发电机原理课件

发动机工作循环及性能指标第一节发动机的实际循环发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。通常用气缸内的工质压力Ｐ随气缸工作容积Ｖ或曲轴转角而变化的图形（示功图）来研究。即Ｐ-Ｖ示功图和Ｐ-

四

冲

程

柴

油

机Ｐ

图

四

冲

程

汽油

机Ｐ

Ｖ

图

五个工作过程：1、进气过程2、压缩过程3、燃烧过程—化学能→热能4、膨胀过程5、排气过程—排气温度是重要参数第二节内燃机的性能指标内燃机的性能指标包括：指示指标：据示功图求得的动力性和经济性指标它是以工质在气缸内对活塞所做的功为基础的性能指标。意义：用来评价实际工作循环的好坏，研究发动机的工作过程。有效指标：考虑到机械损失的指标。小于指示指标它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。意义：用来评定发动机性能的好坏。内燃机的指示指标：顺时针正功-循环指示功；逆时针负功-泵气功;机械损失功示功图上循环曲线所围成的面积的大小表示功的多少。在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用WCi（J）表示。WCi=∮Pdv（WCi相当于Ｆ１代表的功）一、指示功和平均指示压力1、指示功（或循环指示功）1）定义：发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功。

Pi=Wci/Vh

(kpa)2）单位：Wci（J），Vh（L），Pi（kpa）3）Pi

，Wci

==>气缸工作容积的利用程度

。4）作用：评价发动机工作循环的动力性。

5）汽油机:Pi=700-1300kpa柴油机:Pi=650-1100kpa增压柴油机:Pi=900-2500kpa2、平均指示压力Pi二、指示功率Nii—气缸数；Pi—平均指示压力（kpa)；n—转数，r/min；τ—行程数；Vh（L）—汽缸工作容积。当τ＝４时：Pi，Ni，动力性指标。定义：单位时间内所做的指示功，Ni,KW。Ni=Wci/t(N.m/s)

KWKW三、指示燃油消耗率gi定义：单位指示功所消耗的燃油量，用gi表示。

gi＝（1000×Gf/Ni）[g/kw·h]

Gf—每小时的燃油消耗量，［kg/h］；Ni—指示功率，［kw］。gi，ηi，经济性指标。四、指示热效率ηi定义：实际循环指示功Wci与所用燃油的发热量Q1之比值,用ηi表示。

Ni—［KW］；Hu—［KJ/kg］燃料热值；Gf—［kg/h］；gi—［g/kw·h］可以看出：ηi∝1／gi标定工况下，ηi，gi的大致范围：

giηi汽油机：205～3200.25～0.40柴油机：170～2050.40～0.50内燃机的有效指标一、机械损失功率Nm和有效功率Ne1.机械损失：主要包括：⑴摩擦损失：

活塞环与缸壁间，各轴承与轴颈间，气门传动机构的摩擦。占总损失的60～75%。⑵驱动附属机构的能量损失占10～20%。⑶泵气损失：占10～20%。2.机械损失功率Nm:

因机械损失所消耗的功率3．有效功率Ne:

Ne＝Ni-Nm:

曲轴对外输出的功率。二、有效扭矩（转矩）MeNe：功率；[KW]Me：扭矩；[N.m]n：转速；[r/min]是发动机工作时曲轴输出的平均扭矩。Men=9549(KW)三、平均有效压力Pe1.定义：单位气缸工作容积的循环有效功。

是评价发动机动力性和强化程度的重要指标。2.与Ne的关系：

Pe—平均有效压力［kpa］，Vh—

汽缸工作容积［L］

对四冲程发动机，τ＝4，3.对于结构一定的发动机，平均有效压力Pe与扭矩Me成正比。汽油机:Pe=650-1200kpa；柴油机:Pe=600-950kpa四、升功率NL，比重量Ge

１．升功率NL：

发动机每升工作容积发出的有效功率。

NL＝Ne/(i·Vh)[kw/L]

从有效功率的角度，衡量发动机排量利用的程度，NL越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的发动机尺寸越小。

２．比重量：发动机的净重量G与所发出功率Ne的比值。

Ge＝G/Ne

表征重量利用程度和结构紧凑性。

※升功率和比重量都是发动机的强化程度指标。越大，内燃机的热负荷和机械负荷越高。五、有效燃油消耗率和有效热效率１.有效燃油消耗率:单位有效功率的油耗量。

ge＝1000×Gf/Ne

[g/kw·h]

Gf:每小时的油耗量,［kg/h］Ne:有效功率[kw]２．有效热效率：发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值。

ηe＝We/Q1＝3.6/(ge·Hu)×106

＝Wiηm/Q1＝ηiηm

ge:有效燃油消耗率;Hu:燃料的低热值［kJ/kg］

※ge、ηe是发动机的经济性能指标。总结1、按评价发动机性能的不同使用方面常用的性能指标：Ne,Me,ge结构设计方面常用的性能指标（强化程度指标）：Pe,NL.Ge2、发动机铭牌或产品说明上注明的指标，都是在标定工况下的指标。3、动力性指标：Ne，Me，Pe，NL；

经济性指标：ge，ηe第三节机械效率

一、机械效率1.机械损失功率:发动机机械损失所消耗的功率，Nm2.平均机械损失压力:单位气缸工作容积的机械损失功，Pm＝Pi-Pe

３.机械效率：指示功转变为有效功的程度。４ηi、ηe、ηm之间的关系汽油机：ηm＝0.7~0.9；柴油机：ηm＝0.7~0.85；增压柴油机：ηm＝0.8~0.92二、影响ηm的因素1．转速n负荷一定=>Pi、Ni基本不变n↑=>摩擦损失↑

=>机械损失↑=>Pm↑图2-3ηm随转速的变化关系得:n↑,ηm↓故用提高n来增加发动机的动力性指标受到限制。使用因素：转速、负荷、润滑油品质、水温等；结构设计因素：最高燃烧压力、气缸尺寸数目、大气状态等。2.负荷n不变，Ne∝Me，Ne∝Pe,故负荷可用Ne,Pe表示。负荷率：Me/Memax×100%,负荷↓=>Pi↓,Pm近似不变=>ηm＝１－Pm/Pi↓怠速工况:

Ne＝0

Ni＝Nm,ηm=0

负荷定义：发动机的转速变化时,作用在发动机曲轴上的阻力矩。3.润滑油粘度

润滑油的粘度即机油的稠稀程度。

粘度↑=>内部摩擦↑=>机械损失↑

Ni不变==>ηm↓

粘度↓==>Pm↓==>ηm↑粘度过小==>机油的承载能力太低==>油膜破裂==>发生干摩擦==>烧瓦==>Pm↑↑==>ηm↓↓另外，机油粘度还与其温度有关。机油温度升高，导致机油粘度降低。4.冷却水温度

冷却水的温度直接影响到润滑油的温度，因而也就关系到润滑油粘度和摩擦损失的大小使用中，发动机的冷却水温度保持在80～95℃范围内。图2-5Pm随润滑油温度变化的关系第四节内燃机的热平衡发动机的热平衡：

燃油燃烧所产生的热量恒等于转变为有效功与各项散失的热量之和。热平衡方程式:

Qf=Qe+Qw+Qr+Qb+QsQf:燃油完全燃烧的热量;Qe:转变为有用功的热量;

（占25～40％)Qw:传给冷却介质的热量;（占10～35％)Qr:被废气带走的热量;（占25～50％)Qb:燃烧不完全热量损失;Qs:其他热量损失;燃油完全燃烧的热量—Qf＝GThu(kJ/h)转变为有用功的热量—Qe＝3.6×103Ne(kJ/h)传给冷却介质的热量—Qw＝Gwcs(t2-t1)

(kJ/h)(Gw—通过冷却介质的流量kg/h；cs—冷却介质的比热kJ/(kg℃)；t1、t2—冷却介质入口、出口温度)被废气带走的热量—Qr＝(GT+Gk)(cprtr-cpktk)(kJ/h)(GT、GK—每小时消耗的燃油和空气量kg/h；cpr、cpk—废气和空气的定压比热kJ/(kg℃)；tk、tr—进排气门处工质温度)燃烧不完全热量损失—Qb＝Qf(1-ηr)

(kJ/h)

(ηr—燃烧效率）其他热量损失—Qs＝Qf－(Qe＋Qw＋Qr＋Qb)

(kJ/h)燃料燃烧的总热量仅有２５％～４０％转变为有效功，其余６０～７５％的热量损失掉。其中主要由废气带走，其次传给冷却水，在某些汽油机中不完全燃烧所占比例也不小。进气过程进气过程中，由于进气气流需克服进气系统的流动阻力，故进气终了的压力Ｐa<大气压力Ｐ0（Pa=(0.85~0.95)P0）由于：

1、残余废气加热2、缸内高温零件的加热3、排气管对进气管的加热，

故进气终了的温度Ｔａ>大气温度Ｔ0（Ta=300~380K）压缩过程

1、作用：增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利条件。在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。开始吸热n1’>K

绝热n1’=K后放热n1’<K

2、压缩过程的多变指数n1是变化的。

用一平均压缩多变指数n1代替n1’，使计算的始点a和终点c的工质状态与实际循环的初、终状态相等。n1的范围：汽油机：n1=1.32-1.38柴油机：n1=1.38-1.42n1越大，热损失越小。n1主要决定于工质与气缸壁的传热情况。3.

压缩终点的压力

Pc=Pa•

n1

[kPa]

压缩终点的温度

Tc=Ta•

n1-1[k]4、压缩比的影响及范围汽油机中,为提高热效率,希望提高压缩比,但受到不正常燃烧的限制；柴油机中,为保证喷入气缸的燃料能及时自燃以及冷启动时可靠着火,需选取较高的压缩比。

汽油机：=6-9

柴油机：=14-215、泄露的影响泄露量增大，n1减小,使压缩终点的工质温度、压力下降，使启动困难，功率减小。发动机的换气过程第一节四行程发动机的换气过程一、换气过程分五个阶段：1、自由排气阶段

2、强制排气阶段3、进排气重叠阶段

4、进气阶段5、惯性进气阶段发动机的换气过程是排气过程和进气过程的通称;包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期;约占410～480°曲轴转角。换气过程的任务：

将缸内空气排出干净,并充入尽量多的新鲜充量。换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。二、换气损失排气损失图3-2四行程发动机的换气损失w:膨胀损失；x:推出损失；进气损失y:进气损失；换气损失：x+y+w泵气损失：x+y-u

随着排气提前角的增大,膨胀损失增加,推出损失减小。图3-3四行程发动机的换气损失a--提前角适当；b--提前角过大；c--提前角过小；d--排气阻力过大。适当的排气提前角应使两者之和最小，即W+X最小。第二节充气效率(充气系数)一、扫气效率ηsc

指封存在气缸内的空气质量ma与封存在气缸内的总气体质量(ma+mr)之比

ηsc=ma/(ma+mr)=1/(1+r)(ηsc大则残余废气少)

mr—残余废气质量；r=mr/ma

残余废气系数

二、容积效率ηv

指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量m’之比

ηv=(ma+mr)/m’对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。三、充气效率ηCH指封存在气缸内的空气质量（混合气）ma与在进气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量（混合气）m’之比

ηCH=ma/m’=Vs/VhηCH=ηSCηV

(由于进气阻力、气缸压力和温度的影响，ηCH<1：汽o.7~0.85;柴0.75~0.9)四、扫气比

k在进气状态下（Ps、Ts）,供入气缸的空气质量ms与在进气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量m’之比

k=ms/m’五、扫气系数

S在进气状态下（Ps、Ts）,供入气缸的空气质量ms与封存在气缸内的空气质量ma之比。

S=ms/ma

第三节影响充气量的因素1、使用因素

（1）转速nn

进气流速流动阻力

Pa

ηCH

图3-4不同节气门开度、不同转速时的进气压力n过低,惯性进气

ηCH

。

一定的进气系统，一定负荷下，有一个转速对应的充量系数最大。(图3-5)（2）负荷

汽油机的负荷调节属于量调节，负荷

，节气门开度

，进气阻力

，进气终了压Pa

ηCH

。

图3-7汽油机的充量系数随负荷的变化关系

1-全负荷2、3、4、5、部分负荷柴油机的负荷调节属于质调节，负荷的变化对充气系数无明显的影响。（3）大气状态

大气压力P0：P0

Pa

，但Pa/P0基本不变，故ηCH不变。

大气温度To：To变化，Ta也变化，To/Ta基本不变，故ηCH不变但P0↓(To↑)=>ρ0↓=>ma↓=>发动机功率

。2、结构因素

(1)进气系统

一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以增大进气终了的压力，提高充量系数。试验证明，增大进气终了的压力比降低残余废气系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。（2）压缩比

↑，Vc↓，r↓，ηCH↑。（3）配气相位配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。配气相位中，进气滞后角对ηCH的影响最大。改变进气滞后角可以改变ηCH随转速变化的趋向，用以调整发动机的扭矩和有效功率。（图3-8）

高速发动机进气滞后角较大，以提高高速下的充量系数。配气相位是靠选定的凸轮型线来进行控制的。四、提高充气系数的措施1、减小进气系统的阻力Pa↑ηCH↑（1）减小空滤器的阻力设计低阻高效，使用保养清洁。（2）减小化油器的阻力化油器喉管的阻力，取消化油器，采用汽油喷射（3）减小进气管、道的阻力汽油机歧管矩形断面小流速快汽化好阻力大柴油机歧管圆形断面大流速慢汽化差阻力小设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。（4）减小进气门的阻力①增大进气门直径②增加进气门数目③增加进气门升程④改善气门头与杆的过渡形状2、减小排气系统的阻力使用清除积炭、安装正确、保持畅通。3、合理进气予热

柴油机进、排气管分两侧布置4、合理配气相位——进气迟闭角5、可变进气系统可变配气相位低速，进气滞后角小防止新气倒流高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性可变进气管道低速与小负荷进气管道细而长高速与大负荷进气管道粗而短可变进气门（VVT）低速与小负荷仅开一个主进气门高速与大负荷时开几个进气门。这一过程由凸轮轴控制进气道的转换阀来实现。四冲程发动机的充量系数图3-5ηCH随n的变化关系

图3-6四行程发动机充量系数的范围

在实际使用中，如果进气门间隙过大，不仅使气门的时间-断面值减少，还使进气滞后角减小，改变充量系数随转速的变化趋向，影响车辆的使用。图3-8进气滞后角对充量系数、扭矩、功率的影响自由排气阶段：

从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为自由排气阶段。缸内压力与排气管压力之比大于临界值，排气流动出于超临界状态，废气以当地音速a排出，流量与排气管压力无关。

临界值:(２/(K+1))(K/(K-1)),a=(KRT)1/2(m/s)

（当T=700~1100K时。A可达500~700m/s)。废气的６０％～７０％排出排气门提前开，一般排气提前角设计为30-80CA曲轴转角。高速机中，应加大排气提前角。如CA6102，n＝3300r/min，排气提前角42

；

切诺基,n＝5600r/min，排气提前角56

强制排气阶段：

气缸内压力下降到接近排气管内压力时（下止点后10~30CA

），压力差很小，废气需依靠活塞上行被强制推出。

此阶段在整个排气过程中持续的时间最长，但排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。进排气重叠阶段：

由于排气门迟后关闭，进气门提前开启，因此存在进排气门同时打开的现象，称为气门叠开，也称扫气阶段，清除残余废气，增加进气。

排气滞后角一般为10～35°CA，进气提前角一般为10～40°CA。

非增压进排气门重叠角一般为20-60°，增压柴油机，因其进气压力高，故需较大的气门重叠角，一般为80-160°。进气阶段：

排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体被吸入气缸。

由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段气缸内的压力低于大气压力。

新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残余废气的加热，其温度高于大气温度。惯性进气阶段：

利用气流的惯性进气，进气门滞后关。转速越高，活塞平均速度和进气流速越大，进气气流动能越大，故高速内燃机进气滞后角较大。从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称为进气滞后角，一般为40～70°CA.图3-1气缸内压力和排气管内压力以及进、排气流通截面积随曲轴转角的变化关系1、排气损失

由于排气门提前开启，造成循环功的损失w（膨胀损失或自由排气损失）；和活塞将废气推出的损失x（推出损失或强制排气损失）。2、进气损失

由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。

实际示功图中,把图3-2中的（x+y-u）部分称为泵气损失,归入机械损失中；而把图3-2中的w、u部分归到指示效率中考虑。燃烧的基础知识第一节内燃机的燃料和性质石油的主要成分：碳氢化合物，占96%~99%，少量O、N、S等，占1%~4%碳氢化合物简称“烃”，据组成和结构的不同分烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃等，C和H的不同构成不同分子量、不同沸点的物质，汽油和柴油通过石油蒸馏获得。一、汽油的使用特性1.蒸发性指标：馏程和蒸汽压馏程：汽油馏出的温度范围

10%的馏出温度：低，冷启动性好；过低，易气阻。

50%的馏出温度：低，平均挥发性好，汽车的加速性和平稳性好，暖机时间短。

90%的馏出温度：标志含有难挥发的重质成分。高，则重质成分多，易形成积炭，从而稀释机油。蒸汽压：高，蒸发性强，易起动，但易气阻和蒸发损失大。夏季不大于67KPa，冬季不大于80KPa。2.抗暴性指标：辛烷值—ON正庚烷C7H16—辛烷值定为0异辛烷C8H18—辛烷值定为100二者混合液与汽油的爆燃程度进行比较—汽油的辛烷值，即混合液中异辛烷的体积百分数研究法辛烷值—RON马达法辛烷值—MON二者之差为汽油的灵敏度，是衡量抗暴性随着燃烧条件而变化的尺度。

MON=RON×0.8+10车用汽油按MON分70、75、80、85号4种牌号新标准按RON分90、97号2个牌号3.添加剂抗暴剂：四乙基铅+溴化乙烷四乙基铅已被禁止使用，现用一些含氧有机化合物，如甲基椒丁醚(MTBE)等来提高汽油的辛烷值二、柴油的使用特性轻柴油—高速柴油机重柴油—中、低速柴油机1.凝点和浊点浊点：柴油中所含石蜡开始结晶，变混浊的温度凝点：柴油失去流动性开始凝结的温度轻柴油按凝点分10、0、-10、-20、-35号5个牌号2.十六烷值CN评价柴油着火性能的指标十六烷C16H34—十六烷值定为100，易自燃

-甲基萘—十六烷值定为0，不易自燃二者混合液与柴油的自燃性比较，混合液中十六烷的体积百分数为柴油的十六烷值。车用柴油的CN：40~603.残炭残炭值：无空气通入的情况下，柴油加热生成碳值残渣的性质。是燃料中胶质和不稳定化合物的间接指标残炭值高，易产生大量积炭4.灰分柴油燃烧剩余物—有机酸和无机盐类5.含硫量燃料中的硫和硫化物，燃烧生成二氧化硫、亚硫酸或硫酸6.机械杂质和水分造成磨损、堵塞、锈蚀二、代用燃料第二节燃油的燃烧一、燃油完全燃烧的化学反应

用gc、gh、go分别表示每千克燃油中C、H、O的千克数，则：

gcghgo

汽油0.8550.1450.0柴油0.8700.1260.004对C：C+O2=CO2

gckg(C)+8/3gckg(O2)=11/3gckg(CO2)对H：H2+1/2O2=H2O

ghkg(H2)+8ghkg(O2)=9ghkg(H2O)二、理论空气量

定义：1kg燃油完全燃烧所需的空气量，用LO表示。单位为[kg/kg]。在每千克燃油中，含有gokg的氧，所以每千克燃油完全燃烧时需要供应的氧为：

8/3gc+8gh-go[kg]所以：LO=1/0.23（8/3gc+8gh-go）[kg/kg]

汽油的理论空气量为14.７kg/kg，柴油的理论空气量为14.３kg/kg。三、过量空气系数定义：发动机工作过程中，1kg燃油实际供给的空气数量L与理论空气量L0

之比值。用α表示：

α=L/L0

α=1时为理论混合气,α<1时为浓混合气,α>1时为稀混合气。α=0.9，功率混合气；α=1.1，经济混合气。四、燃油和可燃混合气的热值1．燃油的热值：每千克燃油完全燃烧所放出的热量。用Hu表示,[KJ/kg]。2．混合气的热值：每千克混合气完全燃烧放出的热量。用Hm表示,[kJ/kg]。

Hm=Hu/（1+αLO）一般混合气的热值均指理论混合气的热值。第二节发动机混合气的着火

发动机混合气的燃烧，本质上是燃油激烈的氧化反应。根据氧化反应进行的激烈程度不同，燃烧分为两个阶段：着火与燃烧。

着火是燃烧的物理和化学准备阶段。物理准备：燃料的雾化、蒸发、与空气形成可燃混合气等化学准备：焰前的缓慢氧化反应。速度很低，压力和温度无明显升高。此过程逐渐积累热量或形成活化中心。活化中心—在压缩终了高温作用下，燃油分子分裂成大量自由原子或自由基（如H、O、CH、OH等），它们具有很强的反应能力。

燃烧是氧化反应加速至激化的结果。进入燃烧有两种方法：点燃—利用点火系向可燃混合气增加能量自燃—利用自身积累的热量或活化中心着火点燃是在局部混合气内进行的，自燃是在全部混合气内同时发生的。发动机内的燃烧过程经历三个基本步骤：1）燃油与空气形成可燃混合气2）点燃可燃混合气，或可燃混合气发生自燃。3）火源扩大到整个可燃混合气，形成全面燃烧一、着火机理按化学动力学的观点分：热自燃和链锁自燃机理（一）热自燃（或热爆）定义：若化学反应所释放的热量大于散失的热量，混合气的温度升高，进而促进混合气的反应速率和放热速率增大，这种相互促进，最终导致极快的反应速率而着火。气体分子要进行化学反应需要相互碰撞，碰撞分子所具备一定大小的能量，称为反应活化能。

活化分子—能量超过活化能的分子能保证着火的缸内最低温度、压力称为着火临界温度和着火临界压力。着火临界线在一定P0下，只要外界温度低于T0，混合气不会发生热爆；在一定T0下，只要压力低于P0，也不会发生热爆。图4-2着火临界线着火临界温度和着火临界压力发动机能否着火，取决于着火阶段有无热量积累，累，氧化反应能否自动加速。

（二）链锁反应(链爆炸

)反应自动加速不一定要依靠热量的积累使大量分子活化，通过链锁反应逐渐积累活化中心的方法也能使反应自动加速，直至着火。链锁反应：其中一个活化作用能引起很多基本反应，即反应链。链锁反应的过程：链引发→链传播→链中断链引发：反应物分子分解为自由原子或自由基，形成活化中心。链传播：反应进一步推进，生成新的自由原子或自由基。

直链反应—一个活化中心与反应物作用产生一个新的活化中心，反应以恒速进行。

支链反应—一个活化中心引起的反应，同时生成两个以上的活化中心，反应速度急剧增长。链中断:具有反应能力的自由原子或自由基与冷的壁面或惰性气体碰撞,使反应能力减小。例如：氢的燃烧化学方程：2H2+O2→2H2O实际过程是：链引发：H2→2H链传播(链爆炸)：H+O2→OH+O

O+H2→OH+H2OH+H2→2H2O+2H链中断：H+H+M→H2+M（M是惰性气体分子）H+OH+M→H2O+MH+O+M→OH+M混合气的着火往往不是单一机理进行，二者机理同时存在相互促进。一般说，在高温下以热爆炸为主，在低温下以链爆炸为主。二、发动机混合气的着火1、柴油机图4-1低温多级着火过程柴油机的着火为压燃式的低温多级着火柴油机着火过程：

喷油t1+冷焰t2+蓝焰t3→热焰喷油—进行物理化学准备，温度较高处开始缓慢氧化，压力没有明显变化。喷油时缸内温度为500~700℃，不能裂解出链反应所需的自由原子或自由基。经历时间为t1。冷焰—热量有初步积累但较慢，反应开始加剧，产生醛类和有机化合物等中间产物。当刚达到临界温度时，出现淡青色火焰，其热量不多。经历时间为t2，此时的反应为一级反应。

蓝焰—热量积累较多，链节活化中心较多，出现蓝色火焰。缸内温度和压力明显升高。经历时间为t3，此时的反应为二级反应。t1+t2+t3为着火延迟期

热焰—热量和活化中心同时大量积累，反应将激烈进行，在极短的时间内产生热爆炸，出现桔黄色热火焰，即产生自燃。热火焰的出现称为三级反应。2、汽油机燃油与空气的均匀混合气受到压缩，由于压缩比较小，压缩终了的温度、压力较低，不能自行着火，需要借助于火花塞点火来实现着火。汽油机在压缩过程已进行一定的化学反应，火花塞跳火，其电极附近混合气温度急剧上升，同时马上出现好多活化中心（OH、CH），并迅速开展自行加速的链反应，在很短时间内出现桔黄色火焰（热焰）。在出现热火焰之前，看不到明显的几个不同级的化学反应。汽油机的着火为点燃式的高温单级着火过程。1、同时爆炸燃烧均匀可燃混合气在燃烧室内的燃烧前后一瞬间，燃烧室内只有一个相。燃烧前的可燃混合气相和燃烧后的燃烧产物相。三、发动机的燃烧方式2、预混合燃烧过量空气系数是一个常数。燃烧传播到整个燃烧室内，燃烧室内压力基本一致，而温度各不相同。燃烧其间，燃烧室存在未然混合气和燃烧产物两个相。3、扩散燃烧混合气的过量空气系数各处不同，自燃后，空气和燃料从各个方向连续导入。为防止燃烧产物将燃料与空气隔开，需要组织空气与燃料的相对运动（一般采取措施使空气产生涡流运动）。燃烧其间。燃烧室同时存在可燃气体、空气和燃烧产物三个相。汽油机的点火燃烧是预混合燃烧柴油机的初始燃烧基本属于预混合燃烧，后期属于扩散燃烧。汽油机混合气形成与燃烧

1.燃烧过程的重要性

燃料燃烧完全的程度，直接影响到热量产生的多少和排出的废气的成分，而燃烧时机又关系到热量的利用程度。所以燃烧过程是影响发动机的动力性、经济性和排气污染的主要过程，同时与噪声、振动、启动性能和使用寿命也有重大关系。2.对燃烧过程的要求

1）燃烧完全，释放出尽可能多的热能，减少废气中的有害物质。

2）燃烧及时，使放热集中在上止点附近，提高热功转换能力。3.燃烧过程的研究方法

高速摄影法、示功图法第一节汽油机的正常燃烧1、火花塞跳火2、缸内压力线偏离纯压缩线的始点3、缸内最高压力点θ-点火提前角一、示功图上的关键点

Ⅰ-滞燃期Ⅱ-显燃期Ⅲ-补燃期

图5-1汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程指从点火开始到燃料基本烧完为止的过程。二、燃烧过程的几个阶段

1、滞燃期（着火落后期）

从火花塞开始跳火到火焰中心形成→滞燃期。

是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力线与纯压缩线基本重合。当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火区，即火焰中心。

从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为点火提前角，用

表示。一般为20—35ºCA。各种因素对滞燃期长短的影响：混合气浓度合适（

=0.8~0.9最短）、火花塞跳火时缸内压力及温度高、电火花强度大，着火延迟时间将减小。另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。2、明显燃烧期（速燃期）

从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称为明显燃烧期。

在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为火焰前锋。

火焰前锋向前推进的法向移动速度，称为火焰传播速度。火焰传播速度一般50—80m/s。混合气约80—90%在此期间燃烧完毕，温度、压力迅速升高，最高压力在上止点后12℃A~15℃A（循环功最多）一般占20—30ºCA。缸内最高压力点与最高温度点重合。最高压力过早使压缩功增大，过迟散热损失增大；过大产生振动、噪音，过小使膨胀功减少。压力升高率：即曲轴每转1度时，缸内气体压力的平均升高量：

λP=△P/△θ

ΔP=（P3-P2）

Δθ=（θ3-θ2）

λP表征压力变化的急剧程度。λP过大，发动机振动和噪声大，工作粗暴；λP在１７５～２５０ＭＰa/℃A，汽油机工作柔和，性能好。3、补燃期（后燃期）

从最高压力点到燃烧结束为补燃期。指明显燃烧期以后在膨胀过程中的燃烧，主要由火焰前锋面过后，后面未及燃烧的燃料（燃烧室边缘和缝隙）再燃烧，以及部分燃烧及高温分解的燃烧产物（H2、O2、CO等）重新氧化。在膨胀中远离上止点放热，热能不能充分利用，使ηi↓，Ne↓，ge↑，且排气温度↑，散热量↑。过长回造成发动机过热，排气管“放炮”。

希望后燃期尽可能短，后燃放热量尽可能少。总结：1.上述三个阶段中,火焰传播期速度对ηi起决定性的作用。要在工作柔和的条件下，尽可能地提高火焰传播速度。2．衡量发动机工作粗暴程度的指标—明显燃烧期内的平均压力升高率△P/△ψ，即曲轴每转1度时，缸内气体压力的平均升高量：

ΔP/Δψ=（P3-P2)/(ψ3-ψ2）[kPa/0CA]

一般使火焰中心形成点出现在TDC前12-150CA，缸内最高压力点出现在TDC后12-150CA。

ΔP/Δψ=175~245kPa/0CA3．影响火焰传播速度的因素：混合气浓度、缸内气体的紊流强度、残余废气系数等。汽油机燃烧过程与柴油机燃烧过程的区别：1.属于预混合燃烧,具有定容燃烧的形式。燃烧持续期约为25~40℃A(柴油机约为50~70℃A)。2．压缩比小，一般为7~9，(柴油机约为12~22)。热效率低，排温高（膨胀不充分）。3．最高燃烧温度高（接近定容燃烧）。4．易燃烧不完全（过量空气系数小，防止爆燃燃烧室内的激冷区），CO、HC、NOx排放高。5．挥发损失大（汽油的挥发性好）。第二节汽油机的不正常燃烧(一)现象1.缸内出现尖锐的金属敲击声2.油膜破坏,机件磨损加剧；3.燃烧室、冷却系过热，排温增加；4.Ne下降、ge升高；5.排污增加，严重时排气冒黑烟；6.压力线出现爆震波。图5-3爆燃时的示功图常见的不正常燃烧:爆震燃烧和表面点火。一、爆震燃烧（二）原因

在火焰前锋到达之前,末端混合气的温度、压力超过其临界温度、压力而自燃，形成新的火焰中心,火焰传播速度加大(高达800—1000m/s),使得缸内局部压力、温度急剧升高,压力来不及平衡,形成冲击波（激波）,冲击波反复撞击缸壁,（激波来回反射，在示功图上形成锯齿形）发出尖锐的敲缸声。由于缸内局部的高温、高压，造成下述后果。(重载爬坡、急加速时易爆震，换低挡以提高发动机转速可消除爆震)（三）危害1、机件过载冲击负荷大，机件的机械负荷增加，使机件变形损坏。噪声增大。2、机件烧损汽油机燃烧终了的温度为2000~2500℃，由于冷却水和气体附面层的作用，活塞顶、燃烧室壁和缸壁的温度保持在200~300℃。爆燃冲击波破坏燃烧室内附面层和局部高温，使活塞头和气门等烧损，同时会引起发动机过热。3、润滑变差发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧。4、积碳增多高温裂解产生的碳粒形成积炭，5、Ne下降、ge上升另外，高温裂解使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NO及游离碳增多，排气冒烟严重。CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃烧，使排温增高。（四）影响爆燃的因素

有燃料因素、使用因素、结构因素等。为便于分析，假定：

t1-从火焰中心形成起到火焰前锋传到末端混合气为止的时间。

t2-从火焰中心形成起到末端混合气自行着火的时间。所以：

当t1<t2不爆燃，当t1>t2，爆燃。1、燃料因素汽油机的压缩比，应适应汽油辛烷值的要求。2、使用因素发动机转速增加，进气速度加快，压缩终了气体的紊流度提高，火焰传播速度加快，爆燃程度减弱；气缸残余废气多，会使混合气自燃温度提高，着火延迟期加长，可减弱爆燃；

过量空气系数在0.85~0.95时，自燃温度低，着火延迟期短，爆燃最严重；BTDC大，易爆燃；缸内积碳使热阻加大，壁面温度升高，实际压缩比增加，爆燃加重。—影响混合气的温度和压力3、结构因素燃烧室结构能使压缩终了气体紊流速度提高，火焰传播速度加快，能避免爆燃；火花塞的位置和数目使火焰行程缩短，可减少爆燃；使末端气体接触的燃烧室壁强冷却，可减少爆燃；采用小直径的气缸，不易爆燃。（五）减轻爆燃的措施①降低水温和进气温度②降低末温③降低压缩比④推迟点火⑤增多残余废气二、表面点火或热面点火定义：在火花点火式汽油机中，凡是不依靠火花塞点火，而是由燃烧室内炽热表面（如过热的火花塞电极、排气门、积碳）点燃混合气的现象。早燃或早火—在火花塞跳火之前后燃或后火—在火花塞跳火之后分非爆燃性表面点火爆燃性表面点火1、非爆燃性表面点火-火焰以正常速度传播1）后燃点火后，在火焰传播过程中，炽热表面在火焰到达前点燃混合气，其火焰以正常速度向未燃气体推进。断火后发动机续转就是这种现象。2）早燃

炽热表面温度较高，在点火前，点燃混合气。由于点燃区域较大，火焰传播速度快，P和λP较大，发动机易过热。⑴早燃的危害压缩负功↑，缸内温度↑，与缸壁接触面积↑,→散热量↑,

有效功率↓。另外高温、高压加重了活塞连杆组的机械负荷、热负荷,使用寿命↓。

图5-4早燃时的示功图⑵

与爆燃的区别①沉闷的“敲缸声”。②被炽热表面点燃，无压力波产生，而爆燃时为自燃，有压力波产生。

另外:爆燃早燃缸内炽热表面产生缸内温度、压力升高非爆燃性表面点火大体是发动机长时间高负荷运转引起的2、爆燃性表面点火（激爆）

热面点火后火焰以爆燃速度传播。由燃烧室沉积物引起的发动机低速、低负荷运转时，燃烧室表面极易形成导热性很差的沉积物。沉积物被高温火焰包围，急剧氧化而白炽化，将混合气点燃。压力升高率高5倍，最高压力高150%影响热面点火的因素及预防措施：凡是能使缸内的T、P降低的因素，都可预防热面点火①选用低沸点汽油和含胶质少的机油。②在燃料中加抑制热面点火的添加剂。③适当降低压缩比。④选用合格的火花塞、排气门。小结：爆燃表面点火末端混合气自燃炽热表面点燃火花塞跳火之后火花塞跳火之前、后有压力冲击波无压力冲击波敲击声较清脆敲击声较沉闷

二者又相互联系，相互促进。第三节影响燃烧过程的因素

一、燃油的影响

1、汽油的抗爆性：汽油对发动机发生爆燃的抵抗能力，用辛烷值表示，辛烷值越高，抗爆性越好。

填加各种添加剂，可提高汽油的辛烷值。

2、汽油蒸发性表征汽油的汽化难易程度。蒸发性越强，与空气混合越均匀，混合气燃烧速度越快，易于完全燃烧；但过强，易产生气阻。二.使用因素的影响1.点火提前角θ

θ过大，→发动机过热，功率↓。缸内最高温度、压力↑，爆燃倾向↑。

图5-5点火提前角对示功图的影响

θ过小，由于燃烧开始时活塞已下行，燃烧容积较大，燃气与气缸接触面积大，导致:(1)损失一部分膨胀功。

(2)燃烧在膨胀过程中进行，后燃量增大。

→散热损失大，排气温度过高，发动机过热，功率下降。但缸内温度、压力的降低,使t2增大,爆燃倾向减小。

最佳点火提前角：在一定的发动机负荷、转速下，对应最大的功率和最低的燃油消耗率的点火提前角。

点火调整特性：

在一定的发动机转速、一定的节气门开度下，Ne与ge随点火提前角的改变而变化的规律。a）节气门全开b）转速n=1600r/min2．混合气成份

用过量空气系数α表示。1）α=0.85-0.95时，火焰传播速度u最大,用此混合气时，发动机的功率达最大，故称功率混合气。供给功率混合气时,爆燃倾向加大火焰传播界限：

0.5<α<1.3。图5-7α对火焰传播速度的影响2）低负荷或怠速时→较浓的混合气残余废气多，会引起断火；燃烧速度慢，发动机易过热；高温未燃成分在排气管口与空气相遇而激烈氧化，排气管放炮。α=0.4~0.5为火焰传播上限。3）α=1.05-1.15时，为经济混合气

燃烧最完全，热效率最高，油耗最低。但混合气过稀，燃烧缓慢，含氧高的高温废气能点燃进气管新鲜混合气→化油器回火。α=1.3~1.4为火焰传播下限。4)混合气成份调整特性:

在汽油机转速，节气门开度一定，点火提前角最佳时,性能指标(功率Ne与燃油消耗率ge等)随混合气成份而变化的规律。3.发动机转速n

图5-9涡流状况对火焰传播速度的影响

a)无涡流b)有涡流

n↑→

最佳点火提前角↑（图5-6），所以发动机上装有离心式点火自动提前装置。n↑→t1↓

→ηv↓→缸内r↑→末端混合气的焰前反应↓→t2↑→爆燃倾向↓。

所以发动机在低速运转时最易发生爆燃。n↑→缸内混合气的涡流运动（紊流）↑,

燃料与空气的混合得到改善；压缩过程的放热量↓→缸内压力、温度↑

→火焰传播速度↑。4.发动机负荷

负荷↑→缸内温度、压力↑

→滞燃期↓→t1↓

→末端混合气的焰前反应↑→t2↓

→爆燃倾向↑。负荷↑→燃烧所占的曲轴转角↑

→最佳点火提前角↓。（图5-6）

所以发动机上装有真空式点火提前装置。

5.其他因素

进气温度↑、冷却水温度↑、燃烧室壁积碳、进气压力↑→爆燃倾向↑。

总之，发动机在低速、大负荷时，最易发生爆燃。

在使用中，调整点火提前角应在低速、大负荷工况下进行。三、结构因素的影响（一）压缩比

1、ε↑时：缸内燃烧的最高温度、最高压力↑，ηi↑

ge

↓。但爆燃倾向↑，表面点火倾向↑。

2、ε↑→Ne↑、ge↓，但受到爆燃的限制，要防止爆燃：

a.改进燃烧室的设计；

b.提高汽油的辛烷值。（二）燃烧室1.对燃烧室的要求：

1)容积分布要合理。要有适宜的放热规律。

放热规律:燃油燃烧时的放热率随曲轴转角而变化的规律。

适宜的放热规律能够使燃油释放的热量充分利用,发动机工作柔和，运转平稳。

燃烧初期压力升高率小，工作柔和；燃烧中期急剧放热，循环功大；燃烧后期补燃少，ηi↑图5-10燃烧室容积分布对燃过程的影响

2)应具有良好的抗爆性。A.结构尽量紧凑面容比小（烧室表面积与容积之比）火焰传播距离短，爆燃↓散热面积小，ηt↑激冷区小，HC↓

B.燃烧室内的混合气要有适当的涡流强度(进气涡流、挤气涡流)。进气涡流：利用进气口和进气道的形状（切线和螺旋线）形成的涡流。挤气涡流：利用活塞顶部和缸盖底部狭小间隙在压缩时挤进的涡流。

C.降低末端混合气的温度（在汽缸盖挤气间隙处布置冷却水套）。3）火花塞的位置要安排适当—应装在燃烧室中央偏离排气门处。适中—火焰传播距离短t1↓爆燃↓靠排气门—t2↑爆燃↓靠进气门—着火稳定4）尽量增加进气量进气口直径大、弯少光滑（三）气缸直径dd↑→面容比↓,→传热损失↓→经济性↑。但火焰传播距离↑→t1↑→爆燃倾向↑。

对车用汽油机，d一般小于100mm。（四）气缸盖和活塞的材料

常用铸铁、铝。铝的导热性好，铝制汽缸盖的表面温度低，热负荷小，爆燃倾向↓，许用的压缩比↑。（五）冷却方式

水冷比风冷的爆燃倾向小，许用的压缩比高。工程热力学基础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。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(ν)、温度(T)。主要状态参数：压力P、比容ν、温度T、内能Ｕ、熵Ｓ、焓Ｈ。基本状态参数：1、比容：用ν表示，单位是m3/kg

。定义：单位质量的物质所占的容积。即：

ν=V/M

V--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（Ｔ↑气体分子的平均动能越大）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：

Pν=RTPV=mRTV=mν

对空气，R=0.287kJ/kg·K3、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。第二节热力过程及过程量功：δW=Fdx=APdx=PdV

W12=∫12PdV对单位质量的工质：w12=W/m=∫12PdV/m=∫12Pdν※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Ｗ（Ｊ）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）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δW=PdV得：

dV>0，膨胀,δW>0，系统对外界做功；

dV<0，压缩,δW<0，外界对系统做功；

dV=0，δW=0，系统与外界之间无功量传递。膨胀,W>0压缩,W<0三、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/mJ/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。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=δq/T1Kg工质的熵的单位J/kgKmKg工质熵的单位Ｊ/K※比容ν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ds>0,Q>0,吸热;ds<0,Q<0,放热;ds=0,无热量交换.吸热,Q>0放热Q<0第三节热力学第一定律一、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。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=ΔU故Q=ΔU+W对于微元过程：δQ=dU+δW对于1kg工质：q=Δu+w

（Ｊ/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。

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，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cν

表示。绝热指数：K=cP/cν

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：

qν=cν(T2-T1)

由热力学第一定律

q=w+Δu推出：Δu=cv(T2-T1)★内能是一状态量，与热力过程无关，且理想气体的内能只是温度的函数，故上述公式适用于任何热力过程。且w=0，第四节理想气体的热力过程要求掌握：

1、过程的定义；

2、过程方程式；

3、过程中各基本参数之间的关系；

4、过程量的计算；

5、过程曲线，重点掌握P-V曲线，对T-S

曲线作一般了解；

6、多变过程的概念。工程热力学把热机循环概括为工质的热力循环，热力循环分成几个典型的热力过程—定容、定压、定温和绝热—称为基本热力过程。一、定容过程1、定义：过程进行中系统的容积（比容）保持不变的过程。2、过程方程式：ν=常数3、参数间的关系：P1/P2=T1/T2,

P1/T1=P2/T24、过程量的计算：由W12=∫12PdV，且dV=0

→

w=0→q=Δu即：加入工质的热量全部转变为工质的内能。又q=Δu+w，

q=qν=Δu

=cν(T2-T1)由PV=RT

知，P/T=常数，所以：5、过程曲线等容加热温度升高等容放热温度降低２’２二、定压过程

1、定义：过程进行中系统的压力保持不变。

2、过程方程式：P=常数3、参数间的关系：由ν/T=常数

ν1/T1=ν2/T2ν1/ν2=T1/T24、过程量的计算：

qp=cp(T2-T1)w=∫12Pdν=P(ν2-ν1)又

Δu

=cν(T2-T1)

由热力学第一定律：

qp=Δu+pdv=Δu+d（pv）=Δu+d（RT)=Δu+RdT

cp(T2-T1)=cν(T2-T1)+R(T2-T1)得:cp=cν+R

—迈耶公式另外：

cp/cν=k—绝热指数5、过程曲线等压加热对外做功温度升高21等压放热对内做功温度降低2’★T-s图上，等压曲线要比等容曲线平坦（说明在达到相同气体温度下，定压过程要比定容过程吸收更多的热量）。三、定温过程1、定义：过程进行中系统的温度保持不变的过程。2、过程方程式：T=常数3、参数间的关系：

Pν=RT=常数P1ν1=P2ν2

4、过程量的计算：T=常数

所以

u=0由

q=w+u可得：q=w※加入系统的热量全部转换为系统对外界做的功。5、过程曲线等温压缩对外放热等温膨胀吸热22’四、绝热过程

1、定义：过程进行中系统与外界没有热量的传递（

q=0→

s=

q/T=0，故也称定熵过程）。

2、过程方程式：Pvk=常数（推导略）

K=cp/cν：绝热指数3、参数间的关系：由

Pvk=常数→P1v1k=P2v2k

→P1/P2=(v2/v1)k又

Pv=RT→P=RT/v

→Tvk-1=常数→T1/T2=(v2/v1)k-1

→T2=T1(v1/v2)k-1=T1εk-14、过程量的计算：

q=w+u

q=0推出：

w=-u

即：外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能。5、过程曲线绝热压缩温度升高绝热膨胀温度降低

五、多变过程

在实际的热力过程中，P、ν、T的变化和热量的交换都存在，不能用上述某一特殊的热力过程来分析，需用一普遍的、更一般的过程即多变过程来描述。

1、过程方程式：Pvn=常数n:多变指数。

等压过程；n=1,Pv=常数等温过程；n=k,Pvk=常数绝热过程；n=∞,v=常数等容过程。n=0,P=常数2、各过程在P-v图上的比较等压线:压力升高部分压力降低部分等容线:膨胀部分压缩部分等温线:温度升高部分温度降低部分绝热线:吸热部分放热部分n=1n=kn=

nW<0W＞0n从到0，放热→0→吸热；等温线右内能增加，左内能减少。例如压缩机压缩过程：K＞n＞１第五节热力学第二定律

重点掌握：

1、热力学第二定律的表述；

2、热力循环的热效率；

3、卡诺循环的热效率。一、热力学第二定律的表述

1、热量不可能自发的、不付任何代价的由一个低温物体传至高温物体。—热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。

2、不可能制成一种循环工作的热机，仅从单一的高温热源取热，使之完全转变为有用功，而不向低温热源（冷源）放热。—单热源热机是不存在的。

能量传递（热功转换）过程的方向、条件和限度问题，要由热力学第二定律来回答。

热力学第二定律的实质是一切自发的过程都是不可逆的。二、热力循环系统从某一状态（初始状态）出发，经历一系列的中间状态，又回到初始状态，这样一个封闭的热力过程称为一个热力循环。（在P-V图上，热力循环是一封闭的曲线。）正向循环—把热能转变为机械功的循环。逆向循环—靠消耗机械功将热量从低温热源传向高温热源的循环。（或称热泵循环）1、循环净功量1-2-3-4-1：顺时针进行的热力过程，过程曲线所围成的面积为正，称为正循环。w

1-4-3-2-1：逆时针进行的热力过程，过程曲线所围成的面积为负，称为负循环。循环净功W=Q1-Q2Q1为1-2-3，工质从高温热源吸热Q2为3-4-1，工质从向低温热源放热定义：循环净功与从高温热源吸收热量的比值ηT=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1

W:对外作出的循环净功；Q1:循环中吸收的总热量;Q2:循环中放出的总热量。

作用：评价循环的经济性。三、热机循环的热效率三、卡诺循环（最理想的热机循环）由两个定温过程和两个绝热过程组成的可逆循环。卡诺循环的热效率：1、卡诺循环的热效率取决于高温热源和低温热源的温度，高温热源的温度上升，低温热源的温度下降，则卡诺循环的热效率提高。2、卡诺循环的热效率永远小于1。即在循环工作的发动机中，不可能将吸收的热量全部转化为功，必定有部分热量传递给低温热源。3、当T1=T2时，卡诺循环的热效率为0。即在温度平衡的系统中，不可能将热量转化为功（不可能由单一热源循环作功）。

4、当无论什么工质和循环，在一定温度范围T1到T2时之间，不可能制造出热效率超过1-T2/T1的热机。即最高热效率只能接近1-T2/T1。※

这几条结论具有普遍性,适用于一切热机。四、卡诺定理

在两个不同定温热源间工作的任何热机的热效率，不可能大于在同样两个热源间工作的可逆热机的热效率。

推论：

1、一切可逆热机的热效率彼此相等且等于卡诺热机的热效率，不可逆热机的热效率小于可逆热机的热效率。

2、在内燃机上，如果排气温度过高，则内燃机的热效率下降；提高压缩比，使T1升高，则内燃机的热效率升高。第六节活塞式内燃机的理想循环

为便于分析内燃机的实际工作过程，将内燃机的某个循环的各个实际过程全部抽象的概括为若干个可逆过程，这样得到的一个闭合循环，称为理想循环。

理想化的原则及方法：

1、工质所经历的状态变化为一闭合循环；

2、循环中工质的数量和化学成分始终不变；

3、组成各循环的过程都是可逆的；

4、工质的比热为定值。要求掌握：

1、车用发动机的理想循环各是什么；

2、理想循环各由哪些