第十四章內(nèi)能的利用
第一節(jié)熱機(jī)
1.內(nèi)燃機(jī)
熱機(jī)的定義:利用內(nèi)能來做功的機(jī)器。
熱機(jī)的能量轉(zhuǎn)換:內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
熱機(jī)的種類:蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)(汽油機(jī)和柴油機(jī))、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等
四沖程內(nèi)燃機(jī)包括四個沖程:吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。
內(nèi)燃機(jī)的工作過程(圖14.1-4):在這四個階段,吸氣沖程、壓縮沖程和排氣沖程是依靠飛輪的慣性來完成的,而做功沖程是內(nèi)燃機(jī)中對外做功的沖程,是由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。另外壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
沖程進(jìn)氣門排氣門活塞運動方向缸內(nèi)溫度飛輪轉(zhuǎn)速能量轉(zhuǎn)化
吸氣打開關(guān)閉向下
壓縮關(guān)閉關(guān)閉向上升高減慢機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
做功關(guān)閉關(guān)閉向下降低加快內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
排氣關(guān)閉打開向上
汽油機(jī)和柴油機(jī)的比較:
汽油機(jī)柴油機(jī)
不
同
點構(gòu)造頂部有一個火花塞頂部有一個噴油嘴
燃料汽油柴油
吸氣沖程吸入汽油與空氣的混合氣體吸入空氣
點燃方式點燃式壓燃式
效率低高
應(yīng)用小型汽車、摩托車載重汽車、大型拖拉機(jī)
相
同
點沖程:活塞在往復(fù)運動中從汽缸的一端運動到另一端。
一個工作循環(huán)活塞往復(fù)運動2次,曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動2周,經(jīng)歷四個沖程,做功1次。
第二節(jié)熱機(jī)的效率
熱值
定義:1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量,叫做這種燃料的熱值。
單位:固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克(J/kg)、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米(J/m3)。
熱值是燃料本身的一種特性,只與燃料的種類有關(guān),與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積無關(guān)。
公式:Q放=qm、Q放=qV
①Q(mào)——放出的熱量——焦耳(J);q——熱值——焦耳每千克(J/kg);m——燃料質(zhì)量——千克(kg)。
②Q——放出的熱量——焦耳(J);q——熱值——焦耳每立方米(J/m3);V——燃料體積——立方米(m3)。
酒精的熱值是3.0×107J/kg,它表示:1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J。
煤氣的熱值是3.9×107J/m3,它表示:1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9×107J。
火箭常用液態(tài)氫做燃料,是因為:①液態(tài)氫的熱值大;②液態(tài)氫的體積小,便于儲存和運輸。
2.燃料的有效利用、熱機(jī)的效率
燃料燃燒,使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
在實際應(yīng)用中,燃料很難完全燃燒,所以放出的熱量比實際計算出的要少。另外,放出的熱量又很難得到全部有效利用,總會有一部分熱量損失。例如,用蜂窩煤燒水時,熱量損失的部分包括:①未完全燃燒的部分;②高溫?zé)煔鈳ё叩臒崃浚虎郾蝗萜、爐具、周圍空氣等吸收的熱量。
有效利用燃料的一些方法:把煤磨成粉末狀、用空氣吹進(jìn)爐膛(提高燃燒的完全程度)
以較強(qiáng)的氣流,將煤粉在爐膛里吹起來燃燒(減少煙氣帶走的熱量)
熱機(jī)的效率:熱機(jī)用來做有用功的那部分能量和完全燃燒放出的能量之比叫做熱機(jī)的效率。
公式:
提高熱機(jī)效率的途徑:①使燃料充分燃燒,盡量減小各種熱量損失;②機(jī)件間保持良好的潤滑,減小摩擦。
常見熱機(jī)的效率:蒸汽機(jī)6%~15%、汽油機(jī)20%~30%、柴油機(jī)30%~45%
第三節(jié)能量的轉(zhuǎn)化和守恒
1.我們接觸過以下形式的能量:機(jī)械能、內(nèi)能、光能、化學(xué)能、電能
2.動能和勢能屬于機(jī)械能,“動能或勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量”的說法是錯誤的。
3.能量守恒定律:能量既不會憑空消滅,也不會憑空產(chǎn)生,它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為為其他形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。
4.判斷能量的轉(zhuǎn)化,要看能量大小的變化。在某一現(xiàn)象中,如果一種形式的能量在減小的同時,引起另一種形式的能量增大,那么就可以確定這種形式的能量轉(zhuǎn)化成了另一種形式的能量。
5.若發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移,必有一物體能量減少,另一種物體能量增加,并且能量的形式不變。
6.熱傳遞的過程是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程,內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少等于吸收或放出熱量的多少。
7.火箭上升時,機(jī)械能增加,內(nèi)能增加。
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