热机
第十四章 内能的利用
一、热机的作用：
燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转变成机械能。从而使机械获得动力。
热机的种类
蒸气机、内燃机、汽轮机、
喷气发动机、火箭等
三、内燃机：
汽油机
柴油机
四、汽油机的工作原理：
几个名词：
1、一个冲程：
2、一个工作循环：
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程。
把这四个冲程称为发动机的一个工作循环。
(1)汽油机
1.内燃机和种类
(2)柴油机
①构造
②工作原理
③汽油机完整工作过程
①构造
②工作原理
汽油机的构造
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
吸气
压缩
做功
排气
内燃机的冲程和工作循环
汽油机工作原理
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
吸气冲程
汽油和空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。
做功冲程
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
柴油机的构造
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
柴油机工作原理
吸气冲程

压缩冲程

做功冲程

排气冲程
吸气冲程
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
做功冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
2.内燃机的启动
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞 机和小型农业机械上面。
3.内燃机的应用
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
想想议议：
汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？
1．基本构造和主要部件的作用相似。
2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3 ．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。
相同点
不同点
1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。
3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。
4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
汽油机的效率：20~30%
柴油机的效率：30~45%
你认为它们的效率比你想象的高？还是低？
你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看！
二、燃料及其热值
燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的不同燃料燃烧放出的热量是不同的。
热值：指单位质量的某种物质完全燃
烧所放出的热量。其符号是q。
热值单位：J/kg, (J/m3)
热值单位：J/kg, (J/m3)
P139一些燃料的热值。

木炭: 3.4×107J/kg
物理意义:1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J

煤气: 3.9×107J/m3
物理意义:1立方米煤气完全燃烧时放出的热量是3.9×107J
计算热量公式：
Q放=mq
(即质量乘以热值)
燃料燃烧释放的能量用来开动热机，这些能量不会全部用来做有用功。
废气带走
机件发热散失
机件摩擦损失
燃料燃烧产生能量
在热机的各种能量的损失中,废气带走的能量最多.
设法利用热机废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
做有用功
燃烧不完全
热机效率：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
蒸气机效率最低：6%~15%；
汽油机效率：20%~30%；
柴油机效率：30%~45%。
例题：把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
解：
Q吸=cm（t-t0） =4200J/(kg·0C)×5kg×600C
=1.26 ×106J；
Q放＝Q吸
m1=Q放/q
= 1.2×106J/(1.2×107J/kg)=0.1kg
再见