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第十三章内能与热机满分100分时间60分一、单项选择题（每小题3分，共12×3=36分）1．2024年3月20日，探月工程鹊桥二号中继星由长征八号三运载火箭发射升空．运载火箭二级发动机采用液氢液氧发动机．液氢作为燃料是因为具有较大的（）A．密度B．比热容C．体积D．热值【答案】D【详解】火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
2. 下列交通或运输工具中，动力设备不是热机的是（）A．远洋货轮B．C919客机C．载重汽车D．木帆船【答案】D【详解】远洋货轮、C919客机、载重汽车工作时都要使用化石能源作燃料，工作时将内能转换为机械能，都是使用热机工作的；木帆船是利用风力工作的，工作时没有使用热机，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
3. 如图所示的四个现象中，属于做功改变物体内能的是（）A．烤火取暖B．砂轮磨刀溅出火花C．热水袋取暖D．阳光下取暖【答案】B【详解】A．烤火取暖，火焰温度较高，是利用热传递改变内能的，故A不符合题意；B．砂轮磨刀溅出火花，通过摩擦将机械能转化内能，是做功改变内能，故B符合题意；C．热水袋取暖，热水的温度较高，是利用热传递改变内能的，故C不符合题意；D．阳光下取暖，太阳将热量以辐射的形成传到人体，是热传递改变内能，故D不符题意。
故选B。
4．位于沙漠边缘的罗布泊昼夜温差比沿海地区大，这是因为与水相比，砂石的（）A．比热容较小B．比热容较大C．密度较小D．密度较大【答案】A【详解】A B．沙漠边缘的罗布泊昼夜温差比沿海地区大，这是因为与水相比，砂石的比热容小，升温快，昼夜温差大，故A符合题意；B不符合题意；C D．密度是质量与体积之比，密度的大小与升温快慢无关，故CD不符合题意。
故选A。
5. 如图所示，为某四冲程汽油机顺序被打乱的工作图，下列说法正确的是（）A．图甲是做功冲程，内能转化为机械能B．图乙是压缩冲程，机械能转化为内能C．图丙是排气冲程，内能转化为机械能D．四个冲程的顺序应该是乙→甲→丁→丙【答案】A【详解】A．图甲进气门和排气门均关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，内能转化为机械能，故A正确；B．图乙进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故B错误；C．图丙进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，无能量转换，故C错误；D．丁图进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，四个冲程正确的顺序是乙、丁、甲、丙，故D错误。
奇石乐发动机燃烧分析仪说明书奇石乐发动机燃烧分析仪说明书1：简介1.1 产品概述1.2 产品特点1.3 销售配套件2：产品安装与基本操作2.1 安装步骤2.2 连接电源2.3 启动与关闭仪器2.4 菜单操作说明2.5 仪器标定与校准3：仪器功能与参数介绍3.1 燃烧分析原理3.2 主要功能3.3 仪器参数说明4：使用流程4.1 打开仪器并预热4.2 连接测试设备与被测发动机4.3 启动发动机并进行测试4.4 数据分析与导出5：故障排查与维护5.1 常见故障与排查方法5.2 仪器维护与保养6：安全注意事项6.1 仪器使用前的准备工作6.2 操作时的安全事项6.3 仪器维护的注意事项7：附件7.1 附件清单7.2 附件使用说明法律名词及注释：1：知识产权法：保护创造性作品的法律体系以及进行专利、商标、著作权等知识产权保护的法律规定。
2：商品质量法：规定了商品在生产、加工、销售等环节中应符合的质量标准及消费者权益保护机制的法律法规。
3：安全生产法：保障工作单位和从业人员的安全生产权益，预防事故、降低危害和损失的法律法规。
4：环境保护法：保护和改善环境质量，维护生态平衡，保障公民的健康权益的法律法规。
附件：1：快速安装指南2：用户手册3：保修卡附件使用说明：1：快速安装指南：详细介绍了产品的快速安装步骤以及常见问题的解决办法。
2：用户手册：包含了产品的详细技术参数、操作流程、故障排查方法和维护保养内容。
3：保修卡：记录了产品购买日期、序列号以及相关售后服务的联系方式。
燃烧热测定实验报告目录一、实验目的与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.2 实验意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3二、实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1 燃烧热的定义与计算方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2 实验原理及公式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5三、实验材料与设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.1 实验材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.2 实验设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7四、实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．84.1 仪器准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 4.2 样品准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 4.3 数据采集与处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114.4 实验操作流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12五、实验结果与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．125.1 实验数据记录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 5.2 数据处理与分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 5.3 实验结果讨论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15六、实验安全与注意事项．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166.1 实验室安全规则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．186.2 个人防护措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．196.3 应急处理方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19七、实验总结与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．207.1 实验总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．217.2 实验不足与改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．227.3 未来研究方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23一、实验目的与意义本次燃烧热测定实验的主要目的是通过实验测定不同物质的燃烧热，了解其燃烧特性及能量转化过程。
航空发动机装配难点与装配质量控制措施摘要：航空发动机作为一项高精度设备，对制造和装备精准度的要求非常高。
航空发动机是由众多零部件组成的，而且各零部件对精准性的要求非常高，因此，对航空发动机的装配质量提出了更高的要求。
影响航空发动机装配作业的因素较多，为了能够进一步提升航空发动机的装配质量，就需要深入分析各环节的影响因素，采取针对性的措施进行管控，以便能够从整体上提升航空发动机的装配质量。
航空发动机装配工作的进行，通过做好事前预防、装配环节的质量监督以及关键点的管控等各项工作来保障发动机的装配质量。
鉴于此，本文立足于航空发动机的功能概述，围绕发动机的装配难点以及质量管控措施展开如下探讨。
关键词：航空发动机；装配；质量1.发动机功能概述在热力产品中，航空发动机作为重要部件，发挥着非常关键的作用。
航空发动机不仅是单一的动力机器，要求其系统布局科学、严谨，要保障每个零部件的功能和性能。
发动机也被称之为机器的“心脏”，其具有如下功能作用：（1）以动力方式将能量呈现出来，具有传动动力的作用，从而为机械产品的高效运转奠定良好的基础。
（2）发动机具有安全保障作用。
一旦发动机运作失效，将会影响产品的安全性，最终因装配问题和发动机故障而增加产品出现风险事故的几率。
（3）影响产品的使用寿命。
发动机作为基础部件，对整个产品的使用寿命有着很大的影响，主要是因为受发动机自身装配问题以及磨损消耗等方面因素的影响，一旦发动机出现严重的质量问题，就会影响零配件的稳定性，长此以往将会大大降低发动机的使用寿命[1]。
2.影响航空发动机装配质量的因素2.1航空发动机结构复杂装配技术要求较高航空发动机的装配涉及众多零部件，其装配质量直接决定着发动机的性能，为了能够新一步提升航空发动机的装配质量，就需要将各工序有序连接起来。
航空发动机装配工作的进行，主要用到的是人工装配方法，由于该环节的工序多、涉及不同工种的众多人员，因此，受人员分工以及环境因素的影响较大，最终导致具体航空发动机装配工作的开展容易出现漏装以及错装等现象的出现，严重影响了航空发动机的装配进度和装配质量[2]。
旋转爆轰发动机燃烧室的燃烧与流动特性研究王宇辉;乐嘉陵;杨样;谭宇【摘要】设计了一台爆轰环腔外径100mm、内径80mm、长117 mm 的不带有尾喷管的旋转爆轰发动机燃烧室，并进行了实验和数值模拟研究，来了解不同当量比下的燃烧和流动特性。
在该燃烧室头部，空气通过60个直径2mm孔轴向喷射，氢气通过2mm宽环缝喷射。
氢气和空气最大供给总压分别可达12和10.5MPa。
实验发现，当量比大于2时，燃烧发生在燃烧室以外，为爆燃；当量比接近于1时，燃烧室内存在多个反向旋转爆轰波，爆轰波平均速度较低，不超过1000m/s；当量比小于0.58时，仅有一个爆轰波准稳态旋转。
在当量比为0.55时，旋转爆轰波传播速度为1274m/s。
在当量比为1时，进行了17s 无热防护的旋转爆轰发动机实验，未发现燃烧室有明显烧蚀。
数值模拟表明在流量为400g/s时，有3个爆轰波同向旋转，外壁面侧传播速度约为1998m/s。
%A rotating detonation combustor with the outer diameter100mm,the inner diame-ter 80mm and the axial length 117 mm for the detonation channel was designed.There is no ex-haust nozzle attached to the combustor.Numerical and experimental studies were carried out to study combustion and flow characteristics under different equivalence ratio conditions.The air flows into the combustor through 60 orifices each with 2mm in diameter,and the hydrogen gas flows into the combustor through an annular channel with2mm in width.The maximum total pressures of hydrogen and air can be 12 and 10.5MPa,respectively.When the equivalence ratio is greater than2,deflagration occurs outside the combustor.When the equivalence ratio is close to 1 ,multiple counter-rotating detonation waves move in thecombustor and the average detonation velocities are lower than1000m/s.When the equivalence ratio is less than 0.58,only one detona-tion wave rotates.The detonation velocity is 1274m/s for the equivalence ratio 0.55.The rota-ting detonation engine without cooling ran for 1 7 seconds at the equivalence ratio 1 and apparent erosion wasn’t found.Three detonation waves are co-rotating with velocities 1998m/s near the outer wall for the mass flow rate 400 g/s in the numerical study.【期刊名称】《实验流体力学》【年(卷),期】2017(031)001【总页数】7页(P32-38)【关键词】旋转爆轰发动机;实验;爆轰波速度;尾焰;当量比【作者】王宇辉;乐嘉陵;杨样;谭宇【作者单位】西南科技大学燃烧空气动力学研究中心，四川绵阳 621010;中国空气动力研究与发展中心吸气式高超声速技术研究中心，四川绵阳 621000;中国空气动力研究与发展中心吸气式高超声速技术研究中心，四川绵阳 621000;中国空气动力研究与发展中心吸气式高超声速技术研究中心，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】V231.3旋转爆轰发动机（Rotating Detonation Engine，RDE），又名连续爆轰发动机（Continuous Detonation Engine，CDE）或连续旋转爆轰发动机（Continuously Rotating Detonation Engine，CRDE）是一种基于爆轰燃烧的发动机，由于流量连续，结构紧凑，工作模式简单，工频较高，近年来其研究在逐步加强。
发动机燃烧质量分析 发动机的工作原理：下图为一单缸发动机示意图
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与发动机的燃烧质量有关的一些参数，以及它们 对燃烧质量的影响及改进措施
燃烧速度
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四行稷汽油机示息圉 燃烧速度指单位时间燃挠的混合气量，是衡量发动机性能的指标之一，可以 表达为: 〔5-2) 式中: UT —火焰传播速度； AT —火焰前锋面积；
P T —未燃混合气密度。
要想使燃挠迅速、及时完成，需要有较高的燃烧速度且合理变化 。燃烧速 度的大小主要取决于火焰传播速度、火焰前锋面积及未燃混合气密度。
（一）火焰传播速度UT
火焰传播速度取决于燃烧室中气体紊流运动，混合气成分和混合气初始 温度。气体紊流强度与火焰速度比之间为一直线关系。紊流强度u指各点速 度的均方根值；火馅速度比是紊流火馅传播与层流火焰传播速度之比。因此， 加强燃烧室的紊流，是提高火焰传播速度的主要手段。 采用过量空气系数A =0.85-0.95时的混合气，可以提高混合气初始温度，有助于加速火焰传播。
“有条不紊的线状运动，彼此不相混掺，为 层流流动。随机运动，每个质点 的轨迹都是混乱的，在其前进过程中向横向发生混掺，流动，示出很多涡旋, 时而消灭时而发生，是为 紊流流动。” （二）火焰前锋面积A 燃烧室形状与火花塞位置配合情况，对火焰前锋面分布规律有很大影响 图5-8所示为不同燃烧室火焰前锋面积变化情况。
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因此，合理设计燃烧室形状及合理布置火花塞的位置，可以改变不同时期 火焰前锋扫过的面积，使明显燃烧期相对曲轴转角的位置及压力升高率在合适 的范围内。
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0 l（J 20 30 10 50 fiO 刊 8（r go ion * 火焰传播跖离厲） （三）可燃混合气密度 P T
增大未燃混合气的密度，可以提高进气压力和压缩比，从而提高混合气的燃 烧速度。
、混合气成分 改变化油器主量孔的大小或改变通过断面可以改变混合气成分。 若使用不当 也很容易造成混合气成分改变。例如，空气滤清器堵塞，化油器空气量孔堵塞， 会使混合气过浓。化油器浮子室油面调整过低，会使混合气体过稀等。混合气浓 度的改变对发动机的动力性、燃油经济性及 爆燃倾向有很大影响，因此，分析 混合气成分对燃烧过程的影响是非常重要的。
燃料能否及时燃烧，取决于火焰传播速度。影响火焰传播速度的主要因素是 混合气成分，火焰传播速度随过量空气系数的变化如图5-9所示。
由图可以看出，当 过量空气系数 ①at =0.85〜0.95,火焰传播速度最大，此 时燃烧速度最快，可在短时间内使气缸压力温度达到最大值， 散热损失小，作功 最多，由于此时供给的燃料量比完全燃烧时所需的燃料稍多， 在空气量一定的情 况下，提高了对氧的利用程度，使燃烧产物的分子数增多，燃气压力提高。因此, 发动机发出最大功率，称这种混合气为最大功率混合气。 汽车在满负荷工况下工 作时，要求汽油机输出最大功率，此时，化油器应供给最大功率混合气。
当过量空气系数 ①at <0.85〜0.95时，称为过浓混合气。此时由于火焰传 播速度降低，功率减少；且由于缺氧，燃烧不完全，使热效率降低，耗油率增加。 发动机怠速或低负荷运转时，节气门开度小，进入气缸的新鲜混合气量少，残余 废气相对较多，可能引起断火现象。为维持发动机稳定运转，通常供给比大功率 混合气更浓的混合气。一般 ①at
=0.6左 右。如果发动机中等负荷下也供给过
浓混合气，由于火焰传播速度低，燃烧速度减慢，混合气在大容积下燃烧，发动 机易过热，排气温度增高。高温废气中未完全燃烧的成分在排气管口与空气相遇， 剧烈氧化，形成排气管放炮现象。当 ①at =0.4〜0.5时，由于严重缺氧，火焰 不能传播，混合气不能燃烧。因此， ①at =0.4〜0.5的混 合气成分称为火馅传 播上限。
当过量空气系数 ①at =1.05〜1.15时，火焰传播速度仍较高，且此时空气 相对充足，燃油能完全燃烧，所以热效率最高，有效耗油率最低。此浓度混合气 体称为最经济混合气。汽车行驶的大多数情况是处于中等负荷工况工作， 为减少 燃油消耗，化油器应供给最经济混合气成分。
当过量空气系数 ①at >1.05〜1.15时，称为过稀混合气。此时火焰传播速 度降低很多，燃烧缓慢，使燃烧过程进行到排气行程终了。补燃增多，使发动机 功率下降，油耗增多。由于燃烧过程的时间延长，在排气行程终了时进气门已开 启，含氧过剩的高温废气可以点燃进气管内新气，造成化油器放炮。当 ①at
=1.3〜1.4时，由于燃烧热值过低，混合气不能传播，造成缺火或停车现象，此 时混合气
浓度为火焰传播的下限。 由此可见，为保证发动机燃烧质量，有利的混合气成分一般在 1.2范围内。 当使用功率混合气时，火焰传播速度最快，从火焰中心形成到火焰传播到末 端混合气的火焰传播时间缩短，使 爆燃倾向减小，同时缸内压力、温度较高，压 力升高率较大，使从火焰中心形成到末端混合气自燃发火的准备时间也缩短， 又 使爆燃倾向增大，实践证明，后者是影响的主要方面。因此，在各种混合气成分 中，以供给最大功率混合气时最易 爆燃。如汽车满载爬坡时容易 爆燃 三、点火提前角 点火提前角大小对汽油机燃烧性能也有很大影响。图5-10为气门全开、额 ① at =0.85 定转速下混合气成分不变时，改变 点火提前角燃烧示功图的变化 由（a）图可见,曲线I的示功图点火提前角为0igi。相比之下，0 igi过大（点 火过早）,使经过着火落后期后，最高燃烧压力出现在压缩行程的上止点以前。 最 高压力及压力升高率过大，活塞上行时消耗的压缩功增加、 发动机容易过热，有 效功率下降，工作粗暴程度增加。同时由于混合气体的压力、温度过高, 爆燃倾 向增加。在这种情况下，只要适当减小 点火提前角，就可以消除爆燃。
曲线2的示功图对应的点火提前角过小于0 ig2 （点火过迟）。经过着火落后 期后，燃烧开始时，活塞已向下止点移动相当距离，使混合气燃烧在较大容积下 进行，炽热的燃气与缸壁接触面积大，散热损失增多。最高压力降低，且膨胀不 充分，使排气温度过高，发动机过热，功率下降，耗油量增多。
曲线3的示功图对应的点火提前角0 ig3比较适当。因而，压力升高率不是 过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内。从（b）图的比较可以看出，示 功图1比示功图3多做了一部分压缩功又减少了一部分膨胀功。 示功图2的膨胀
a —V圏 线虽然比示功图3的高些，但最高压力点低，只有示功图3的面积最大，完成的 循环最多，发动机的动力性、经济性最好。
综上所述，过大过小的 点火提前角都不好。只有选择合适的点火提前角才 能得到合适的最高压力及压力升高率，使最高压力出现在上止点后12°〜15° 曲轴转角内，保证发动机运转平稳、功率大、油耗低。这种点火提前角称为最佳 点火提前角。使用中，随发动机工况的变化最佳点火提前角相应改变。因此，必 须随使用情况及时调整点火提前角。现在所使用的真空和离心提前调节装置是有 效的调节装置。
四、发动机转速 在汽油机一定的油门开度下，随负荷的变化，转速相应变化。 转速增加时, 气缸中紊流增强，火焰传播速度加快。因而，随转速增加，压缩过程所用时间 缩短，散热及漏气损失减少，压缩终了工质的温度和压力较高，使以曲轴转角 计的着火落后期增长。为此，汽油机装有离心提前调节装置，使得在转速增加时, 自动增大点火提前角，以保证燃烧过程在上止点附近完成。
随转速增加，爆燃倾向减小。主要是转速的增加加快了火焰传播，使燃烧过 程占用的时间缩短，未燃混合气受巳燃部分压缩和热辐射作用减弱， 不容易形成 自燃点；转速增加，循环充量系数（循环充量是指发动机在每一个循环的进气过 程中，实际进入气缸的新鲜气体（空气或可燃混合气）的质量。）下降，残余废 气相对增多，终燃混合气温度较低，对未燃部分的自燃起阻碍作用，因此，使用 中若低速时发生爆燃，待转速提高后爆燃倾向可自行消失。
五、发动机负荷 转速一定时，随负荷减小，进入气缸的新鲜混合气量减少，而残余废气量 基本不变，使残余废气所占比例相对增加，残余废气对燃烧反应起阻碍作用， 使燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完成， 需增大点火提前角，它靠 真空提前点火装置来调节。图5-12为发动机不同节气门开度时的示功图。 因云-12发功机不同节气r J-JI-14时的小-功S
节气门开焜：1-1 t）（n 2-1（］^ 3-2（ K
低负荷时，爆燃倾向减小，主要是负荷低时，进气量少，残余废气相对较多, 燃烧最高温度和压力下降，阻止自燃产生。
综上所述，发动机在高转速、低负荷时，应增大 点火提前角，据统计，如果 点火提前角偏离最佳值5°,热效率将下降1%,偏离最佳值10°,热效率将下 降5%偏离最佳值20°，热效率下降16%传统的真空和离心提前调节装置只 能随负荷和转速两个影响因素的变化对 点火提前角作近似控制，不能实现点火提 前角随多参数的变化（如压力、温度、湿度、空燃比、燃料辛烷值，残余废气量 等）的精确控制。近年来发展了微处理机控制的点火系统，如无分电器点火系统。 该系统中，点火提前角的设置和随工况变化的自动调整， 初级线圈的通断，都是 由微处理机控制的。它可根据 点火提前角随工况变化的规律（已事先存人机内） 确定每一工况下的最佳点火时刻，实现精确控制。
发动机低转速大负荷时易 爆燃。在进行发动机点火提前角调整时可采用下述 步骤，发动机怠速运转状态下，突然将油门开至最大，发动机自由加速，若能听 到轻微的爆燃声，则点火提前角调整合适。随着电子技术的发展，出现了微处理 机控制的防爆控制系统。它可以根据爆燃信号自动调整点火提前角，使爆燃限制
