2014《工程热力学及内燃机原理》WPS版

的热消失时，必产生相应量的功；消耗一定量的功时 ，必出现与之对应的一定量的热。
第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。

内燃机原理复习资料第二章、内燃机的工作循环一、“理想循环”假定？答：理想循环讨论中所采取的简化假定是：1.工质是一种理想的完全气体，在整个循环中保持物理及化学性质不变；2.不考虑实际存在的工质更换以及漏气损失，工质数量保持不变，循环是在定量工质下进行的；3.把汽缸内工质的压缩和膨胀看成是完全理想的绝热过程，工质与外界不进行热交换；4.用假想的定容放热和定容或定压加热来代替实际的换气和燃烧过程。

二、内燃机的实际循环与理论循环的区别答：1、工质不同；2、气体流动阻力；3、传热损失；4、燃烧不及时、后燃及不完全燃烧损失；5、漏气损失。

三、压缩过程的作用？1、压缩过程扩大了工作循环的温度范围；2、压缩过程使循环的工质得到更大的膨胀比，对活塞做更多的功；3、压缩过程提高的工质的温度和压力，为冷机启动及着火燃烧创造了条件。

四、四冲程工作原理1、进气行程：排气门关闭，随着活塞下行汽缸内产生低压，重进气门吸入空气和汽油的混合气，柴油机中吸入的是新鲜空气。

2、压缩行程：进、排气门关闭，活塞上行压缩汽缸内的气体，在柴油机中，把空气压缩到燃料自然温度以上。

3、做功行程：当活塞快到上止点时，用火花塞点燃混合气使之燃烧，在柴油机中，此时燃料以雾化状态喷射到汽缸内，和高温空气接触而自行着火燃烧，燃烧所产生的高压气体，把活塞往下推而做功。

4、排气行程:当活塞到下止点稍前一些时，排气门开启，排气溢出，汽缸内压力下降，活塞上行把膨胀完了的燃气排除汽缸外。

五、示功图：把内燃机在1个工作循环中气缸内工质状态的变化，表示为压力与容积的关系，即压力与活塞行程的关系的图形。

六、标定转速：指在标定工况下，发出标定功率时内燃机相应的曲轴转速。

七、油耗率：在标定工况下，发出标定功率时内燃机所具有的有效油耗率。

八、升功率N :单位气缸工作容积内燃机所具有的标定功率。

九、活塞功率N ：单位活塞总面积上内燃机所具有的标定功率。

十、指示效率：是评价内燃机工作循环的一个经济性参数，也是衡量气缸内燃料燃烧所应释放出的热能有效转换成指示功的程度的一个尺度。

从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa

二、内燃机的优缺点
• 优点： • 1．热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，
最高有效热效率已达46％，甚至50％ 。 • 2．功率范围广，单机功率可从零点几千瓦到
上万千瓦。 • 3．结构紧凑、质量轻、比质量较小 • （比质量是内燃机整机质量与其标定功率的比值）。 • 4．起动迅速、操作简便。 • 缺点： • 1．对燃料要求较高。 • 2．排气污染和噪声引起公害。 • 3．结构较复杂，零部件加工精度要求较高。
实验分为两大组，8:00----10:00
10:00----12:00
请课代表与各自然班的负责人分好组，留下每人电话。
•
第二阶段（13周） 以授课为主。
教学要求：本课程是实践性较强的 专业课，除听课看书外，必须要完 成一定的实验和课内外作业。
考核方法：最后成绩包括平时成绩 （考勤、作业、实验报告等）、期 中考试和期末考试成绩。
本课程采用课内讲授和实验相结合的方式。通过课内知识 的传授，进一步培养学生运用所学的力学、机械、电工电子、 热工和测试技术等基础及专业基础理论学习综合性专业知识的 能力。通过多个参与性的实验逐步增强学生的实际动手能力， 培养独立工作能力、组织协调能力和分析解决工程实际问题的 能力。
教学方法：理论教学与实践性教学 相结合。
• 小资料：戴姆勒一号车 本茨制造的三轮车
•
世界上第一辆汽车由德国工程师卡·本茨和戈特利布·戴姆勒同时于1886年宣告制成本茨制成的是三轮汽车，而戴姆勒制成的四轮汽车，其发动机
功率为1。1匹马力。
•
1897年，狄赛尔（德国著名热机工程师）最早制成了柴油机。
• 附：鲁道夫.狄塞尔（Rudolf Diesel，1858-1913)，德国著名热机工程师,柴油机的发明者，也是艺术鉴赏家，语言学家和社会理论家。

B
Pg
H
压力的测量示意图
环境压力与标准大气压：环境压力指压力 表所处环境的压力(当地大气压力)
标准大气压 1atm=760mmHg 注意：当地大气压随时间、地点变化。一般认 36 为等于标准大气压（当h变化不大）。
3、比容和密度
pg
p
正压 大气压力B
都是描述系统内 工质稀密程度的宏观 物理量
H
B
处于平衡状态的系统有一种保持平衡 的趋势；对于不平衡的系统有一种达到平 衡的趋势。
41
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
铜棒：稳定但存在不平衡势差，它的稳 定是靠外界影响来维持的。去掉外界影 响，则状态变化，直 到温度均匀为止 稳定不一定平衡
绝热，不受外界温度影响
但平衡一定稳定
42
平衡与均匀
平衡：时间上
24
例如：
m W 4 Q 2
1 开口系 1+2 闭口系 1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
1
3
非孤立系＋相关外界 25 ＝孤立系
四、系统的内部状况（热力系统其它 分类方式）
均匀系
物理化学性质 非均匀系
单元系 其它分类方式 工质种类
多元系
单相
相态
多相
26
1、均匀系与非均匀系：系统内各部分的 化学成分和物理性质都均匀一致的系统， 称为均匀系。 2、单相系与复相系：由单一物相组成的 系统称为单相系。 3、单元系与多元系：由一种均匀的和化 学成分保持不变的物质组成的系统称为单 元系。（空气常可看作纯物质，属单元系 ）
凝 汽 器
给水泵
只交换功 既交换功 也交换热

工程热力学知识点电子版
1.热力学基本概念：包括热力学系统、态函数、过程、平衡等基本概念。

2.热力学定律：包括热平衡第一定律（能量守恒），热平衡第二定律（熵增原理）以及热平衡第三定律（绝对零度定律）。

3.理想气体的热力学性质：包括状态方程、卡诺循环、理想气体的内能、焓、熵等性质，以及理想气体的不可逆过程等。

4.热功学：包括热力学势、热力学基本方程、热力学关系、开放系统
的热力学分析等。

5.蒸汽循环与汽轮机：包括蒸汽循环的基本原理、热力学效率、汽轮
机的工作原理和热力学分析等。

6.冷热交换过程：包括传热方式、传热定律、传热设备的热力学设计等。

7.蒸发和冷凝：包括蒸发和冷凝的热力学原理、热传导、传质机制等。

8.混合物与溶液的热力学性质：包括理想混合物的热力学分析、溶解度、等温吸收和等温蒸馏等。

9.平衡态的热力学：包括平衡态判定、化学反应的平衡和平衡常数等。

10.非平衡态的热力学：包括非平衡态的基本概念、非平衡态热力学
平衡准则等。

11.热力学循环与工作系统：包括往复式热机循环（如柴油循环、克
氏循环等）、蒸汽循环的分析、制冷循环等。

以上仅列举了一些工程热力学的基本知识点，具体内容还包括一些相关的热力学计算方法和应用，如热力学分析软件的应用、能源转化系统的分析等。

工程热力学
§1-2 热力状态
压力p测量
一般是工质绝对压力与环境压力的相对值 ——相对 压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
当 p > pb 当 p < pb
绝对压力与相对压力
表压力 pe 真空度 pv
p
p pe pb p pb pv
pe
pv
pb
p
工程热力学
例1：已知当地大气压力pb,及压力表1、 2的读数分别为pg1，pg2。求pg3？ 解：⑴压力表1测得的是A室的 相对压力，故
p g 1 p A p b p A p g 1 p b
⑵压力表2测得的也是A室的相对压力，但它处在B室环境中，故
p g 2 p A p B p B p A p g 2
⑶压力表3测得的是B室的相对压力，故
pg3 pBpb
工程热力学
§1-3 热力状态
其它压力测量方法
高精度测量：活塞式压力计 工业或一般科研测量：压力传感器
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
工程热力学
只交换功 既交换功 也交换热
只交换热
边界特性
固定、活动
§1-2 热力系统
真实、虚构
工程热力学
§1-2 热力系统
2 热力系统分类
以系统与外界关系划分： 有
是否传质
开口系
是否传热
非绝热系
是否传功
非绝功系
是否传热、功、质 非孤立系
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
工程热力学
§1-1 热能和机械能转换
热能动力装置：
从燃料燃烧中得到热能，并利用热能得到动力的设备。

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2．压缩过程 在进气过程终了后，进、排气门都关闭，
曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动， 将气缸中的混合气压缩，进行压缩过程。压 缩过程在示功图上以曲线ac表示。压缩终了 时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而 定，压力约为0.85-2MPa，温度可达600-700K。
压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力 和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃 烧过程的最高温度和压力就愈高；
2、内燃机工作循环示功图：
研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸
内气体压力和相当于活塞不同位置时的气缸容积V之间的
变化关系图(P-V图)。此图能表示一个工作循环中气体在
气缸内所作的功，所以称为示功图。
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二、四冲程汽油机的工作原理
四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。
根据气门安装位置的不同，配气机构的布 置形式主要有侧置式(顺装气门)和顶置式(倒 装气门)两种。
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3、供给系
供给系的功用是供给气缸空气和燃油(可燃混合 气)，并排出燃烧后的废气。
化油器式汽油机工作时，汽油泵将汽油箱中的 汽油吸出，经汽油滤清器滤清后压送到化油器；同 时空气经空气滤清器滤清后也进入化油器。在化油 器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油 与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。 燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。 4、点火系
Va
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小
的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
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二、总体构造
四冲程汽油机 :
主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。

热力学第一定律：能量守恒定 律即在一个封闭系统中能量不 能凭空产生或消失只能从一种 形式转化为另一种形式。
热力学第二定律：熵增原理即在 一个孤立系统中自发过程总是向 着熵增加的方向进行也就是系统 的自发性总是向着无序、混乱的 方向发展。
热力学第一定律的应用：能量守恒 定律在各种热力学过程中的应用如 热传导、热辐射等。
PRT FOUR
热力发电：利用热能转换为机械能再转换为电能的过程 热泵技术：利用热力学原理将低位热源的热量转移到高位热源实现节能减排 制冷技术：通过热力学原理实现制冷循环为人类提供舒适的生活环境
工业余热回收：利用热力学原理将工业生产过程中产生的余热进行回收再利用提高能源利用效率
制冷剂的选择与热力学特性 如制冷剂的相变、热容等。
热力学第三定律的应用：绝对零度 不能达到原理在超导材料研究和制 冷技术中的应用。
添加标题
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添加标题
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热力学第二定律的应用：熵增原理在 热力学过程方向判断中的应用如热机 效率的提高、制冷循环的优化等。
热力学基本定律在工程实践中的应用： 如热力发电、制冷空调、化工生产等 领域中的节能减排和资源高效利用。
热力学与环境科学的交叉：研究能源利用和环境保护中的热力学问题为节能减排和可持续发 展提供解决方案。
热力学与信息科学的交叉：研究热量传递和信息处理中的相似性和差异性为信息技术的发展 提供新的思路和方法。
热力学与生物科学的交叉：研究生物体内的热力学过程为生物医学工程和生命科学研究提供 理论基础。
汇报人：
PRT SIX
热力学在可持续发展中的 重要性
热力学与能源转换和利用
热力学与环境保护
热力学与节能减排
热力学在太阳能利用中的重要 地位

传热面积是影响换热器性能的重要因素。通过优化传热面积，可以 提高换热效率，降低能耗。
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强 传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料 可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、 熵、吉布斯自由能等，可用 于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工 程应用中发挥重要作用，例 如制冷剂、燃料和化学反应 过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应 速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四 版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体 验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲 解，使学生更容易理解和掌握。
hd by h d
课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。

第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。

工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。

2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。

五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。

3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。

§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。

直接反映工作循环进行的好坏。

包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。

2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。

用于评定发动机实际工作能力的优劣。

二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。

用W i 表示。

W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。

四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的 讲授以理论分析和推导为主。
对重点章节要熟练掌握。
要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。
学时分配：总学时40
考核：本课程为考试课，平时20%；考试80%。
参考书： 1.《汽车发动机原理》徐兆坤 主编 清华大学出版社 2.《汽车发动机拖拉机》（第3版）董敬等主编 机械工业出版社
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 3、温度：用T表示，单位是K。 （Ｔ↑气体分子的平均 定义：表征物体的冷热程度 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：
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=0,P=常数
n:多变指数。
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。
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=Δ U
对于微元过程： 对于1kg工质：
故Q=Δ U+W δ Q=dU+δ W q=Δ u+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。

另一种表述是，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
还有一种表述是，自然发生的热传递总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着熵增加的方向演化。
热力学第二定律的应用
01
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们如何更有效地利用能源，避免能源 浪费。例如，在发电厂中，利用热力学第二定律可以优化蒸汽轮机的设计和运 行，提高发电效率。
热力学第二定律的实质
热力学第二定律的实质是揭示了自然界的不可逆性，即自然界的自发过程总是向着熵增加的方向进行 。这意味着自然界的能量转化和物质转化总是向着无序和混乱的方向发展，而不是向着有序和规则的 方向发展。
热力学第二定律的实质还表明了人类对自然界的干预和改造是有限制的，我们不能违背自然规律来无 限地利用能源和资源。因此，我们需要更加珍惜和合理利用自然界的能源和资源，以实现可持续发展 和环境保护的目标。
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
制冷与空调技术
制冷与空调技术
制冷和空调技术是利用热力学原理实现热量转移和控制的工程技术。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷和空调技术中的重要物质，需要具备适当的热力学性质 和环保性能。
制冷循环的类型
制冷循环有多种类型，如压缩式、吸收式和吸附式等，每种类型都有 其特定的应用场景。
空调系统的优化
为了提高空调系统的效率和降低能耗，需要对空调系统进行优化设计， 如采用变频技术、智能控制等措施。

此式称为稳定状态稳定流动能量方程式。
12
2.焓
h u p 它是一个状态参数， h f ( p, T ), h f ( p, ), h f ( , T )
其物理意义可由定义式来说明。（P23)
焓=内能+流动功
（1）对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递 的总能量中，取决于热力状态的那部分能量. （2）对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数
25
例题2-2设有一定量气体在气缸内由体积0.9m3可逆膨胀到 1.4m3,过程中气体压力保持定值,且P=0.2MPa,若在此过程 中气体的热力学能增加12000J,试(1)求此过程中气体吸收 或放出多少热量?(2)若活塞质量为20Kg,开始时静止,求终 态时活塞的速度?已知环境的压力P0=0.1MPa. 解:(1)取气缸内气体为系统, 这是闭口系,其能量方程为
所以有：
1 2 2 h1 h2 (c f 2 c f 1 ) 2
三、加热器或冷却器 特点： ws=0，cf2≈cf1，z2 ≈ z1 所以有 q=h2-h1
24
四、绝热节流 特点 q=0，ws=0，cf2=cf1，z2 ≈ z1
所以有 h2=h1
五、风机和泵 特点 q≈0，cf2 ≈ cf1，z2 ≈ z1 所以有 -ws=h2-h1
p 1
A
解：W1A2 Q1A2 (U2 U1 ) 50 10 40kJ
B 2
故为膨胀过程。
v
又
dU 0 Q W W W W 40 5 35kJ
1A2 2 B1
所以
Q W 35kJ
9
二、稳定流动能量方程 1.一元稳定流动
第二章 热力学第一定律

《工程热力学及内燃机原理》教学大纲开课单位：汽车工程系课程代号：学分：4 总学时：64 H课程类别：限选考核方式：考试基本面向：车辆工程专业一、本课程的目的、性质及任务本课程为车辆工程专业的一门专业课。

通过本课程的学习，学生掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，能对内燃机的性能进行全面的、系统的分析，具备一定的热力学过程和内燃机主要参数的计算能力，并为以后学习机械方面的专业课程打好基础。

二、本课程的基本要求掌握热力学的基本概念和内燃机基本原理，掌握热力学第一定律和热力学第二定律；了解各种常用工质的热力性质；能根据热力学基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环；了解提高热效率的正确途径和措施。

了解内燃机排污、噪声、振动的知识，掌握内燃机台架试验的基本知识和基本技能。

三、本课程与其他课程的关系学习本课程前，应先修“高等数学”、“大学物理学”、“机械原理”、“汽车构造”等课程。

只有在学好上述课程的基础上才能更好的学习本课程。

四、本课程的教学内容第一部分工程热力学部分绪论（一）热能及其利用（二）热力学发展简史（三）工程热力学的主要内容及研究方法第一章基本概念（一）热能在热机中转变成机械能的过程（二）热力系统（三）工质的热力学状态及其基本状态参数（四）平衡状态，状态方程式，坐标图（五）工质的状态变化过程（六）过程功和热量（七）热力循环第二章热力学第一定律（一）热力学第一定律的实质（二）热力学能和总能（三）能量的传递和转化（四）焓（五）热力学第一定律的基本能量方程式（六）开口系统能量方程式（七）能量方程式的应用第三章理想气体的性质（一）理想气体的概念（二）理想气体状态方程式（三）理想气体比热容（四）理想气体的热力学能、焓和熵（五）理想气体混合物第四章理想气体的热力过程（一）研究热力过程的目的及一般方法（二）定容过程（三）定压过程（四）定温过程（五）绝热过程（六）多变过程第五章热力学第二定律（一）热力学第二定律（二）可逆循环分析及其热效率（三）卡诺定理（四）熵参数、热过程方向的判据（五）熵增原理（六）熵方程第六章气体的流动（一）稳定流动基本方程（二）促进速度变化的条件（三）喷管的计算（四）定熵滞止参数第七章压气机的热力过程（一）单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量（二）余隙容积的影响（三）多级压缩和级间冷却（四）叶轮式压气机的工作原理第八章气体动力循环（一）活塞式内燃机动力循环（二）活塞式内燃机各种理想循环的比较（三）斯特林循环（四）燃气轮机装置循环（五）燃气轮机装置的定压加热实际循环（六）提高燃气轮机装置循环热效率的措施第二部分内燃机原理部分第一章绪论（一）20世纪的内燃机（二）内燃机面临能源与环境的严峻挑战（三）内燃机当前的发展水平（四）面向21世纪的内燃机第二章内燃机的工作循环（一）内燃机理想循环（二）涡轮增压内燃机理想循环（三）内燃机理想循环热效率（四）内燃机实际循环（五）内燃机工作循环举例第三章内燃机的工作指标与性能分析（一）内燃机的工作指标（二）内燃机的指示参数（三）内燃机的机械损失及机械效率（四）内燃机的有效参数（五）内燃机的强化指标与强化分析（六）内燃机的热平衡（七）内燃机的热计算第四章内燃机的燃烧（一）内燃机燃烧热化学（二）内燃机缸内的空气运动（三）点燃式内燃机的燃烧（四）点燃式内燃机的燃烧室（五）压燃式内燃机的燃烧（六）压燃式内燃机的燃烧室第五章内燃机的燃料与燃料供给（一）内燃机燃料（二）柴油机的燃油喷射系统（三）柴油机电控喷油系统（四）汽油机的燃油供给系统（五）电控汽油喷射系统（六）气体燃料内燃机的燃料供给第六章内燃机的换气过程（一）四冲程内燃机的换气过程（二）提高充气系数的措施（三）二冲程内燃机的换气过程及其品质评定（四）内燃机的换气可用能与缸盖气道稳流试验第七章内燃机增压（一）增压技术和增压方式（二）涡轮增压系统（三）高压比、超高压比涡轮增压系统（四）涡轮增压器与内燃机的配合（五）车用发动机增压（六）特殊工况下发动机的涡轮增压第八章内燃机的排放与控制（一）内燃机排放与环境污染（二）内燃机中的有害气相排放物（三）内燃机的颗粒物排放（四）光化学反应（五）内燃机的排气净化第九章内燃机工作过程数值计算（一）内燃机的工质及热力系统的划分（二）内燃机气缸内的热力过程（三）内燃机进排气系统内的热力过程（四）内燃机缸内过程计算的边界条件（五）内燃机与涡轮增压器的匹配计算第十章内燃机的运行特性（一）内燃机的运行工况和调节（二）内燃机的基本运行特性（三）内燃机的实用运行特性（四）内燃机功率及燃油消耗率的修正五、本课程重点、难点1、工程热力学部分：重点：热力学第一定律、理想气体的性质、热力学第二定律、理想气体的热力过程、气体动力循环、气体的流动难点：热力学第二定律、气体的流动。

《工程热力学与发动机原理》复习提纲工程热力学基础部分一、基本概念：工质、压力、温度、比容、内能、焓、熵、功、热量、热力循环等概念。

工质：用以实现热工转换的工作物质。

压力：p流体在单位面积容器壁上的垂直作用力。

是描述流体物质组成的热力系统内部力学状况的参数。

绝对压力p（流体真实压力）大气压力p b温度T：表示气体的冷热程度，是描述系统热状况的参数。

热力学温标的基本温度是热力学温度T单位是K。

摄氏温度t=T-273.15K比容：比热容：1kg物质温度升高1K（或1度）所需的热量。

内能（热力学能）：U是系统内部各种形式能量的总和。

包括内动能（是温度的函数）和内位能（是压力或比体积的函数）。

焓：焓的物理意义是：焓是随工质流动跨越边界而转移的能量。

熵：熵的增量等于系统在可逆过程中交换的热量除以传热时的绝对温度所得的商。

功：是物体间通过规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量。

容积变化功的定义：直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功称为容积变化功（膨胀功或压缩功）。

热量：热力学系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量。

热力循环：使工质经过一系列的状态重新回到原来状态的全部过程，称为热力循环。

二、热力学第一定律、热力学第二定律的内容。

热力学第一定律：热能可以转换为机械能，机械能也可以转换为热能，转换中能量的总量守恒。

热力学第二定律：说明了热能向机械能转换时过程的方向性、条件以及限度问题。

三、评定理想循环的两个指标：定义式、各参数含义。

1、循环热效率ηt：工质所作循环功W（J）与循环加热量Q1（J）之比。

式中：W—m kg工质的循环净功[J]ηt=W-Q1=（Q1-Q2）/Q1Q1、Q2—m kg工质在循环中吸收、放出的热量[J]ηt用来评定循环中的经济性。

2、循环平均压力p t：单位气缸工作容积所做的循环功。

p t=W/V s式中：W—循环所做的功（J）V s—气缸工作容积[L]p t用来评定循环的动力性（做功能力）四、内燃机理想循环的简化条件。

第10章气体动力循环一、教案设计教学目标：使学生掌握分析动力循环的一般方法；了解活塞式内燃机实际循环的分析方法；了解燃气轮机循环的分析方法。

知识点：分析动力循环的一般方法；活塞式内燃机实际循环的简化；活塞式内燃机的理想循环；活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较；燃气轮机装置循环；燃气轮机装置的定压加热实际循环。

重点：分析动力循环的一般方法；活塞式内燃机循环分析；燃气轮机装置循环的分析方法，提高燃气轮机装置循环效率的方法和途径。

难点:实际循环简化成理想循环的方法；提高内燃机和燃气轮机装置循环效率的方法和途径。

教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论问：你知道汽车为什么会走？问：你以前知道内燃机吗？有哪些装置组成？又是怎么工作的？问：你知道柴油机与汽油机的区别吗？问：你知道燃汽轮机发电是怎么回事吗？学时分配：4学时二、基本知识第一节动力循环分析的目的与一般方法一、分析的目的在热力学基本定律的基础上分析循环过程中能量转换的经济性，寻求提高经济性的方向及途径。

二、分析方法与步骤1. 将实际循环抽象和简化为理想循环2. 将简化好的理想可逆循环表示在p-v、T-s图上3. 对理想循环进行分析计算：计算循环中有关状态点（如最高压力点、最高温度点）的参数，与外界交换的热量、功量以及循环热效率或工作系数。

动力循环的热效率：-W net _ 1q2q i q i4、定性分析各主要参数对理想循环的吸热量、放热量及净功量的影响，进而分析对循环热 效率（或工作系数）的影响，提出提高循环热效率（或工作系数）的主要措施。

平均温度分析法：—5、 对理想循环的计算结果引入必要的修正6、 对实际循环进行热力学第二定律分析：熵分析 火用分析第二节 内燃机动力循环的分类一、分类按工作方式不同可分为：活塞式内燃机，叶轮式燃气轮机，喷气发动机汽油机 点燃式内燃机煤气机I 压燃式内烘机一岂油机二，汽油机1模型简化实际彳盾环的简化、理想化① 空气与燃气理想化为定比热客的理想气体; ② 开式循环理想化为闭式循环：③ 燃烧、排气过殺理想化为工质的吸、放热过程; ④ 压缩与膨胀过程理想彳匕为可逆绝热过程G2、汽油机理论循环一定容加热循环（奥托循环）活塞式内燃机:^JX?Ju n rs.u.吸建鼻9产3爲一⑪放热量6 = 4'石-兀1S环净功珂二如一心AS环删率SWtvT4=1飞3二g则T3T4 -TT3 J "唔"川2tv定窖加驷环的计算v影响发动机的正常工作。