发动机原理课件第一章工程热力学基础.pptx
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1、汽车发动机原理汽车发动机原理课课 程程 概概 述述一、课程的性质和任务一、课程的性质和任务 1、研研究究发发动动机机的的性性能能评评价价(性性能能指指标标)和和基基本本工工作作过过程程(换换气气、混混合合气气形形成成、燃燃烧烧),发发动动机机特特性性、增压等,、增压等,发动机平衡、排气污染与噪声发动机平衡、排气污染与噪声。2、分析影响发动机性能的因素。、分析影响发动机性能的因素。3、找出提高发动机性能的一般规律。、找出提高发动机性能的一般规律。二、课程的地位和作用二、课程的地位和作用 本课程是一门专业课,为发动机的使用、维修本课程是一门专业课,为发动机的使用、维修打基础。本课程在整个课程体系中
2、起承上启下的打基础。本课程在整个课程体系中起承上启下的作用,对今后的实际工作起指导作用。作用,对今后的实际工作起指导作用。三、课程主要内容三、课程主要内容课程的主要内容分两部分:课程的主要内容分两部分:工程热力学基础知识工程热力学基础知识-必要的理论基础必要的理论基础 汽车发动机原理汽车发动机原理主要内容包括:主要内容包括:工程热力学基础工程热力学基础、发动机实际循环和性能指标、发动机实际循环和性能指标、燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合气的形燃料和燃烧、发动机换气、汽油机混合气的形成与燃烧过程、柴油机混合气的形成与燃烧过成与燃烧过程、柴油机混合气的形成与燃烧过程、发动机特性、发动机增压与中冷
3、技术等。程、发动机特性、发动机增压与中冷技术等。三、课程的特点、要求、学时分配、考核三、课程的特点、要求、学时分配、考核特点特点:本课程理论性较强,课堂上的讲授以理论分析和推本课程理论性较强,课堂上的讲授以理论分析和推导为主,配有实验环节导为主,配有实验环节。要求要求:课上集中精力,做好笔记,课下及时复习,完成作课上集中精力,做好笔记,课下及时复习,完成作业。业。重点在于理解,重点在于理解,主要章节要熟练掌握。主要章节要熟练掌握。学时分配:学时分配:总学时总学时3232,其中实验,其中实验4 4学时学时考核:考核:本课程为考试课,平时本课程为考试课,平时10%10%;实验;实验10%10%;考
4、试;考试80%80%。参考书:参考书:1.汽车发动机原理(第二版)陈培陵主编汽车发动机原理(第二版)陈培陵主编 人民交通出版社人民交通出版社 2003 2.内燃机学周龙保内燃机学周龙保 主编主编 机械工业出版社机械工业出版社 2003 第一章第一章 工程热力学基础工程热力学基础热力学热力学是研究能量(热能)性质和转换规律的科学。是研究能量(热能)性质和转换规律的科学。工程热力学工程热力学是其最早是其最早 发展的一个分支。发展的一个分支。本章主要内容:本章主要内容:1、热力状态、热力过程、参数、热力状态、热力过程、参数2、热力学的基本定理:热力学第一定理和第二定理。、热力学的基本定理:热力学第一
5、定理和第二定理。2、典型热力过程和热力循环。、典型热力过程和热力循环。3、发动机的理想循环。、发动机的理想循环。第一节第一节 气体的状态及状态方程气体的状态及状态方程 重点掌握:重点掌握:1 1、基本概念:热力系统、工质、热力状态、基本概念:热力系统、工质、热力状态、理想气体等;理想气体等;2 2、热力系统分类;、热力系统分类;3 3、P-V图图。一、热力系统一、热力系统1 1、定义:、定义:在热力学中,把某一宏在热力学中,把某一宏观尺寸范围内的工质体为研究的观尺寸范围内的工质体为研究的具体对象,称为具体对象,称为热力系统热力系统;热力系热力系外界外界界面界面2 2、工质工质:在热力设备中用来
6、实现热能与其它形式在热力设备中用来实现热能与其它形式的能量交换的物质。的能量交换的物质。热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。交换。研究对象以外的一切物质,称为研究对象以外的一切物质,称为外界外界;热力系统和外界的分界面,称为热力系统和外界的分界面,称为界面界面。二、热力状态与状态参数二、热力状态与状态参数1 1、热力状态热力状态:热力系统在某一瞬间所呈现的热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。宏观物理状况。热力平衡状态:热力平衡状态:当外界条件不变系统内状态长时当外界条件不变系统内状态长时间不变。间不变。(具有均匀一致的(具有均匀一致的P
7、 P、T T)2 2、状态参数状态参数:用来描述气体热力状态的物理量用来描述气体热力状态的物理量基本状态参数:基本状态参数:可直接测量的状态参数,包括:可直接测量的状态参数,包括:压力压力(P)(P)、比容比容()()、温度温度(T)(T)。主要状态参数:主要状态参数:压力压力P P、比容、比容、温度、温度T T、内能、内能、熵、熵、焓焓。三、基本状态参数三、基本状态参数1 1、比容:、比容:用用表示,单位是表示,单位是m m3 3/kg/kg 。定义:定义:单位质量的物质所占的容积。即:单位质量的物质所占的容积。即:=V/M =V/MV-V-物质的容积物质的容积,m,m3 3;M-;M-物质
8、的质量,物质的质量,kgkg。比容的倒数是?比容的倒数是?2 2、压力、压力:用用P P表示,单位是表示,单位是PaPa,MpaMpa、kPakPa。定义:定义:系统单位面积上受到的垂直作用力。系统单位面积上受到的垂直作用力。即:即:P=F/A P=F/A 压力的测量压力的测量3 3、温度:、温度:用用T T表示,单位是表示,单位是K K。定义:定义:表征物体的冷热程度表征物体的冷热程度(气体分子的平均气体分子的平均动能越大)动能越大)四、理想气体的状态方程四、理想气体的状态方程 1 1、理想气体:、理想气体:气体分子本身不占有体积,分气体分子本身不占有体积,分子之间无相互作用力的气体。子之间
9、无相互作用力的气体。2 2、理想气体的状态方程:、理想气体的状态方程:P=RT PV=mRT V=mP=RT PV=mRT V=m 对空气,对空气,R=0.287kJ/kgKR=0.287kJ/kgK 3 3、压容图、压容图 气体的状态也可用气体的状态也可用P-P-V V图上的一个点表示,比图上的一个点表示,比较直观。较直观。第二节第二节 热力过程及过程量热力过程及过程量 重点掌握:重点掌握:1 1、基本概念:热力过程、膨胀功、热量、熵;、基本概念:热力过程、膨胀功、热量、熵;2 2、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系;、热力状态参数与热力过程参数的区分与联系;3 3、膨胀功、热量的计算,
10、正负的规定;、膨胀功、热量的计算,正负的规定;4、T-S图图。膨胀功的计算膨胀功的计算:W=Fdx=APdx=PdVW=Fdx=APdx=PdV W W1 12 2=1 12 2PdVPdV对单位质量的工质对单位质量的工质:w w1 12 2=W/m=W/m=1 12 2PdV/m=PdV/m=1 12 2Pd Pd 故故P-VP-V图上图上,W,W1 12 2为过程线与横轴围成的面积。为过程线与横轴围成的面积。一、热力过程一、热力过程热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。热力系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化历程。P-V P-V图上图上,一个点表示气体的一个热力状态一个点表
11、示气体的一个热力状态;一条曲线表示一个热力过程。一条曲线表示一个热力过程。二、膨胀功二、膨胀功()()气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功(又称为(又称为容积功容积功)由由W=PdVW=PdV得:得:dV0dV0,膨胀,膨胀,W0,W0,系统对外界做功;系统对外界做功;dV0dV0,压缩,压缩,W0,W0,W0压缩压缩,W0,W0,Q0,ds0,Q0,吸热吸热;ds0,Q0,ds0,Q0放热放热Q0第三节第三节 热力学第一定律热力学第一定律 重点掌握:重点掌握:1 1、热力学第一定律的表述;、热力学第一定律的表述;2 2、内能与温度的关系;、内能与温
12、度的关系;3 3、闭口系统能量方程;、闭口系统能量方程;3 3、理想气体内能的计算。、理想气体内能的计算。第二第二讲讲一、热力学第一定律一、热力学第一定律定定义义:当当热热能能与与其其它它形形式式的的能能量量相相互互转转换换时时,能能的的总总量量保保持不变。持不变。可可表表述述为为:不不花花费费任任何何能能量量就就产产生生功功的的第第一一类类永永动动机机是是不存在的不存在的。可表述为:对于任何一个热力系统:可表述为:对于任何一个热力系统:进进入入系系统统的的能能量量-离离开开系系统统的的能能量量=系系统统内内部部储储存存能能量量的的变化量变化量热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体
13、应用。热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的具体应用。它它表表达达工工质质在在受受热热作作功功过过程程中中,热热量量、作作功功和和内内能能三三者者之之间间的的平平衡关系。衡关系。二、内能(二、内能(U U)-工质内部所具有的各种能量总称工质内部所具有的各种能量总称 系统本身所具有的能量包括:系统本身所具有的能量包括:宏观能量包括:宏观能量包括:微观能量即系统的微观能量即系统的内能内能,包括:,包括:动能动能位能位能:机械能:机械能宏观能量宏观能量微观能量微观能量内动能内动能内位能内位能内位能内位能与分子间的距离、吸引力有关与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数是比容的函数;内动能内动
14、能包括移动动能、转动动能和振动动能,包括移动动能、转动动能和振动动能,是温度的单是温度的单 值函数。值函数。对于理想气体,不考虑分子间的位能,故内能只是分子对于理想气体,不考虑分子间的位能,故内能只是分子的内动能,仅与温度有关,的内动能,仅与温度有关,是温度的单值函数是温度的单值函数,用符号用符号u u表示,单位表示,单位J J。三、闭口系统的能量方程三、闭口系统的能量方程1 1、定义、定义:与外界没有质量交换的系统。与外界没有质量交换的系统。2 2、能量方程式、能量方程式 Q-W=UQ-W=U故故Q=U+WQ=U+W对于微元过程:对于微元过程:Q=dU+WQ=dU+W对于对于1kg1kg工质
15、:工质:q=u+w q=u+w (/Kg)/Kg)闭口系统能量方程闭口系统能量方程以上各项均为代数值,可正可负或零,且不受过以上各项均为代数值,可正可负或零,且不受过程的性质和工质性质的限制。程的性质和工质性质的限制。四、理想气体的比热四、理想气体的比热1 1、比热的定义和单位、比热的定义和单位热热容容量量:向向热热力力系系统统加加热热(或或取取热热)使使之之温温度度升高(或降低)升高(或降低)1K1K所需的热量所需的热量,用用C C表示。表示。比热:比热:单位质量工质的热容量,用单位质量工质的热容量,用c c表示。表示。即即c=C/m c=C/m 单位单位J/(kgKJ/(kgK)或或:c=
16、dq/dTc=dq/dT(即即:单单位位质质量量的的物物质质作作单单位位温温度度变变化化时吸时吸/放的热量)放的热量)2 2、比热与过程的关系、比热与过程的关系 功量和热量都是过程量,故比热与过程有关。功量和热量都是过程量,故比热与过程有关。热热 力力 过过 程程 中中 最最 常常 见见 的的 加加 热热 过过 程程 是是 保保 持持 压压 力力 不不 变变和容积不变,因此比热也相应的分为和容积不变,因此比热也相应的分为定压质量比热定压质量比热和和定容质量比热定容质量比热,分别以符号,分别以符号c cP P 和和c c 表示。表示。绝热指数绝热指数:K=cK=cP P/c/c3 3、比热与气体
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- 发动机 原理 课件 第一章 工程 热力学 基础
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