汽车发动机原理热力学优秀课件.ppt
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1、汽车发动机原理热力学第1页,本讲稿共35页课 程 概 述一、课程的性质和任务 1、研究发动机的工作过程和性能指标,主要包括动力性、经济性、排放性等。2、分析影响发动机性能指标的因素。3、找出提高发动机性能指标的途径。三、课程主要内容主要内容包括:工程热力学基础、发动机示功图和性能指标、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程、发动机特性、发动机的排放与控制等。第2页,本讲稿共35页第一章 工程热力学基础本章要求:了解:热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念,理想气体和卡诺循环等。理解:热力学第一和第二定律,图和图,理想气体的热力过程和发动机的理想循环
2、。第3页,本讲稿共35页第一节 气体的状态及状态方程一、热力系统1、在热力学中,从若干个物体中规划出所要研究的对象,称为热力系统;热力系外界界面2、工质: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。热力设备通过工质状态的变化实现与外界的能量交换。研究对象以外的一切物质,称为外界;热力系统和外界的分界面,称为界面。第4页,本讲稿共35页二、热力状态与状态参数1、热力状态:热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热力平衡状态:当外界条件不变系统内状态长时间不变,即具有均匀一致的P、V、T。2、状态参数:用来描述气体热力状态的物理量基本状态参数:可直接测量的状态参数,包括:压力(P)、比容(
3、)、温度(T)。主要状态参数:压力P、比容、温度T、内能、熵、焓。第5页,本讲稿共35页基本状态参数:1、比容:用表示,单位是m3/kg。定义:单位质量的物质所占的容积。即:=V/MV-物质的容积,m3;M-物质的质量,kg。比容的倒数是?2、压力:用P表示,单位是Pa,Mpa、kPa。定义:系统单位面积上受到的垂直作用力。即:P=F/A 压力的测量3、温度:用T表示,单位是K。定义:表征物体的冷热程度(气体分子的平均动能越大)第6页,本讲稿共35页三、理想气体的状态方程 1、理想气体:气体分子本身不占有体积,分子之间无相互作用力的气体。2、理想气体的状态方程:P=RT PV=mRT V=m
4、对空气,R=0.287kJ/kgK 3、压容图 气体的状态也可用P-V图上的一个点表示,比较直观。第7页,本讲稿共35页第二节 热力过程及过程量功:W=Fdx=APdx=PdV W12=12PdV对单位质量的工质:w12=W/m=12PdV/m=12Pd 故P-V图上,W12为过程线与横轴围成的面积。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。P-V图上,一个点表示气体的一个热力状态;一条曲线表示一个热力过程。二、膨胀功()气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功(又称为容积功)第8页,本讲稿共35页规定:热力系统对外界做功为正,外界对热力系统做功为负。由W=PdV得:dV
5、0,膨胀,W0,系统对外界做功;dV0,压缩,W0压缩,W0第9页,本讲稿共35页三、热量是系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式,用Q表示 q=Q/m J/kg规定:传入热力系统的热量为正值,即吸热为正;传出热力系统的热量为负值,即放热为负。热量与功一样,是系统在热力过程中与外界传递的能量形式,因此是过程量,不是状态参数。第10页,本讲稿共35页四.熵和温熵图熵S的增量等于系统在过程中交换热量除以传热时绝对温度所得的商ds=q/T1Kg工质的熵的单位J/kgKmKg工质熵的单位/K比容的变化量标志着有无做功,熵s的变化量标志着有无传热。熵s是一个状态参数ds0,Q0,吸热;ds0,Q0放热Q
6、0第1 1页,本讲稿共35页一、热力学第一定律表述为:当热能与其它形式的能量相互转换时,能的总量保持不变。对于一个热力系统:进入系统的能量-离开系统的能量=系统内部储存能量的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应用,它阐明了热能和其它形式的能量在转换过程中的守恒关系。它表达工质在受热作功过程中,热量、作功和内能三者之间的平衡关系。第三节 热力学第一定律第12页,本讲稿共35页二、内能-工质内部所具有的各种能量总称宏观能量包括:微观能量即系统的内能,包括:宏观能量微观能量内动能内位能内位能与分子间的距离、吸引力有关,是比容的函数;内动能包括移动动能、转动动能和振动动能,是温度
7、的单值函数。对于理想气体,不考虑分子间的位能,故内能只是分子的内动能,仅与温度有关,是温度的单值函数,用符号u表示,单位J。系统本身所具有的能量包括:动能位能机械能第13页,本讲稿共35页三、闭口系统的能量方程1、定义:与外界没有质量交换的系统。2、能量方程式 Q-W=U故Q=U+W对于微元过程:Q=dU+W对于1kg工质:q=u+w(/Kg)闭口系统能量方程以上各项均为代数值,可正可负或零,且不受过程的性质和工质性质的限制。第14页,本讲稿共35页 四、理想气体的比热1、比热的定义和单位热容量:向热力系统加热(或取热)使之温度升高(或降低)1K所需的热量,用C表示。比热:单位质量工质的热容量
8、,用c表示。即c=C/m 单位J/(kgK)或c=dq/dT(单位质量的物质作单位温度变化时吸放的热量)2、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。热力过程中最常见的加热过程是保持压力不变和容积不变,因此比热也相应的分为定压质量比热和定容质量比热,分别以符号cP 和c 表示。绝热指数:K=cP/c第15页,本讲稿共35页 3、比热与气体性质、温度的关系 实验证明,多数气体的比热随温度的升高而增大,但为使计算简便,不考虑比热随温度的变化,即采用定值比热(或定比热)。五、理想气体内能的计算 在保持系统容积不变的加热过程中,加热量为:q=c(T2-T1
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