.12905.62905.63724.33724.3599.35
5、99.3791.5791.5194.8194.812274.612274.6歐盟歐盟645.9645.9403.1403.1285.9285.9205.3205.369.669.680.980.91690.71690.7非洲合計非洲合計158.3158.398.898.899.899.82.92.923.523.51.31.3384.5384.5美國美國833.6833.6626.0626.0501.9501.9188.2188.274.374.345.345.32269.32269.3日本日本201.4201.495.095.0117.7117.736.936.919.219.27.47.4
6、477.6477.6中國中國461.8461.8117.6117.61839.41839.419.519.5157.0157.017.717.72613.22613.220112011年能源消耗結(jié)構(gòu)年能源消耗結(jié)構(gòu)一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用第5頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 3.熱機的發(fā)展過程 目前對熱能的利用最普遍的就是熱機。目前對熱能的利用最普遍的就是熱機。熱機的發(fā)展史：熱機的發(fā)展史： 蒸汽機蒸汽機蒸汽輪機蒸汽輪機內(nèi)燃機內(nèi)燃機噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機 十八世紀十八世紀 以前，能量的主要來源是人力、畜力、
7、風力以前，能量的主要來源是人力、畜力、風力及水力等自然動力。十八世紀中葉出現(xiàn)了蒸汽機，據(jù)記載荷及水力等自然動力。十八世紀中葉出現(xiàn)了蒸汽機，據(jù)記載荷蘭人克里斯琴蘭人克里斯琴赫更斯于赫更斯于16731673年提出了內(nèi)燃機構(gòu)想，并于年提出了內(nèi)燃機構(gòu)想，并于16851685年建造了用火藥作燃料的內(nèi)燃機；紐科門及卡利在年建造了用火藥作燃料的內(nèi)燃機；紐科門及卡利在17051705年發(fā)明了大氣式蒸汽機；瓦特年發(fā)明了大氣式蒸汽機；瓦特17651765年發(fā)明了設有與汽缸壁分年發(fā)明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，并于開的凝汽器的蒸汽機，并于17691769年取得了英國的專利。年取得了英國的專利。1782178
8、2年前后，瓦特將機器進一步改進，使蒸汽機的熱效率成倍提年前后，瓦特將機器進一步改進，使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。蒸汽機的發(fā)明標志工業(yè)革命的開始。高，煤耗大大下降。蒸汽機的發(fā)明標志工業(yè)革命的開始。第6頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 1791 1791年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程；年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程；18721872年，德國人施托爾策設計了一臺燃氣輪機，但因未能脫年，德國人施托爾策設計了一臺燃氣輪機，但因未能脫開起動機獨立運行而失??；開起動機獨立運行而失?。?9051905年，法國人勒梅爾和阿芒戈年，法
9、國人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺能輸出功的燃氣輪機，但效率太低，未獲得實用。制成第一臺能輸出功的燃氣輪機，但效率太低，未獲得實用。19201920年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃氣輪機。年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃氣輪機。19411941年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗；年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗；19471947年，年，英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水；英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水；19501950年，英國年，英國制成第一輛燃氣輪機汽車。此后，燃氣輪機在更多的部門中制成第一輛燃氣輪機汽車。此后，燃氣輪機在更多的部門中獲得應用。獲得應用。 20
10、20年代末，當時任英國空軍教官的弗蘭克年代末，當時任英國空軍教官的弗蘭克惠特爾提出惠特爾提出了噴氣發(fā)動機的設想，并于了噴氣發(fā)動機的設想，并于19301930年申請了專利。德國的馮年申請了專利。德國的馮奧奧亨也在研制渦輪噴氣發(fā)動機，并在亨也在研制渦輪噴氣發(fā)動機，并在19371937年年9 9月使發(fā)動機第一次月使發(fā)動機第一次運轉(zhuǎn)成功。運轉(zhuǎn)成功。第7頁/共45頁一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 研制的研制的Hes3BHes3B渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪噴氣發(fā)動機的He178He178飛機于飛機于19391939年年8 8月月2727日首次日首次試飛成功，成為世界上第一架噴氣
11、式飛機。英國隨后在試飛成功，成為世界上第一架噴氣式飛機。英國隨后在19411941年有了年有了”格洛斯特格洛斯特E28E28”。19491949年，第一架噴氣式民航客機年，第一架噴氣式民航客機英國的英國的 “彗星彗星”號首次飛行。從此，人類航空史進入了噴氣機時代。到今天，世界上號首次飛行。從此，人類航空史進入了噴氣機時代。到今天，世界上絕大部分作戰(zhàn)飛機和干線民航客機都早已實現(xiàn)了噴氣化。絕大部分作戰(zhàn)飛機和干線民航客機都早已實現(xiàn)了噴氣化。 火箭發(fā)動機是我國勞動人民首先創(chuàng)造出來的。早在唐代初年火箭發(fā)動機是我國勞動人民首先創(chuàng)造出來的。早在唐代初年( (約約在七世紀）火藥就出現(xiàn)了，大約在十三世紀制成火箭
12、。在七世紀）火藥就出現(xiàn)了，大約在十三世紀制成火箭。1919世紀末世紀末2020世世紀初紀初, ,液體火箭技術(shù)開始興起。液體火箭技術(shù)開始興起。19031903年年, ,俄國的俄國的.E.E.齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基提出了制造大型液體火箭的設想和設計原理。提出了制造大型液體火箭的設想和設計原理。19261926年，美國的火箭專年，美國的火箭專家、物理學家家、物理學家R. H. R. H. 戈達德試飛了第一枚無控液體火箭。戈達德試飛了第一枚無控液體火箭。 19441944年，年，德國首次將有控的、用液體火箭發(fā)動機推進的德國首次將有控的、用液體火箭發(fā)動機推進的V V2 2導彈用于戰(zhàn)爭。第導彈用于戰(zhàn)
13、爭。第二次世界大戰(zhàn)以后，蘇聯(lián)和美國等相繼研制出包括洲際彈道導彈在內(nèi)二次世界大戰(zhàn)以后，蘇聯(lián)和美國等相繼研制出包括洲際彈道導彈在內(nèi)的各種火箭武器。中國于的各種火箭武器。中國于2020世紀世紀5050年代開始研制新型火箭。在發(fā)展現(xiàn)年代開始研制新型火箭。在發(fā)展現(xiàn)代火箭技術(shù)方面，中國的錢學森、美國的代火箭技術(shù)方面，中國的錢學森、美國的W.vonW.von布勞恩和蘇聯(lián)的布勞恩和蘇聯(lián)的S.P.S.P.科羅廖夫等都做出了杰出的貢獻。科羅廖夫等都做出了杰出的貢獻。第8頁/共45頁太陽能發(fā)動機太陽能發(fā)動機電力機電力機熱機熱機 熱熱 機機外燃機外燃機內(nèi)燃機內(nèi)燃機蒸汽機蒸汽機蒸汽輪機蒸汽輪機活塞式活塞式燃氣機燃氣機燃
14、氣輪機燃氣輪機往復式往復式旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式汽油機汽油機柴油機柴油機原子能原子能水力機水力機風力機風力機一、一、 能源的分類及熱能的應用能源的分類及熱能的應用緒緒 論論 第9頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 1. 蒸汽機的原理第10頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 2.內(nèi)燃機工作原理 內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。包括汽油機、柴油機及燃氣發(fā)動機。包括汽油機、柴油機及燃氣發(fā)動機。 往復活塞式內(nèi)燃機的組成
15、部分主要有曲柄連桿機構(gòu)、往復活塞式內(nèi)燃機的組成部分主要有曲柄連桿機構(gòu)、機體和氣缸蓋、配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系機體和氣缸蓋、配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動裝置等。內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒統(tǒng)、起動裝置等。內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需外作功的過程，其他過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程兩類。為四沖程
16、和二沖程兩類。第11頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 3.蒸汽輪機裝置的工作原理 燃料在鍋爐燃料在鍋爐1 1中燃燒，使鍋爐中中燃燒，使鍋爐中的水變?yōu)檎羝Ｓ捎诖苏羝膲毫?、的水變?yōu)檎羝Ｓ捎诖苏羝膲毫?、溫度遠高于大氣環(huán)境的壓力與溫度，溫度遠高于大氣環(huán)境的壓力與溫度，故具有作功的能力。此過程為水和蒸故具有作功的能力。此過程為水和蒸汽的吸熱過程。壓力、溫度較高的蒸汽的吸熱過程。壓力、溫度較高的蒸汽進入汽輪機汽進入汽輪機6 6，在流經(jīng)汽輪機噴管，在流經(jīng)汽輪機噴管7 7時，由于蒸汽降壓膨脹而在噴管出口時，由于蒸汽降壓膨脹而在噴管出口處形成一股高速汽流。汽流沖擊轉(zhuǎn)輪處形成一股高速汽
17、流。汽流沖擊轉(zhuǎn)輪9 9上的葉片上的葉片8 8，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動并在轉(zhuǎn)軸，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動并在轉(zhuǎn)軸1010上輸出機械能，帶動發(fā)電機上輸出機械能，帶動發(fā)電機1111發(fā)出電發(fā)出電能或帶動其它機械。此過程為蒸汽的能或帶動其它機械。此過程為蒸汽的膨脹作功過程。膨脹作功過程。 蒸汽機由于熱效率等逐漸被蒸汽輪機取代，蒸汽輪機是用轉(zhuǎn)輪受蒸汽的作用力而直接產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動，從而沒有曲柄連桿機構(gòu)。近代熱力發(fā)電廠中絕大部分采用蒸汽動力裝置。第12頁/共45頁 作功之后的乏汽從汽輪機作功之后的乏汽從汽輪機內(nèi)排出后進入冷凝器內(nèi)排出后進入冷凝器1212，被冷，被冷卻水冷卻而凝結(jié)為水。此過程卻水冷卻而凝結(jié)為水。此過程中乏汽排出大量熱量，是
18、蒸汽中乏汽排出大量熱量，是蒸汽的放熱過程。的放熱過程。 凝結(jié)水經(jīng)水泵凝結(jié)水經(jīng)水泵1414送入水箱送入水箱1515后，再經(jīng)水泵后，再經(jīng)水泵1616壓入鍋爐。此過程為水的升壓壓入鍋爐。此過程為水的升壓過程。過程。 由上可見，在蒸汽動力裝由上可見，在蒸汽動力裝置中，工作物質(zhì)水經(jīng)過壓縮、置中，工作物質(zhì)水經(jīng)過壓縮、吸熱、膨脹、放熱四個過程，吸熱、膨脹、放熱四個過程，不斷循環(huán)，連續(xù)不斷地將熱能不斷循環(huán)，連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機械能。轉(zhuǎn)換為機械能。二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 3.蒸汽輪機裝置的工作原理第13頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 4.核能裝置的工作原理 近年來核能
19、發(fā)電有了飛躍的發(fā)近年來核能發(fā)電有了飛躍的發(fā)展，先進國家的核能發(fā)電量己占其展，先進國家的核能發(fā)電量己占其總發(fā)電量的總發(fā)電量的15%15%左右。目前，這個左右。目前，這個比例還在上升。核電站的工作過程比例還在上升。核電站的工作過程與上述普通蒸汽動力裝置比較，主與上述普通蒸汽動力裝置比較，主要區(qū)別就是用反應堆取代了蒸汽鍋要區(qū)別就是用反應堆取代了蒸汽鍋爐，如右圖所示。目前的反應堆多爐，如右圖所示。目前的反應堆多用濃縮鈾作燃料，而用載熱質(zhì)（如用濃縮鈾作燃料，而用載熱質(zhì)（如重水或某些堿金屬蒸氣）將反應堆重水或某些堿金屬蒸氣）將反應堆中的大量熱能攜出，并在熱交換器中的大量熱能攜出，并在熱交換器中將熱能傳遞給
20、水蒸氣。水蒸氣的中將熱能傳遞給水蒸氣。水蒸氣的循環(huán)則與蒸汽動力循環(huán)完全相同。循環(huán)則與蒸汽動力循環(huán)完全相同。第14頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 5.燃氣輪機動力裝置 工作原理工作原理: : 燃氣輪機裝置是近幾十年發(fā)展起來的新型動燃氣輪機裝置是近幾十年發(fā)展起來的新型動力裝置，它既可作為飛機、車船等的發(fā)動機，也可作為固定力裝置，它既可作為飛機、車船等的發(fā)動機，也可作為固定式動力裝置?；鞠到y(tǒng)如圖所示?？諝饨?jīng)壓氣機升壓后進入式動力裝置?；鞠到y(tǒng)如圖所示?？諝饨?jīng)壓氣機升壓后進入燃燒室與燃料混合。在燃燒室內(nèi)燃料的燃燒過程同樣可以視燃燒室與燃料混合。在燃燒室內(nèi)燃料的燃燒過程同樣可以視
21、作氣體的吸熱過程。作氣體的吸熱過程。 燃燒后的高溫高壓燃氣進燃燒后的高溫高壓燃氣進入燃氣輪機噴管中，經(jīng)過膨脹入燃氣輪機噴管中，經(jīng)過膨脹加速之后推動燃氣輪機轉(zhuǎn)輪旋加速之后推動燃氣輪機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)作功，作功后的廢氣最后排轉(zhuǎn)作功，作功后的廢氣最后排入大氣。入大氣。第15頁/共45頁第16頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 6 .噴氣發(fā)動機 工作原理工作原理: :作用在物體上的力都有大小相等方向相反的作用在物體上的力都有大小相等方向相反的反作用力。噴氣發(fā)動機在工作時，從前端吸入大量的空氣，反作用力。噴氣發(fā)動機在工作時，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，在此過程中，發(fā)動機向氣體施加力，
22、使之燃燒后高速噴出，在此過程中，發(fā)動機向氣體施加力，使之向后加速，氣體也給發(fā)動機一個反作用力，推動飛機前進。向后加速，氣體也給發(fā)動機一個反作用力，推動飛機前進。事實上，這一原理很早就被應用于實踐中，我們玩過的爆竹，事實上，這一原理很早就被應用于實踐中，我們玩過的爆竹，就是依靠尾部噴出火藥氣體的反作用力飛上天空的。就是依靠尾部噴出火藥氣體的反作用力飛上天空的。 燃料和氧化劑分別通過泵壓縮后進入燃燒室，在燃燒室燃料和氧化劑分別通過泵壓縮后進入燃燒室，在燃燒室內(nèi)燃燒生成高溫高壓的燃氣，燃氣通過噴管降壓膨脹，形成內(nèi)燃燒生成高溫高壓的燃氣，燃氣通過噴管降壓膨脹，形成由噴管向后噴射的高速氣流，推動整個裝置
23、向前運動。由噴管向后噴射的高速氣流，推動整個裝置向前運動。第17頁/共45頁裝上噴氣發(fā)動機的汽車第18頁/共45頁二、二、 典型的熱機典型的熱機緒緒 論論 7.制冷裝置 制冷裝置定義制冷裝置定義: :熱能動力裝置熱能動力裝置, ,它的目的是將熱能轉(zhuǎn)換它的目的是將熱能轉(zhuǎn)換為機械能。在工程上還有另一類作用與之相反的能量轉(zhuǎn)換裝為機械能。在工程上還有另一類作用與之相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，它們消耗外部機械功來實現(xiàn)熱能由低溫物體到高溫物體置，它們消耗外部機械功來實現(xiàn)熱能由低溫物體到高溫物體的轉(zhuǎn)移。這類裝置通常稱為制冷裝置或熱泵。的轉(zhuǎn)移。這類裝置通常稱為制冷裝置或熱泵。 在壓氣機中，空氣受到絕熱壓絕，溫度升高到
24、高于大氣在壓氣機中，空氣受到絕熱壓絕，溫度升高到高于大氣環(huán)境的溫度。在冷卻器中，空氣被冷卻至常溫，此時空氣向環(huán)境的溫度。在冷卻器中，空氣被冷卻至常溫，此時空氣向外放熱。在膨脹機中，空氣膨脹對外作功，同時壓力降低到外放熱。在膨脹機中，空氣膨脹對外作功，同時壓力降低到原來的壓力，溫度降到低于大氣的溫度。然后冷空氣進入冷原來的壓力，溫度降到低于大氣的溫度。然后冷空氣進入冷室中吸熱，從而完成循環(huán)。循環(huán)經(jīng)歷了壓縮、放熱、膨脹、室中吸熱，從而完成循環(huán)。循環(huán)經(jīng)歷了壓縮、放熱、膨脹、吸熱過程其次序正好與熱機相反。循環(huán)所產(chǎn)生的結(jié)果是：不吸熱過程其次序正好與熱機相反。循環(huán)所產(chǎn)生的結(jié)果是：不斷消耗外部機械功，而將熱
25、能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫斷消耗外部機械功，而將熱能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。這也正好與熱機的結(jié)果相反。物體。這也正好與熱機的結(jié)果相反。第19頁/共45頁制冷裝置工作過程制冷裝置工作過程第20頁/共45頁電冰箱工作原理電冰箱工作原理第21頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 1.1.熱力學系統(tǒng)介紹熱力學系統(tǒng)介紹 在熱力學研究和分析中，首在熱力學研究和分析中，首先要確定研究對象，并把它與其先要確定研究對象，并把它與其它周圍的物體分開，然后研究這它周圍的物體分開，然后研究這個物體上所受的作用。這個研究個物體上所受的作用。這個研究對象可以是固定的一些物體，也對象可以是固定的一些物
26、體，也可以是固定在空間中的一些物體。可以是固定在空間中的一些物體。這種在能量轉(zhuǎn)換時劃出的部分稱這種在能量轉(zhuǎn)換時劃出的部分稱為熟力系統(tǒng)或簡稱系統(tǒng)。熱力系為熟力系統(tǒng)或簡稱系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)以外的物體統(tǒng)稱為外界或環(huán)境。統(tǒng)以外的物體統(tǒng)稱為外界或環(huán)境。熱力系統(tǒng)和外界的分界面稱為邊熱力系統(tǒng)和外界的分界面稱為邊界或界面。邊界可真實界或界面。邊界可真實, ,可假想可假想, ,或固定或移動或固定或移動. .第22頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 2.2.工質(zhì)及其熱力學狀態(tài)工質(zhì)及其熱力學狀態(tài) 1 1）工質(zhì)的概念：）工質(zhì)的概念：工程熱力學是研究熱功轉(zhuǎn)換規(guī)律的工程熱力學是研究熱功轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門
27、科學。在熱能動力裝置中，是依靠熱機中工作物質(zhì)一門科學。在熱能動力裝置中，是依靠熱機中工作物質(zhì)的吸熱和放熱以及它本身的狀態(tài)變化完成熱功轉(zhuǎn)換的。的吸熱和放熱以及它本身的狀態(tài)變化完成熱功轉(zhuǎn)換的。這種工作物質(zhì)簡稱工質(zhì)，通常是蒸汽和氣體。這種工作物質(zhì)簡稱工質(zhì)，通常是蒸汽和氣體。 2 2）工質(zhì)的熱力狀態(tài)：）工質(zhì)的熱力狀態(tài)：工質(zhì)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀工質(zhì)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)。如壓力、容積物理狀態(tài)稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)。如壓力、容積 、溫度等。、溫度等。用熱力學狀態(tài)參數(shù)描述。用熱力學狀態(tài)參數(shù)描述。 3 3）工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)：常用的狀態(tài)參數(shù)有：）工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)：常用的狀態(tài)參數(shù)有：壓力、容壓
28、力、容積積 、溫度、內(nèi)能、熵、焓。、溫度、內(nèi)能、熵、焓。第23頁/共45頁四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識200232mpn緒緒 論論 （）壓力：（）壓力： 是工質(zhì)對容器壁面單位面積作用的垂直力稱為壓力，按是工質(zhì)對容器壁面單位面積作用的垂直力稱為壓力，按分子熱運動學說法：氣體的壓力是氣體分子向容器壁面碰撞分子熱運動學說法：氣體的壓力是氣體分子向容器壁面碰撞的平均結(jié)果。的平均結(jié)果。n單位體積內(nèi)分子數(shù)0m0單個分子質(zhì)量單個分子速度與大氣壓力的比：分為絕對壓力和真空度。與大氣壓力的比：分為絕對壓力和真空度。0gppp表壓力表壓力gp0vppp真空度真空度vp三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知
29、識單位：帕斯卡單位：帕斯卡第24頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 （2）溫度）溫度T 是表征物體冷熱程度的物理量。按分子運動學說：是氣體是表征物體冷熱程度的物理量。按分子運動學說：是氣體分子平均移動動能的量度。度量溫標有開氏、攝氏、華氏溫標。分子平均移動動能的量度。度量溫標有開氏、攝氏、華氏溫標。 取水的固液氣三態(tài)平衡共存狀態(tài)溫度為單一固定點，取為取水的固液氣三態(tài)平衡共存狀態(tài)溫度為單一固定點，取為273.16K；水的冰點為；水的冰點為273.15K （開爾文）（開爾文）（3）容積）容積v 工質(zhì)所占的體積，為密度的倒數(shù)。單位質(zhì)量工質(zhì)所占體積工質(zhì)所占的體積，為密度的倒數(shù)
30、。單位質(zhì)量工質(zhì)所占體積稱為比容。（立方米）稱為比容。（立方米）第25頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 （4） 內(nèi)能內(nèi)能U 是指與系統(tǒng)中大量粒子的微觀運動狀態(tài)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)有是指與系統(tǒng)中大量粒子的微觀運動狀態(tài)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的能量，包括：分子的動能（移動、轉(zhuǎn)動、振動）和分關(guān)的能量，包括：分子的動能（移動、轉(zhuǎn)動、振動）和分子力所形成的勢能。（焦耳）子力所形成的勢能。（焦耳）（6）熵）熵S 是指熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰ΑＪ侵笩崃哭D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰Α?ds=dQ/T （J/K）（5） 焓焓H 是一個組合狀態(tài)參數(shù)，是隨工質(zhì)攜帶和轉(zhuǎn)移的能量。是一個組合狀態(tài)參數(shù)，是隨工質(zhì)攜帶和轉(zhuǎn)移的能量。 H=
31、U+PV （焦耳）第26頁/共45頁四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 玻意爾定律玻意爾定律P P1 1V V1 1=P=P2 2V V2 2質(zhì)量一定溫度不變質(zhì)量一定溫度不變查理定律查理定律P P1 1/P/P2 2=T=T1 1/T/T2 2質(zhì)量一定體積不變質(zhì)量一定體積不變蓋呂薩克定律蓋呂薩克定律V V1 1/V/V2 2=T=T1 1/T/T2 2質(zhì)量一定壓強不變質(zhì)量一定壓強不變理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程PV=mRTPV=mRT熱力學第一定律熱力學第一定律Q=U+WQ=U+W三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識3.3.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 1)1)分子體積
32、與氣體體積相比可以忽略不計；分子體積與氣體體積相比可以忽略不計；2)2)分子之間沒有相互吸引力；分子之間沒有相互吸引力；3)3)分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動能損失。分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動能損失。4)4)在容器中，在未碰撞時考慮為作勻速運動，氣體分子碰撞時發(fā)生在容器中，在未碰撞時考慮為作勻速運動，氣體分子碰撞時發(fā)生速度交換，無動能損失。速度交換，無動能損失。5)5)解熱學題的時候，簡單的認為是分子勢能為零，分子動能不為零。解熱學題的時候，簡單的認為是分子勢能為零，分子動能不為零。6)6)理想氣體的內(nèi)能是分子動能之和。理想氣體的內(nèi)能是分子動能之和。 第27頁/共4
33、5頁四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 4.4.理想氣體的比熱容理想氣體的比熱容 單位質(zhì)量的熱容量稱為比熱容，簡稱比熱。單位質(zhì)量的熱容量稱為比熱容，簡稱比熱。 可分為質(zhì)量比熱、容積比熱、摩爾比熱；可分為質(zhì)量比熱、容積比熱、摩爾比熱； 1)1)質(zhì)量比熱質(zhì)量比熱: :使使1Kg1Kg物質(zhì)溫度升高物質(zhì)溫度升高1K1K所需的熱量稱為質(zhì)量比熱，所需的熱量稱為質(zhì)量比熱，以以c c表示，單位為表示，單位為J JKgKgK K。2)2)容積比熱容積比熱: :使使1 1標準標準m m3 3氣體溫度升高氣體溫度升高1K1K所需熱量稱為容積比熱，所需熱量稱為容積比熱，以以cc表示，單位為表示，單位為J
34、 Jm m3 3K K。容積比熱主要用于氣體。容積比熱主要用于氣體。3)3)摩爾比熱摩爾比熱: :使使lKmollKmol物質(zhì)溫度升高物質(zhì)溫度升高1K1K所需的熱量稱為摩爾比熱，所需的熱量稱為摩爾比熱，以以C C表示，單位為表示，單位為J/KmolJ/KmolK K。dTqC四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識第28頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 比熱容的分類：按熱力學狀態(tài)比熱容的分類：按熱力學狀態(tài) 定容比熱容、定壓比熱容；定容比熱容、定壓比熱容； 在工質(zhì)的熱力性質(zhì)研究及熱工計算中，定容過程比熱容和在工質(zhì)的熱力性質(zhì)研究及熱工計算中，定容過程比熱容和定壓過程比熱容
35、有特別重要的意義，分別稱為定壓過程比熱容有特別重要的意義，分別稱為定容比熱容和定定容比熱容和定壓比熱容，用符號壓比熱容，用符號CvCv和和CpCp表示。表示。 4)4)定容比熱容定容比熱容 5)5)定壓比熱容定壓比熱容dTqCvvdTqCppRCCvp6)邁耶公式：邁耶公式：第29頁/共45頁四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 7)7)定值比熱容定值比熱容 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識 當比熱容查表沒有合適的，且溫度變化不大時，可當比熱容查表沒有合適的，且溫度變化不大時，可把比如而看成常數(shù)，根據(jù)分子運動論關(guān)于能量均勻分配把比如而看成常數(shù)，根據(jù)分子運動論關(guān)于能量均勻分配的
36、原則，認為一切氣體只要組成分子中的原子數(shù)相同，的原則，認為一切氣體只要組成分子中的原子數(shù)相同，則摩爾比熱容相同。則摩爾比熱容相同。單原子氣體雙原子氣體多原子氣體單位KJ/KmolK定容比熱34.186854.186874.1868定壓比熱54.186874.186894.1868比熱比1.671.401.29第30頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 5.5.典型熱力過程分析典型熱力過程分析1 1）功的熱力學表述）功的熱力學表述Fdxw pAdxF pdvpAdxFdxw示功圖示功圖第31頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 2 2）定容過程）定
37、容過程0dvTp常數(shù)常數(shù)21dTCuv0 pdvW211212)(TTCdTCuuqvv1221lnTTCTdTCTqdsvv示功圖示功圖溫熵圖溫熵圖第32頁/共45頁緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識TV常數(shù)常數(shù)21dTCuv)()(121221TTRvvpdvpW21121212)(dTChhvvpuuqp1221lnTTCTdTCTqdspp0dp3 3）定壓過程）定壓過程示功圖示功圖溫熵圖溫熵圖第33頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 0dTPV0)(1221TTCdTCuvv122121lnVVRTdVVRTdVpW1211lnVVVPWWu
38、q1212lnlnVVRTVVRTsTqds常數(shù)常數(shù)4 4）定溫過程）定溫過程示功圖示功圖溫熵圖溫熵圖第34頁/共45頁緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識5 5）絕熱過程）絕熱過程0q0TqdsPdVdTCdqVVRTpdVTpTdTCdsV對對RTpv 全微分有全微分有RdTVdPPdVRvdppdvdT則有則有代入代入dVVRVdpPdVTRCdsV)(0PdPCVdVCPdPCVdVRCVPVV）（而而當當kCCVPPVklnln有有常數(shù)常數(shù)kPV常數(shù)常數(shù)K為比熱比，這里又稱為絕熱指數(shù)為比熱比，這里又稱為絕熱指數(shù)第35頁/共45頁四、四、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒
39、 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識kVVPP211212112kVVTT21dTCuv0q)(21TTCWV1kRCV)(121TTkRW示功圖示功圖溫熵圖溫熵圖第36頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 例題：例題：氣缸中，承受一定重量的活塞下有氣缸中，承受一定重量的活塞下有0.15kg空氣，空氣，t120，V10.06m3。問加入。問加入Q120.4kJ熱量后，問熱量后，問t2、P2、V2各為多少？內(nèi)能、焓、熵的變化量、功各為多少？各為多少？內(nèi)能、焓、熵的變化量、功各為多少？又當活塞達到最后位置時固定，再加入又當活塞達到最后位置時固定，再加入20.4KJ
40、熱量，問熱量，問P3？求內(nèi)能、焓、熵的變化量為多少？求內(nèi)能、焓、熵的變化量為多少?KkgkJCV717. 0KkgkJCP004. 1KkgkJR287. 0第37頁/共45頁三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識緒緒 論論 1-2定壓加熱過程定壓加熱過程）（PaVmRTP5311110102. 206. 0)20273(10287. 015. 021PP )(1221TTmCQP)(45.4281212KTmCQTP)(0877. 03222mPmRTV)(56.14)(12KJTTmCUV)(4 .20)(12KJTTmCHP)(0572. 0ln12KKJTTmCSP)(82. 5)(1
41、22KJVVmPW解：第38頁/共45頁緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識2-3定容加熱過程定容加熱過程)(12.6182V323KTmCQT）（PaPVTP5223310032. 3)(4 .2032KJQU)(56.28)(23KJTTmCHP)(0394. 0ln23KKJTTmCSP第39頁/共45頁緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識6 6）絕熱過程）絕熱過程 實際過程多種多樣，許多過程與四種基本過程差別較大，實際過程多種多樣，許多過程與四種基本過程差別較大，因此在實際中應用有一定困難，而實際上全部參數(shù)都在變，因此在實際中應用有一定困難，而實際上全部參數(shù)
42、都在變，故采用一種普遍適用而又遵循一定規(guī)律變化的過程，多變過故采用一種普遍適用而又遵循一定規(guī)律變化的過程，多變過程。程。nPV定值定值nVVPP)(21121nTV定值定值12112)(nVVTTnnTP1定值定值nnnnPPPPTT11212112)()(多變過程的狀態(tài)參數(shù)的計算多變過程的狀態(tài)參數(shù)的計算第40頁/共45頁0n常數(shù)0PV定壓過程定壓過程1nKn n常數(shù)PV常數(shù)KPV常數(shù)1PV定溫過程定溫過程絕熱過程絕熱過程定容過程定容過程緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識)(1)(1121221111TTnRVPVPnVdVVPWnn)()(1()(1)(12121212TTC
43、TTnRCTTnRTTCWUQnVV111nKnCnCCCnRCCVVPVVn122121ln1TTCnKnTdTCTdQSVnnC為多變指數(shù)為多變指數(shù)第41頁/共45頁1211QQQW21202QQQWQ正逆循環(huán)正逆循環(huán) 正循環(huán)是指由熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臒崃^程，即熱機循環(huán)。循環(huán)熱效率 逆循環(huán)是指熱從低溫物體到高溫物體，即制冷循環(huán)。制冷系數(shù)1緒緒 論論 三、三、 工程熱力學知識工程熱力學知識在兩個熱源間工作的一切可逆熱機具有相同的效率,并且是最高效率。121211TTQQ提高高溫熱源溫度或降低低溫熱源，均能提高熱效率。第42頁/共45頁緒緒 論論 四、四、 傳熱學知識傳熱學知識 熱力學著重研究在熱力
44、學平衡狀態(tài)下不同形式的能量間的熱力學著重研究在熱力學平衡狀態(tài)下不同形式的能量間的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。而傳熱學則是研究由于存在溫度差而引起的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。而傳熱學則是研究由于存在溫度差而引起的熱量傳遞規(guī)律，探討不同條件下熱傳遞系統(tǒng)的溫度分布和有關(guān)熱量傳遞規(guī)律，探討不同條件下熱傳遞系統(tǒng)的溫度分布和有關(guān)熱流量問題的分析計算實驗。熱傳遞是復雜的現(xiàn)象，可分為三熱流量問題的分析計算實驗。熱傳遞是復雜的現(xiàn)象，可分為三種基本方式：種基本方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。熱傳導、熱對流、熱輻射。 1.1.熱傳導（導熱）熱傳導（導熱） 是相互接觸而溫度不同的物體或物體中溫度不同的各部分是相互接觸而溫度不同的物體或物體中
45、溫度不同的各部分之間，當不存在宏觀的相對位移時，由微觀粒子（分子、原子之間，當不存在宏觀的相對位移時，由微觀粒子（分子、原子和它們的組成部分）的移動、轉(zhuǎn)動和振動等熱運動引起的熱傳和它們的組成部分）的移動、轉(zhuǎn)動和振動等熱運動引起的熱傳遞現(xiàn)象。遞現(xiàn)象。tAQmKmSJ2導熱系數(shù)導熱系數(shù) 單位單位A導熱熱阻導熱熱阻第43頁/共45頁緒緒 論論 四、四、 傳熱學知識傳熱學知識2.2.熱對流熱對流 液體中溫度不同的各部分之間，由于相對的宏觀運動液體中溫度不同的各部分之間，由于相對的宏觀運動而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。而把熱量從一處帶到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。沿用沿用17011701年牛頓提出的冷卻公式年牛頓提出的冷卻公式tAQ對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù)CmSJ23.3.熱輻射熱輻射 凡溫度高于凡溫度高于0開爾文的物體都有向外發(fā)射輻射粒子的能開爾文的物體都有向外發(fā)射輻射粒子的能力。物體轉(zhuǎn)化本身的熱能向外輻射能量的現(xiàn)象稱為熱輻射。力。物體轉(zhuǎn)化本身的熱能向外輻射能量的現(xiàn)象稱為熱輻射。 4ATQbb斯蒂芬斯蒂芬- -波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)428/1067. 5KmW第44頁/共45頁感謝您的觀看。第45頁/共45頁
汽車節(jié)能技術(shù)緒論PPT課件
