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1、例题7-5 内燃机的循环之一-奥托循环.内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而作功.内燃机的种类很多,我们只举活塞经过四个过程完成一个循环(如图)的四动程汽油内燃机(奥托循环)为例.说明整个循环中各个分过程的特征,并计算这一循环的效率,1)吸入燃料过程 气缸开始吸入汽油蒸汽及助燃空气,此时压强约等于1.0105pa ,这是个等压过程(图中过程ab,p,v,v2,v1,o,a,b,e,d,c,p0,奥托循环的四个分 过程如下,卡诺循环,2)压缩过程 活塞自右向左移动,将已吸入气缸内的混合气体加以压缩,使之体积减小,温度升高,压强增大。由于压缩较快,气缸散热较慢,可看作一绝热
2、过程(图中过程bc,3)爆炸、作功过程 在上述高温压缩气体中,用电火花或其他方式引起燃烧爆炸,气体压强随之骤增,由于爆炸时间短促,活塞在这一瞬间移动的距离极小,这近似是个等体过程(图中过程cd)。这一巨大的压强把活塞向右推动而作功,同时压强也随着气体的膨胀而降低,爆炸后的作功过程可看成一绝热过程(图中过程de,卡诺循环,4)排气过程 开放排气口,使气体压强突然降为大气压,这过程近似于一个等体过程(图中过程eb),然后再由飞轮的惯性带动活塞,使之从右向左移动,排出废气,这是个等压过程(图中过程ba,严格地说,上述内燃机进行的过程不能看作是个循环过程。因为过程进行中,最初的工作物为燃料及空气。后经
3、燃烧,工作物变为二氧化碳,水汽等废气,从气缸向外排出不再回复到初始状态。但因内燃机作功主要是在p-v图上bcdeb这一封闭曲线所代表的过程中,为了分析与计算的方便,我们可换用空气作为工作物,经历bcedb这个循环,而把它叫做空气奥托循环,卡诺循环,气体主要在循环的等体过程cd中吸热(相当于在爆炸中产生的热),而在等体过程eb中放热(相当于随废气而排出的热),设气体的质量为m,摩尔质量为mmol,摩尔定体热容为cv,则在等体过程cd中,气体吸取的热量q1为,而在等体过程eb中放出的热量应为,卡诺循环,把气体看作理想气体,从绝热过程de及bc可得如下关系,所以这个循环的效率应为,两式相减得,亦即,卡诺循环,实际上汽油机的效率只有25左右,式中r= v/v0 叫做压缩比。计算表明,压缩比愈大,效率愈高。汽油内燃机的压缩比不能大于7,否则汽油蒸汽与空气的混合气体在尚未压缩至c点时温度已高到足以引起混合气体燃烧了。设r=7, =1.4,则,卡诺循环,实际上汽油机的效率只有25左右,式中r=v/v0 叫做压缩比。计算表明,压缩比愈大,效率愈高。汽油内燃机的压缩比不能大于7,
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