自动涂胶机设计（含三维SW仿真及CAD图纸）
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毕业设计译文2.4. 内燃机我们已经看到恒定体积、恒定压力、绝热、多变和等温膨胀和压缩的非流动过程，与此同时在这些操作中我们也已经掌握如何计算工作量和热能转移。在这一章中，我们将把这些知识运用到理论和实际的发动机循环中，观看整个过程的循环，计算制动力和功率，这意味着有效压力，效率和燃料消耗，以及它们理论与实际之间的关系。此外，在实践中我们发现如何研究功率等参数。热力学第二定律一般而言在这个阶段考虑热机循环是很有用的。热效率总是能够随着我们从工作中摆脱引擎时所供应热能数量的增加而增大。由第一定律我们知道在一个封闭循环中，且内能变化为零，工作能量的传递等于热能的传递。因此，所做的功在提供的热能和消耗的热能上是有区别的，因此 = =这个公式可以运用到我们在下面见到的所有理想情况。显然，如果没有热能被消耗，效率将是100%。我们知道并可以证明，构造一个在运行时没有热能消耗的热机是不可能的。热力学第二定律为：不可能从单一热源吸取能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。换句话说，必须有一个冷储层的热能消耗。热力学第二定律还有其他说法，例如：无论在什么地方，只要有温差发生都可以产生动力。如果一个系统周期性的生产工作，在不同的温度下，它一定有两个热源交换热量。十九世纪，热力学第二定律的发表主要归功于萨迪.卡诺。卡诺循环卡诺提出了一种在温度范围之内提供最大限度效率的循环。图2.4.1表明，该循环是气缸内气体吸取热量从状态1等温膨胀到状态2，接着绝热膨胀到状态3.气缸内气体在状态2和状态3之间温度降下来。活塞在缸中运动以致使气体在状态3和状态4间进行等温压缩，在状态4与状态1之间进行绝热压缩。卡诺循环的整个过程是可逆的，在恒温状态下热量提供和消耗是相等的。因此，在实践中这个循环是不可能成立的。图2.4.1 卡诺循环一个漫长的证明，使用不流动的能量方程和表达式来替代我们派生的效率的表达式，给我们一个循环效率的表达式，这就是卡诺效率。卡诺效率： 在这个循环中，仅有两个温度，其中T2是最低温度，T1是最高温度 在实际中，这种循环是无法实现的，因为在恒温状态下，若要循环可逆就一定会提供热量和消耗热量。然而，他确实提供了一种测量这个循环效率的方法，设备也允许我们在最大温度和最小温度之间计算出最大理论效率，即使该循环不是卡诺循环。例 2.4.1柴油机工作温度是在600C和65C之间，这个系统的卡诺效率是多少？= =0.613=61.3%标准气体循环我们所知道的标准气体循环，或理想循环，是由恒定体积，恒定压强和绝热的条件下形成的发动机循理论环，我们能在p/v图中说明。理论的P/V图与实际是不一样的，例如，因为我们设想整个循环中的气体都是空气，然而实际中可能是燃气。我们也可以假定阀门是打开和关闭的，膨胀和压缩是隔热的。标准气体循环是一种近似内燃机性能的循环。定容（奥托）循环这是汽油发动机最基本的循环图2.4.2显示此循环由绝热压缩过程1-2（在气缸中活塞提升压缩空气）、定容加热过程2-3（燃料燃烧）、绝热膨胀过程3-4（热气驱动活塞沿气瓶向下运动）和定容放热过程4-1（排气）所组成的可逆循环。 图2.4.2 定容（奥托）循环我们能做什么？目前，由我们的知识我们可以获知如下：l 这个循环中的压力、体积和温度l 在每一过程中所做的功是净功的l 在每一过程中都有热量转移l 我们这一章利用我们早些导出的表达式关于理想的或标准的空气的循环效率要点平均指示有效压力可以被认为是对整个行程活塞的压力，这将给出同样的工作输出。一般而言，此值越高越好。由于发动机制动功率通常被引证和简单的记录，而不是简单的平均有效压力，刹车值意味着有效压力值，Pmb更多的是为比较而用。它是通过使用发现与制动力和制动值指示功率的表达平均有效压力所取代。这些将在本章后面讨论。平均指示有效压力，Pmi 该循环的空气标准效率是实际性能中有用的指示，但是却被限制，因为在实际中不容易确定热量转移在哪里开始与结束。 理想的周期图，以及我们后面看到的实际的指标图，可以提供一种有价值指示的有效压力，用表示，这是另一个很有用的对照。在同一地方区别图标高度是依据组成矩形的长短。参见图2.4.3，矩形由图2.4.3的阴影显示。 = 图形的面积是功，焦耳=N.m 。图形的长度，即使体积，就是m3 =例2.4.2 发动机在恒定循环体积工作的有效压缩比是8.6:1。开始的压缩温度是32C，供热的最后温度是1600C如果压缩和膨胀的指标是1.4，求：（a) 压缩的最后温度（b) 膨胀的最后温度（c) 该循环系统的空气标准效率（d) 图2.4.4显示次循环系统 图2.4.3 有效压力 图2.4.4 例2.4.2注：有效压缩比是体积比， ，而不是压力比；无量纲比中，8.6和1可以直接在公式中运用；在恒定体积的过程中转移的热能是（）。=，=305 =721.3K 压缩最后温度= =1873*0.42 =792K 膨胀最后温度空气标准效率：=1-=1- m和消掉 =1-=0.557=57.7% 空气标准效率例 2.4.3 在标准空气（奥托），恒定体积的循环下，压缩比是8到1，压缩开始在1bar，27C。在恒定体积下，每千克空气吸收热量800kj。计算：（a) 热效率；（b) 指定的有效压力、 =718 =1.4图2.4.5显示次循环系统=，=1.4*718 =1005(看第二十页，绝热压缩和膨胀）R=，R=1005-718=287图2.4.5 例2.4.3=m.R. ,=0.861=8 ,=0.1076活塞排量=-=0.861-0.1076=0.7534=，=,=300*=689.2K=689.2+=1803.4K(m=1kg)= =1803.4=785K热消耗=718(785-300)=348.2kJ功=提供热能-消耗热能=800-348.2=451.8kJ空气标准效率=1-=1-=1-0.5647=0.435=43.5%平均有效压力，=599.7恒压（迪索）循环这是柴油机循环中最基本的一种。图2.4.6显示这个循环由绝热压缩1-2，恒压加热2-3，隔热膨胀3-4,和恒定体积排气4-1组成。图2.4.6 恒压（迪索）循环 例 2.4.4在一个理想柴油机循环中，开始压缩是1bar,27C，在恒压过程中，最大压力是45bar以及体积的二倍。计算空气的标准效率：空气：=1.4 ，=1005。=718图2.4.7显示此循环：R=-=1005-718-287使用1kg的物体，=m.R. =0.861 图2.4.7 例2.4.4 = = =891K=0.05868 混合压力（双燃烧）循环这是柴油机最基本的循环。图2.4.8显示此循环由在恒定体积和恒定压力下的加热，两条绝热曲线和恒定体积的热消耗。注意图标中对热消耗和热提供的表述。 图2.4.8 混合压力（双燃烧）循环例2.4.5 在理想双燃烧循环中，压燃式发动机工作的压缩比是16:1。压缩开始时，压力和温度分别是98和30C。在完成此次热量供应提供的压力和温度分别是60bar和1300C。计算这个循环的热效率：图2.4.9显示次循环：图2.4.9 例2.4.5 提供热= =173+416=589用1kg的物体消耗热=标准效率=问题2.4.1（1） 在奥托循环情况下，汽油发动机工作的压缩比是9:1，压缩开始的温度是32C，在恒定体积下提供热能，温度可达到1700，压缩和膨胀指数是1.4，计算：（a) 压缩结束时的温度（b) 膨胀结束时的温度（c) 这个循环的空气标准效率（2） 在一个柴油机系统中，压缩开始时气体的压力和温度分别是1bar和57。体积压缩比是16，在恒压的情况下吸收的热量是1250.计算：（a) 理论循环效率（b) 平均有效压力（3） 发动机在理想的双重燃烧循环下的活塞排量是0.1068，气缸余隙容积是8900。开始压缩时的压力是1bar、温度是42C。如果热膨胀后的温度是450C，其中最高温度是1500C，最大压力是45bar,计算空气的标准效率循环：（4） 压燃式发动机循环依据公式被表达，在恒定压力下吸收1160热量，依据公式膨胀到原始体积在底部中心，在恒体积的情况下由热消耗完成整个循环。原始状态是1bar，43，压缩比是13:1。设想整个过程空气都是工作介质，确定在下列条件下每千克热量的转移。（a） 压缩过程（b） 热膨胀过程（c） 恒定体积过程 (5) 一个理想双重燃烧循环的引擎运行的压缩比是13.5:1。最大循环压力和温度分别是44bar和1350。 如果这个系统的原始压力和温度分别是1bar和27，计算这个系统循环的热效率和平均有效压力。 指标图 一个真实的叫做指标图，它正确的展示了发动机气缸内所发生的运动。 这些点是很有用的，因为它能帮助我们找到发动机做的功和功率，它还能让我们看到定时入口、排气和燃料燃烧的效果，根据这些我们做相应的调整来提高循环效率。至于低速大型发动机，就像船用柴油机，他的典型旋转速度在每分钟100转，一个指标图能够由螺纹设备组成，该设备被称为一个发动机的特殊指示旋塞在发动机的汽缸头上。指压器记录汽缸内的压力变化和体积变化（体积变化是比例的转角），在p/v坐标轴上的这些点按着对压力敏感程度包裹在鼓上，用线连接起来，这就产生了众所周知的“指标卡”。图2.4.10显示此指示器。指示器中的弹簧可以改变去适应气缸内的最
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