发动机原理与汽车理论 第1章 发动机原理基础知识

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1、第一章　发动机原理基础知识第一节气体的热力性质第二节热力学第一定律第三节热力学第二定律第四节发动机的循环第五节发动机的性能指标第六节发动机的机械效率第一节气体的热力性质一、基本概念二、基本状态参数三、理想气体状态方程一、基本概念1.工质:实现热能与机械能相互转换的工作物质（气体）。2.热力系统和外界:把作为研究对象的某一宏观尺寸范围内的工质总称为热力系统，如汽缸内的气体；把热力系统以外和热功转换过程有关的其他物体统称为外界，如汽缸体。3.热力状态:把工质在某一时刻所处的宏观状态称为工质的“热力状态”，

2、简称“状态”。工质的热力状态用物理量来描述，这些物理量称为气体的状态参数，如温度、压力和比体积等。4.热力过程:将热力系统中的工质从某一初始状态变化到另一状态所经历的整个过程称为热力过程。开口系统：与外界不仅有能量交换，又有物质交换的系统。封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统。绝热系统：与外界没有热量交换的系统。孤立系统：与外界既无能量交换，也无物质交换的系统。热力系统分类二、基本状态参数气体常用的状态参数有6个，其中温度（T）、压力（p）和比体积（ν）这三个物理量，称基本状态参数。内能（U

3、）、熵（S）、焓（H）。温度温度表示气体的冷热程度。按分子运动论，气体的温度是气体内部分子不规则运动剧烈程度的物理量。气体的温度越高，气体内部分子的平均动能就越大。热力学温度:开氏温度，用符号T表示，单位为开尔文，单位符号为“K”（基本温标)。热力学温度以水的三相点温度为基本定点温度(即水的固、液、气三态共存时的温度)，并规定其温度为273.15K。于是1K就是水的三相点温度的1/273.15。工程上的温度：摄氏温度，用符号t表示，单位符号为“℃”。摄氏温度与开氏温度的关系为：t＝T－273.15注意

4、：只有开氏温度才是状态参数。定义：气体在单位面积容器壁上的垂直作用力,用符号p表示，单位是帕斯卡，简称为帕（Pa）。由于帕很小，工程上常用千帕（kPa）或兆帕（MPa）为单位。1kPa=103Pa1MPa=106Pa压力的表示方法：1.绝对压力：指气体作用在容器壁上的真实压力,用p表示。2.表压力：当气体的绝对压力高于大气压力时，压力表指示的数值就是表压力。表压力等于气体的绝对压力与大气压力p0的差值，用pg表示。其关系式为pg=p-p0。3.真空度：当气体的绝对压力低于大气压力时，真空表测量的数值就

5、是真空度。真空度等于大气压力与气体绝对压力的差值，用pv表示。其关系式为pv=p0－p。注意：只有绝对压力才是状态参数。压力比体积比体积：单位质量的气体所占的体积，称为气体的比体积。用符号v表示，单位为m3/kg。密度：单位体积的气体所具有的质量称为密度，以符号ρ表示，其单位为kg/m3。三、理想气体状态方程理想气体：分子不占体积、分子之间没有吸力的气体。理想气体状态方程式（克拉贝隆方程式）：温度、压力、比体积之间关系式。1ｋｇ理想气体：ｍｋｇ理想气体：式中：V—mkg理想气体的总容积，V=mv。R—

6、气体常数，其数值取决于气体的性质，单位为kJ/（kg·K）。第二节热力学第一定律一、功、热量和内能二、热力学第一定律一、功、热量和内能1．功当气体的压力和容积发生变化时，气体与外界之间相互传递的机械能称之为功，用W表示。单位为焦耳，单位符号为“J”或“kJ”，1kJ=103J。1kg气体容积（即比体积）的微小变化量为:dv=Adx1kg气体对外界所作的微元功为:dw=pAdx=pdv1kg气体对外界所作的功为:若汽缸内的气体为mkg，其总容积V=mv，则mkg气体从状态1变化到状态2对外所作的功为:一

7、、功、热量和内能2．热量热量是由于温度的不同，系统和外界之间穿越边界而传递的能量。热量的国际单位与功一样为焦耳，单位符号为“J”或“kJ”。热量通常用比热来计算。比热是指单位量的物质温度每变化1K时吸收或放出的热量，用符号c表示，即式中：dq——单位量的物质在温度变化dT时吸收或放出的热量。1kg气体的温度变化dT时，吸收或放出的微元热量dq为:dq=cdT1kg气体的温度从T1T2时，吸收或放出的热量q为:mkg气体的温度从T1T2时，吸收或放出的热量Q为:规定:气体从外界吸收热量为正，向外界放出热

8、量为负。注意：功和热量都不是状态参数。一、功、热量和内能3．内能气体的内能是指气体内部所具有的各种能量的总和，由气体分子运动的动能和分子间位能组成。内能是气体的状态参数。对于理想气体，因假设其分子间没有引力，其位能为零，所以其内能仅指其内部动能，它是温度T的单值函数。1kg气体的内能用符号u表示，单位为J/kg或kJ/kg，则u=f（T）1kg气体的温度从T1变化到T2时，其内能的变化量△u为:△u=u2－u1=f（T2）－f（T1）mkg气体的内能用符