9第二章 热机

第二章、热机,问题：水沸腾后会有什么现象？,实验现象:软木塞冲出;管口有“白气”产生.说明:水蒸汽对木塞做功,内能减少,它的温度下降,水蒸汽液化成小水珠.推动塞子的能量来自哪里？能量转化：内能转化为机械能应用：热机,（将热能转化为机械能的机械）,内能的利用：1.加热2.做功,燃料的化学能转化为内能，内能转化成机械能,使机械获得动力。,热机：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。,水汽化为水蒸气,一、热机的种类：,蒸汽机（轮机）,内燃机,喷气发动机,火箭等,1、内燃机：,燃料直接在气缸内燃烧产生动力的热机。,常见的活塞式内燃机,汽油机,柴油机,(1)汽油机的构造,火花塞,气缸,进气门,活塞,连杆,排气门,曲轴,(2)柴油机的构造,进气门,喷油嘴,2.内燃机的构造,吸气,压缩,做功,排气,3.内燃机的冲程和工作循环,冲程：活塞由一端运动到另一端叫做一个冲程。,工作循环：由四个冲程组成。,吸气冲程,汽油和空气,进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。,压缩冲程,进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。机械能转化为内能。,做功冲程,在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。,排气冲程,燃烧后的废气,进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。,汽油机工作原理,吸气冲程,压缩冲程,做功冲程,排气冲程,吸气冲程,空气,进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。,压缩冲程,进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。机械能转化为内能。,做功冲程,在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。,排气冲程,燃烧后的废气,进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。,柴油机工作原理,吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程,内燃机的启动,内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。,一个工作循环：活塞：往复两次。曲轴：转动两周。完成：四个冲程。对外做功：一次。辅助冲程：三个靠飞轮惯性来完成。能量转化：两次。(压缩冲程：机内、做功冲程：内机),练习,一台汽油机飞轮转速为3000R/分，则在1秒内完成个循环，对外做功次，完成个辅助冲程。,4.内燃机的应用,汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。,(1)汽油机的应用,(2)柴油机的应用,柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。,想想议议：,汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？,1基本构造和主要部件的作用相似。2每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。3四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。4一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。,相同点,不同点,1燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。2构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。3吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。4点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。,5、热机的效率,热机的效率：热机所做的做有用功和燃料完全燃烧放出的热量之比,叫热机的效率。燃料不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量散失、废气带走的热量和克服摩擦做功而消耗的能量，都是引起能量损失的原因。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。,废气带走,机件发热散失,机件摩擦损失,燃料燃烧产生能量,做有用功,燃烧不完全,汽油机的效率：2030%,柴油机的效率：3045%,你认为它们的效率比你想象的高？还是低？,你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看！,蒸汽机的效率：48%,提高热机效率的途径和方法：（l）尽可能减少各种热损失，保证良好的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量；(2)充分利用废气的能量，提高燃料的利用率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。,6.热机对环境的影响,1.热机对大气的影响。（1）产生有毒气体。（2）产生大量二氧化碳，造成温室效应。（3）产生粉尘。2.热机产生噪音。,1.四冲程汽油机的工作过程由().().().()四个冲程组成的.2.四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是()冲程,做功冲程是()能转化为()能.3.汽油机吸入汽缸的是(),点火方式是().柴油机吸入汽缸的是(),点火方式是().4.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每秒钟对外做功()次.,课堂练习:,5、压缩冲程混合气体内能增大的原因是什么？6、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？7、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？8、排气后，下一个工作过程是什么冲程？9、当燃油还没有燃烧做功的时候，活塞是怎样动起来的？,答：混合气体爆发性燃烧，化学能转变为内能；燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞运动，内能转变为机械能。,答：活塞压缩混合气体做功，机械能转变为混合气体的内能。,答：在做功冲程，飞轮获得足够的动能而高速转动，在吸气、压缩、排气三个冲程中，活塞的运动都是靠飞轮的惯性来完成的。,答：吸气冲程,答：通常是先接通了启动机(电动机)，用启动机带动活塞动起来。也可用手柄，人工摇动手柄带动活塞起动。,课堂练习:,热机效率：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。,燃料燃烧释放的能量用来开动热机，这些能量不会全部用来做有用功。,计算热量公式：Q放=mq(即质量乘以热值),例题：一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油这些汽油完全燃烧产生的热量是多少?若这台汽油机的效率为25，则一个工作循环中的有用机械能为多少?解：,m=10g=0.01kgQ=mq=0.01kg4.6107J/kg=4.6105J；由W/Q得：W=Q=4.6105J25=1.15105J,课堂练习：,1.解释：,一个冲程,、一个工作循环,2.填空：,（1）.热机是把_能转化为_能的装置。内燃机是燃料直接在发动机_燃烧产生动力的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做_和_。（2）工作过程以一个循环为一个单元，一个循环有_个冲程。包括：_、_、_四个冲程。,内能,机械,汽缸内,汽油机,柴油机,四,吸气冲程,压缩冲程,做功冲程,排气冲程,3.一个工作循环有个冲程，飞轮转动周，对外做功次，活塞往复运动次，其他冲程靠飞轮的惯性完成。4.在汽油机工作的四个冲程中，内能最大的冲程是。内能最小的冲程是。,四,二,一,二,做过冲程,吸气冲程,5，如图1表示内燃机工作循环中的一个冲程，从气门的启闭和活塞的运动可判断这是冲程。,吸气,吸气冲程,汽油和空气,打开，关闭。活塞由向运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。,进气门,排气门,上端,下端,6.跟踪练习,压缩冲程,进气门和排气门都，活