内燃机绪论.pptx

绪 论l课程性质课程性质：专业基础课l适应专业适应专业：车辆工程l教学目的和任务教学目的和任务：比较系统地掌握现代车用发动机的基本工作原理和工作过程，理解发动机的主要性能指标及评价，掌握发动机工作过程的分析方法及性能指标与各工作过程的内在联系；了解影响整机性能的使用因素及提高性能的基本途径。绪 论l学时：学时：32l讲课学时：讲课学时：28l实验学时：实验学时：4l学分：学分：2汽油机混合气形成和燃烧汽油机混合气形成和燃烧5.柴油机混合气形成和燃烧柴油机混合气形成和燃烧6.发动机的特性发动机的特性7.内燃机的燃料与燃烧内燃机的燃料与燃烧4.发动机的换气过程发动机的换气过程3.内燃机循环及性能指标内燃机循环及性能指标2.发动机与整车性能的匹配发动机与整车性能的匹配8.绪论绪论1.绪 论l课程教学基本内容及要求课程教学基本内容及要求 本本课课程程主主要要讲讲述述汽汽车车的的基基础础理理论论知知识识，汽汽车车使使用性能和实验方法。用性能和实验方法。l了解发动机的发展概况；了解发动机的发展概况；l熟熟练练掌掌握握发发动动机机理理论论循循环环的的特特点点及及实实际际循循环环对对其其的的修正、发动机性能指标；修正、发动机性能指标；l掌握四冲程发动机的换气过程；掌握四冲程发动机的换气过程；l熟练掌握发动机的燃烧过程；熟练掌握发动机的燃烧过程；l熟练掌握发动机的特性；熟练掌握发动机的特性；l懂得发动机所用燃料的基本原理；懂得发动机所用燃料的基本原理；l了解发动机与整车的匹配了解发动机与整车的匹配绪 论l l主要试验主要试验l发动机负荷特性试验发动机负荷特性试验l发动机速度特性试验发动机速度特性试验l l前导课前导课 汽车构造、工程热力学、化学等汽车构造、工程热力学、化学等绪 论教材教材林学东林学东.发动机原理发动机原理.机械工业出版社机械工业出版社.2008.2008 主要参考书主要参考书l孙凤英等孙凤英等.汽车性能汽车性能.东北林业大学出版社东北林业大学出版社.2008.2008年年l陈家瑞主编陈家瑞主编.汽车构造汽车构造.人民交通出版社人民交通出版社.2006.2006l冯健璋冯健璋.汽车发动机原理与汽车理论汽车发动机原理与汽车理论.北京：北京：机械工业出版社，机械工业出版社，19991999年年绪 论考核方式考核方式从内燃机草图从内燃机草图蒸汽机发明蒸汽机发明汽车的发展汽车的发展内燃机内燃机一、内燃机概念的形成一、内燃机概念的形成赫更斯的草图赫更斯的草图产生于产生于1673年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借助动力来年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借助动力来代替体力劳动过程中的构想。代替体力劳动过程中的构想。第一章第一章 绪论绪论 内燃机的发展史内燃机的发展史凡尔赛宫塞纳河赫更斯赫更斯：荷兰物理学家：荷兰物理学家负责庭院里的树木浇水负责庭院里的树木浇水和喷水池的喷水和喷水池的喷水从塞纳河提水。从塞纳河提水。1509年，意大利人雷欧那德年，意大利人雷欧那德.达芬奇绘出类似的火药发动达芬奇绘出类似的火药发动机草图，但没有试制。机草图，但没有试制。赫更斯的内燃机草图赫更斯的内燃机草图:自方案问世后，经自方案问世后，经12年后的年后的1685年，年，用用14台直径台直径12m的水车完成，并满的水车完成，并满足凡尔赛宫一天足凡尔赛宫一天3000m3的用水要求。的用水要求。当时科学背景：当时科学背景：十六世纪末和十七世纪初的三大实验：十六世纪末和十七世纪初的三大实验：英国包尔塔的英国包尔塔的蒸汽压力蒸汽压力实验；实验；托里拆利和巴斯噶的托里拆利和巴斯噶的大气压力大气压力实验；实验；那末格里凯的那末格里凯的真空作用真空作用实验。实验。三大实验的作用：三大实验的作用：人们开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。人们开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。这些重大的实验成果为这些重大的实验成果为早期蒸汽早期蒸汽动力技术的动力技术的开发奠定了牢固的开发奠定了牢固的科学科学实验实验基础基础。第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（Denis Papin 1647-1712），最先应用蒸汽动力技术。），最先应用蒸汽动力技术。从火药发动机演变到蒸汽机从火药发动机演变到蒸汽机;将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将将箱变为汽缸；箱变为汽缸；把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。二、蒸汽机发明二、蒸汽机发明三次技术革新三次技术革新实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内的水沸腾后，蒸汽推动活塞慢慢上升；然后，从汽的水沸腾后，蒸汽推动活塞慢慢上升；然后，从汽缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝汽缸内产生汽缸内产生真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。结论：结论：利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用，可以推动利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用，可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。汽缸内活塞作往返直线运动。这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械运动。这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械运动。发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大可能会使汽缸爆炸，于可能会使汽缸爆炸，于1680年发明了安全阀。年发明了安全阀。第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸汽泵，于汽泵，于1680年在英国试验成功。年在英国试验成功。p第二次技术突破：第二次技术突破：英国机械工程师英国机械工程师赛维利赛维利（T.Savery 1650-1715）。）。p设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵主要由汽设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵主要由汽缸与锅炉组成。缸与锅炉组成。特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和进汽管。排水管和进汽管。与巴本汽缸不同点与巴本汽缸不同点原理：原理：蒸汽蒸汽从锅炉经汽管进入汽缸后被从锅炉经汽管进入汽缸后被冷却冷却时所造时所造成的成的真空真空把矿井中的水从把矿井中的水从吸水吸水管中吸进来管中吸进来再再将将蒸汽蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽压力压力把水从把水从排水管中排水管中排出排出。第三次技术革新：托马斯第三次技术革新：托马斯纽可门（纽可门（Thomas Newcomen）针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进:缺点一：热效率太低。缺点一：热效率太低。改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一个细小龙改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一个细小龙头向汽缸内喷水冷却。头向汽缸内喷水冷却。缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压力和真空改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压力和真空度的相互作用推动活塞作往复式机械运动度的相互作用推动活塞作往复式机械运动对外输出功对外输出功蒸汽机。蒸汽机。1712年纽可门蒸汽机问世。年纽可门蒸汽机问世。纽可门蒸汽机原型：纽可门蒸汽机原型：将气缸和活塞置于锅上部；将气缸和活塞置于锅上部；加热锅产生的蒸汽导入汽缸，推加热锅产生的蒸汽导入汽缸，推动活塞上升；动活塞上升；关闭阀门，向气缸喷水，缸内蒸关闭阀门，向气缸喷水，缸内蒸汽被冷却变成水，产生真空，活汽被冷却变成水，产生真空，活塞下降，抽水泵抽水。塞下降，抽水泵抽水。三、蒸汽革命三、蒸汽革命蒸汽汽车时代蒸汽汽车时代詹姆斯詹姆斯瓦特：瓦特：瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门年受命格拉斯哥大学教学用纽可门蒸汽机的修理工作。蒸汽机的修理工作。在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点：在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点：燃料消耗量大而效率低燃料消耗量大而效率低只能作往复直线运动。只能作往复直线运动。因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费蒸气达八成以上。蒸气达八成以上。故障诊断故障诊断第一个专利：第一个专利：启蒙：启蒙：1765年的春天，针对纽可门蒸汽机年的春天，针对纽可门蒸汽机热效率低的原因热效率低的原因是是蒸汽在缸内冷凝造成的蒸汽在缸内冷凝造成的能否让蒸汽在缸外冷凝能否让蒸汽在缸外冷凝产生采产生采用分离冷凝器的初步设想。用分离冷凝器的初步设想。解决措施：利用蒸汽具有解决措施：利用蒸汽具有“弹性弹性”特点，把汽缸和特点，把汽缸和另一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需要另一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需要一再冷却汽缸，而浪费许多热量。一再冷却汽缸，而浪费许多热量。同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面加绝热套加绝热套汽缸保持在高温工作状态。汽缸保持在高温工作状态。其特点：冷凝器与汽缸间用一个其特点：冷凝器与汽缸间用一个调节阀调节阀相连相连 二者二者既能连通又能分开。既能连通又能分开。这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使缸内产生真空，避免汽缸在一冷一热过程中热量损耗。缸内产生真空，避免汽缸在一冷一热过程中热量损耗。p从从1766年年1769年受他人赞助制出第一台样机。年受他人赞助制出第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得在革新纽可门蒸同年，瓦特因发明冷凝器而获得在革新纽可门蒸汽机过程中的第一项专利。汽机过程中的第一项专利。带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽机，除了带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽机，除了热效率显著提高外，还是无法作为真正的动力机械。热效率显著提高外，还是无法作为真正的动力机械。致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。第一个专利的问题第一个专利的问题1781年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星以及由此引出的行星绕日圆周运动，或钟表中齿以及由此引出的行星绕日圆周运动，或钟表中齿轮的圆周运动的启发轮的圆周运动的启发想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就可以使动力传给任何工作机械。可以使动力传给任何工作机械。同年，研制出一套同年，研制出一套“太阳和行星太阳和行星”齿轮联动装置；齿轮联动装置；活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动；活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动；为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。p这一机构的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动这一机构的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动力机械。力机械。p1781年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。置获得第二个专利。p直线运动直线运动旋转运动旋转运动方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽既能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动既能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动 效率就可以提高一倍。效率就可以提高一倍。第三项专利：第三项专利：针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动；针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动；即从一端进入、另一端出来。即从一端进入、另一端出来。p1782年，试制出一种带有双年，试制出一种带有双向装置的新汽缸向装置的新汽缸p获得第三项专利。获得第三项专利。1784年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机综合组装，取得第四项专利；机综合组装，取得第四项专利；1788年，又发明离心调速器和节气阀；年，又发明离心调速器和节气阀；1790年，发明汽缸示功器。年，发明汽缸示功器。至此完成了蒸汽机发明的全过程至此完成了蒸汽机发明的全过程蒸汽动力装置蒸汽动力装置。在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃三个专利，三个专利，首次把引入汽缸的蒸汽由低压变为高压首次把引入汽缸的蒸汽由低压变为高压纽可门蒸纽可门蒸汽机汽机瓦特蒸汽动力装置。瓦特蒸汽动力装置。迎来蒸汽革命迎来蒸汽革命四、奥托循环四、奥托循环瓦特蒸汽机存在的问题：瓦特蒸汽机存在的问题：蒸汽机体积庞大，热效率低。蒸汽机体积庞大，热效率低。要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的问题问题使锅炉与汽缸合二为一。使锅炉与汽缸合二为一。前期探索工作：如前期探索工作：如利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；利用火药在汽缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；利用火药在汽缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。根源根源途径途径对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。法国科学家德罗夏，立志要法国科学家德罗夏，立志要“站在瓦特肩膀上站在瓦特肩膀上”，解决这些问题。解决这些问题。他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件：他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件：第一，点火前要高压第一，点火前要高压压缩过程；压缩过程；第二，燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。第二，燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。实现的具体方案：把活塞运动分成实现的具体方案：把活塞运动分成4个冲程，即个冲程，即 进气进气压缩压缩点火燃烧膨胀做功点火燃烧膨胀做功排气。排气。四冲程理论的建立：四冲程理论的建立：德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。从蒸汽机的广泛应用中，从蒸汽机的广泛应用中，看到内燃机的发展前途；看到内燃机的发展前途；从德罗夏的理论设计中看到希望。从德罗夏的理论设计中看到希望。p奥奥托托对对德德罗罗夏夏方方案案，反反复复研研读读，深深刻刻领领会会其其设设计计思想；并全心投入内燃机的研制工作。思想；并全心投入内燃机的研制工作。他虽建立四冲程理论，但未能制造出他虽建立四冲程理论，但未能制造出!奥托的实验：奥托的实验：目目的的在在发发动动机机气气缸缸里里实实现现烟烟囱囱冒冒烟烟现象。现象。手手段段用用透透明明气气缸缸和和手手动动活活塞塞以以及及侧侧式式进进排排气气管管模模型型，将将香香烟烟的的烟烟放放入入进气阀反复观察进气阀反复观察结果：研究出空气与煤气的添加混结果：研究出空气与煤气的添加混 合方法合方法巧合？本田稀燃技术巧合？本田稀燃技术1983同时，同时，1858年法国人里诺发明了燃气机：年法国人里诺发明了燃气机：用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽；用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽；用电池和感应线圈产生电火花用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。点燃混合气。此此煤煤气气机机:有有气气缸缸、活活塞塞、连连杆杆、飞飞轮轮等等。是是内内燃燃机机的的初初级产品，但压缩比为零。级产品，但压缩比为零。奥奥托托受受里里诺诺煤煤气气机机启启发发，认认为为如如果果用用液液体体燃燃料料，其其用用途途将将更为拓宽，为此设计了汽化器。更为拓宽，为此设计了汽化器。1862年年2月，奥托制造出一台四冲程样机。月，奥托制造出一台四冲程样机。1863年获得专利，并建立年获得专利，并建立“奥托公司奥托公司”。1876年，又设计出一种改进型点火系统，同年年，又设计出一种改进型点火系统，同年5月研制出月研制出第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权实现四冲程理实现四冲程理论论奥托循环。奥托循环。此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进在一台在一台内燃机中加上一个气缸内燃机中加上一个气缸多缸机；多缸机；从而使输出的动力更均匀。从而使输出的动力更均匀。1882年年戴姆勒戴姆勒离开奥托公司离开奥托公司 目的：把奥托发动机应用到交通工具上。目的：把奥托发动机应用到交通工具上。1883年，发明点火系统，在奥托四冲程年，发明点火系统，在奥托四冲程煤气机的基础上，研制出一台小型单缸煤气机的基础上，研制出一台小型单缸汽油机汽油机转速达转速达700900r/min；功率功率1.1马力，空气冷却马力，空气冷却奥托发动机最大转速奥托发动机最大转速180200r/min。1885年，将这台小汽油机装在一辆年，将这台小汽油机装在一辆自行车上，自行车上，制造出第一台摩托车。制造出第一台摩托车。五、汽油机汽车问世五、汽油机汽车问世1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。该车气缸总排量为该车气缸总排量为469cm3，时速达到了，时速达到了16公里。公里。这辆车的性能：这辆车的性能：有风扇冷却；有风扇冷却；内燃机下垫着减振橡胶块；内燃机下垫着减振橡胶块；还有发动机预热系统。还有发动机预热系统。成为第一辆实用汽车之一。成为第一辆实用汽车之一。从此用小汽油机驱动车从此用小汽油机驱动车“马车的机械化马车的机械化”。1885年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个四冲程内年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个四冲程内燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，开创现代汽车史。燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，开创现代汽车史。后又将一台功率后又将一台功率0.8马力，单缸马力，单缸2冲程小内燃机装在一辆三冲程小内燃机装在一辆三轮车上，时速达到轮车上，时速达到15公里。公里。亨利亨利福特：美国发明家和农民企业家福特：美国发明家和农民企业家1892年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国1896年福特制造出第一台汽车。年福特制造出第一台汽车。1903年创立福特汽车公司，生产年创立福特汽车公司，生产A型车；型车；1908年推出举世闻名的年推出举世闻名的T型车，其特点：型车，其特点：设计精良、坚固耐用，设计精良、坚固耐用，维修简便；维修简便；1910年创造生产流水线，年创造生产流水线，“世界生产方式历史性变革世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。，使汽车大众化。六、福特六、福特汽车工业时代汽车工业时代 汽车工业史上的三次变革汽车工业史上的三次变革 1914年年美美国国福福特特汽汽车车公公司司的的汽汽车车装装配配流流水水线线带带来来了了汽汽车车工工业业史上的第一次变革。史上的第一次变革。第第二二次次变变革革发发生生在在20世世纪纪50年年代代。拆拆除除当当时时欧欧洲洲内内部部的的关关税税壁壁垒垒，使使欧欧洲洲市市场场空空前前繁繁荣荣，有有力力地地推推动动了了汽汽车车制制造造工工业业的的发展。发展。20世世纪纪60年年代代末末，日日本本汽汽车车工工业业创创奇奇迹迹，生生产产物物美美价价廉廉汽汽车车，使得世界汽车工业发生第三次变革。使得世界汽车工业发生第三次变革。亨利亨利.福特与其儿子坐在他的福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。型畅销车内。当时车价比较：当时车价比较：欧尔德斯摩拜尔欧尔德斯摩拜尔1901牌：牌：650美元美元凯蒂莱克凯蒂莱克1903牌：牌：750美元；美元；最初最初T型牌：型牌：875美元。美元。绪 论工程热力学基础知识（补充）工程热力学基础知识（补充）基本概念l工质工质 实现热能转换为机械能的媒介物质。l热机热机将热能转换为机械能的机械装置。l热力系统热力系统热力学所研究的对象。l闭口系统闭口系统热力系统与外界没有物质交换的系统。l开口系统开口系统热力系统与外界有物质交换的系统。l绝热系统绝热系统热力系统与外界没有热交换的系统l孤立系统孤立系统与外界既没有热交换，也没有能量交换的系统。l外界外界与热力系统有作用关系的周围物体。l边界边界 系统与外界的分界面。状态及状态参数 l热力系统在某一瞬间呈现的全部宏观性质称为状态状态 l描述这种宏观状态的物理量称为状态参数状态参数。l热力系统在没有外界作用情况下宏观性质不随时间变化的状态称为平衡状态平衡状态。l(1)压力（压力（p）：）：气体压力是组成气体的大量分子在紊乱的热运动中对容器壁碰撞的结果，是单位表面积上的垂直作用力。lp=F/A (N/m2=Pa)l(2)温度（温度（T）表示物体的冷热程度。描述分子热运动强弱的参数。表示物体的冷热程度。描述分子热运动强弱的参数。T=t+273.15Kl 开氏温标：开氏温标：T单位单位Kl(3)比容（比容（v）l单位质量的容积。单位质量的容积。v=V/m（m3/kg）理想气体的状态方程理想气体的状态方程 l理想气体理想气体：气体分子本身不占有体积，分子之间无引力的气体。气体分子本身不占有体积，分子之间无引力的气体。l理想气体状态方程：理想气体状态方程：l当系统处于平衡时，理想气体各部分具有相同的压力、比容和温度，当系统处于平衡时，理想气体各部分具有相同的压力、比容和温度，这些参数之间，通过分子运动论，可以得出以下关系：这些参数之间，通过分子运动论，可以得出以下关系：1千克气体：千克气体：pv=RTR为为气体常数（为为气体常数（kJ/（kgK）其大小与气体的种类有关其大小与气体的种类有关m千克气体千克气体：PV=mRTV=mv（体积）（体积）1千摩尔气体：千摩尔气体：其质量为其质量为kg，其容积为，其容积为v=Vm，将其带入上式即，将其带入上式即得出：得出：pv=RTlpVm=RmTlVm1千摩尔容积千摩尔容积；1千摩尔质量千摩尔质量;Rm为通用气体常数为通用气体常数,l在标准状态下，在标准状态下，lRm=8.31kJ/（kmolK）工质比热工质比热l 单位质量的工质温度变化1K所吸收或放出的热量。用c表示。l1、按度量单位关系分类l 质量比热c：1kg气体温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。单位kJ/(kgK)l 摩尔比热C:1kmol气体温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。kJ/(kmolK)l 容积比热c:1m3气体温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。kJ/(m3K)l2、按加热过程的关系分类l 常见的加热过程是等压过程和等容过程l 等压比热cp：指气体在加热过程中压力保持不变的比热。l 等容比热cv：指气体在加热过程中容积保持不变的比热。热力学第一定律热力学第一定律 l热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的应用，可以描述为：热能和机械能可以相互转换，且在相互转换过程中，能量的总量保持守恒。l（加入热力系统的能量的总和）-（离开热力系统能量的总和）=（热力系统总能量的增量）l即它表达工质吸热、作膨胀功和内能储存的三者关系。热力学第一定律热力学第一定律l膨胀功膨胀功l 气体在热力过程中由于体积发生变化所做的功。即系统与外界宏观位移而传递的能量l1千克气体功：千克气体功：w=Fdx=APdx=Pdl 热力学第一定律热力学第一定律l热量热量是指仅仅由于温差而通过边界传递的能量。是两物体通过微观的分子运动发生相互作用而传递的能量。l热量是过程量，不是状态参数。l规定：传入系统的热量即吸热为正；传出系统的热量即放热为负。热力过程和准静态过程热力过程和准静态过程l热力过程热力过程热力学状态连续变化的历程。热力学状态连续变化的历程。l非准静态过程非准静态过程系统经历一系列不平衡状态的过程。系统经历一系列不平衡状态的过程。l准静态过程准静态过程系统经历一系列无限接近平衡状态的系统经历一系列无限接近平衡状态的过程。过程。l准静态过程进行的条件：推动过程的作用无限小。准静态过程进行的条件：推动过程的作用无限小。可逆过程和不可逆过程可逆过程和不可逆过程l可逆过程：系统进行一个热力过程后，能够可逆过程：系统进行一个热力过程后，能够沿原路径逆向回复到初态，而不引起别的变沿原路径逆向回复到初态，而不引起别的变化的热力过程。化的热力过程。l不可逆因素：摩擦、温差传热。不可逆因素：摩擦、温差传热。l不可逆过程：存在自发的变化，从而产不可逆过程：存在自发的变化，从而产生不可复逆影响的过程。（如：摩擦、生不可复逆影响的过程。（如：摩擦、温差传热的影响。）温差传热的影响。）l不可逆过程意味着作功能力的损失。不可逆过程意味着作功能力的损失。熵及温熵图熵及温熵图l熵是一个导出的状态参数，熵的增量等于系熵是一个导出的状态参数，熵的增量等于系统在可逆过程中交换的热量统在可逆过程中交换的热量除以传热时的除以传热时的绝对温度绝对温度T所得的商。所得的商。l同功量的图示相仿，也可用两个独立的状态同功量的图示相仿，也可用两个独立的状态参数参数T,s构成的状态图来表示热量。在构成的状态图来表示热量。在T-s图图上的一点表示一个平衡状态，一条曲线表示上的一点表示一个平衡状态，一条曲线表示一个可逆过程。一个可逆过程。定义为：定义为：对对1kg工质，则有工质，则有：和和理想气体的热力过程理想气体的热力过程 热力过程分析热力过程分析概述概述 工程中，完成热功转换的热力循环都可以工程中，完成热功转换的热力循环都可以被抽象为由定容、定压、定温、绝热和多变过被抽象为由定容、定压、定温、绝热和多变过程构成的。程构成的。假设条件假设条件:理想气体；理想气体；准静态过程准静态过程 讨论的内容：讨论的内容：状态参数的变化关系状态参数的变化关系（p、v、T、s）；过程曲线在过程曲线在p-v 图及图及T-s图上的表示。图上的表示。一、定容过程定容过程比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程过程方程：过程方程：v常量常量过程中状态参数之间的关系：过程中状态参数之间的关系：由：由：可得：可得：定容过程在状态参数坐标定容过程在状态参数坐标图上的表示：图上的表示：二、定压过程定压过程压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程过程方程：过程方程：p=常量常量过程中状态参数之间的关系：过程中状态参数之间的关系：由：由：可得：可得：定压过程在状态参数坐定压过程在状态参数坐标图上的表示：标图上的表示：三、定温过程定温过程温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程过程方程及状态参数之间的关系：过程方程及状态参数之间的关系：定温过程在状态参数定温过程在状态参数坐标图上的表示：坐标图上的表示：四、四、绝热过程绝热过程系统与外界不发生热量交换时所经历的过程系统与外界不发生热量交换时所经历的过程因此有：因此有：对于理想气体：对于理想气体：过程方程过程方程绝热过程在状态参数坐标图上的表示：绝热过程在状态参数坐标图上的表示：五、五、多变过程多变过程各种热力过程，其过程方程式通常都可以表示为下述形式：各种热力过程，其过程方程式通常都可以表示为下述形式：前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例：前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例：多变过程多变过程在状态参数坐标图上的表示在状态参数坐标图上的表示。n顺时针方向增大。顺时针方向增大。两图两图的过程线和区间一一对应的过程线和区间一一对应。dv0,功量为正。功量为正。ds0,热量为正。热量为正。n=0pv0=p=常量常量定压过程；定压过程；n=1pv=常量常量定温过程；定温过程；n=pv=常量常量绝热过程；绝热过程；n=p1/nv=p0v=v=常量常量定容过程定容过程.热力循环和热效率热力循环和热效率l热力循环：工质从初态出发，经过一系列变化又回热力循环：工质从初态出发，经过一系列变化又回到初态的封闭过程，称为到初态的封闭过程，称为热力循环热力循环。（简称循环）。（简称循环）l根据效果不同，将热力循环分为正向循环和逆根据效果不同，将热力循环分为正向循环和逆向循环。把热能转变为机械能的循环称为向循环。把热能转变为机械能的循环称为正向循环正向循环（或热机循环）；依靠消耗机械功而将热量从低温（或热机循环）；依靠消耗机械功而将热量从低温热源传向高温热源的循环叫热源传向高温热源的循环叫逆向循环逆向循环（或热泵循环）（或热泵循环），如制冷机。，如制冷机。l总有一部分热量不能转换为机械能，而以废热总有一部分热量不能转换为机械能，而以废热的形式放给温度较低的环境。实践证明：的形式放给温度较低的环境。实践证明：企图不向企图不向温度较低的环境放热而把高温物体的热能温度较低的环境放热而把高温物体的热能连续地完连续地完全转换全转换为机械能是不可能的为机械能是不可能的。热机吸热热机吸热热机放热热机放热循环净功循环净功热机循环热效率热机循环热效率它说明工质从高温热源吸收的热量有多少转换它说明工质从高温热源吸收的热量有多少转换为功。为功。Q2 但因为但因为 Q2 0，所以，所以 总小总小于于1。制冷机吸热制冷机吸热制冷机放热制冷机放热制冷机耗功制冷机耗功制冷机性能系数制冷机性能系数热泵性能系数热泵性能系数热力学第二定律表达方式：l不可能创造出只从热源吸热做功而不向冷热源放热的热机。l热量不可能自发的从冷物体转移到热物体上。