发布时间 : 星期日 文章清华大学发动机原理思考题答案第一至四及十章十一章（仅供参考） - 图文更新完毕开始阅读
答：采用真实工质时将有以下两方面的影响：
一：循环过程中成分是变化的，包括压缩过程中是空气，燃料蒸汽，残余废气三者的混合气，而膨胀过程中是废气，空气的混合气。
二：工质的热力参数随温度、分子结构及混合气浓度等变化。 具体影响是：
1）比热容比热容cv, cp= f（T, 分子结构）ΔQv=cv×ΔT，ΔQp=cp×ΔTT↑→cv和cp↑→k↓→ΔT↓→ηt ↓多原子分子↑→cv和cp↑→k↓→ΔT↓→ηt↓即：真实工质k ＜理想工质k →真实工质ηt↓例如：柴油机κ>汽油机κ；稀薄燃烧κ>化学计量比燃烧κ 2）高温热分解 高温热分解
高温时，原子间的结合力减弱，产生热分解（吸热过程）CO2→CO+O2H2O→H2+O2低温膨胀及排气时，反向燃烧放热。因此，燃烧放热时间拉长→等容度↓→ηt ↓* T越高，p越小→热分解越严重，因此，汽油机热分解＞柴油机热分解 3）工质分子变化系数 工质分子变化系数
液体燃料发动机燃烧后，μ>1，p和ηt↑气体燃料发动机燃烧后，μ<1，p和ηt ↓（气体燃料分子计入燃前分子总数）总的来说，μ的影响不大4）过量空气系数过量空气系数φa<1，未燃碳氢↑→多原子↑→T↑→k↓→ηt ↓φa>1，空气↑→单双原子↑→T↓→k↑→ηt ↑w
汽油机与柴油机理想循环热效率的比较
考虑真实工质特性后，汽、柴油机热效率差距加大：
1）高负荷高负荷??油机φa > 汽油机φa →柴油机ηt> 汽油机ηt??油机混合气浓，等容度高，Tmax↑残余废气↑→k↓，热分解↑→汽油机ηt↓??油机μ> 柴油机μ，但影响不大
2）低负荷低负荷??油机φa更小，而柴油机φa 更大→汽油机ηt↓↓??油机φr↑，柴油机φr不变，汽油机k↓，燃烧速度↓→汽油机ηt↓??油机高低负荷温差小→汽油机ηt↓
8、什么是相对热效率ηrel？引入ηrel有何现实意义？
答：相对相对热效率是指真实循环的指示效率与理想循环热效率之比。 它反应了实际发动机指示效率接近理想水平的程度。
9、真实循环比之理想循环，多增加了哪些损失项目？这些损失是怎样产生的？
答：工质向外传热的损失、燃烧提前的损失及后燃损失、换气损失、不完全燃烧损失、缸内流动损失、工质泄漏的损失。
实际压缩、燃烧和膨胀过程中，工质都会与周边进行热交换，而不是理想的绝热过程，由此引起传热损失。
实际着火燃烧过程总要持续一段时间，不存在理想的等容燃烧，燃烧始点要略为提前，由此引起燃烧提前时间损失。同时，由于高温热分解等作用，压力不会陡然下降，燃烧也要拖延一段时间才能结束，这就出现后燃损失。
实际循环换气过程造成的做功损失即换气损失，包括排气门提前开启造成自由排气损失，和进、排气过程中的泵气损失。
燃料、空气混合不良，燃烧组织不善而引起的燃料热值不能完全释放的损失为不完全燃烧损失。
压缩即燃烧、膨胀过程中，缸内气流（涡流与湍流）形成缸内流动损失。
工作过程中，工质通过活塞环向外泄漏是不可避免的，由此形成工质泄漏的损失。 10、为什么会出现燃烧的时间损失？实际燃烧着火点的早晚对这一损失有何影响？有什么规律性？
答：由于实际着火燃烧过程总要持续一段时间，不存在理想的等容燃烧，所以燃烧始点要比上止点略微提前一些，这样才能保证更接近上止点燃烧，获得较高的等容度。由此引起的做工损失称为燃烧提前损失。同时，由于高温热分解等作用，压力不会陡然下降，燃烧也要拖延一段时间才能结束，这就出现了后然损失。 时间损失的多少与实际燃烧始点的相位密切相关。 汽油机通过调整点火提前角，柴油机则通过调整供油提前角来控制这一位置。任何工况都存在最佳提前角，此时，时间损失并不大，但当提前角选择不当，实际燃烧始点过早或者过晚时都会性能恶化。
11、机械损失是由哪几部分组成的？每部分损失的特点及其起主要作用的因素是什么？ 机械损失组成及特点：
（1）机械摩擦损失:机械摩擦损失（50％～80％）,活塞组件、轴承、气门机构等;
（2）附件驱动消耗:附件驱动消耗（～10％）,水泵、机油泵、燃油泵、点火装置等运转必不可少的辅助机构;
（3）泵气损失:泵气损失（5％～40％）。 起主要作用的因素：
1、 转速（活塞平均速度）的影响
所有机型的机械效率都随转速或活塞平均速度的上升而下降。 2、 负荷的影响
根据机械效率的定义，?m?1?Pm，必然是负荷P怠速时?m?0。?m越低。e越小，
(Pe?Pm)虽然负荷减小时，缸内压力下降，会使活塞及轴承摩阻力下降，但比之前者的影响几可略去。
增压机型与非增压的原型相比，虽然Pm值因气缸压力上升以及增压器的机械损失而略有增加，但因Pe值上升很多，?m值仍比原型高。由此推论，增压中冷使进气温度下降，
Pe上升更大，?m会更提高。
3、 润滑条件的影响
机件相对运动的摩擦损失占总机械损失的大部分，因此，改善机械相对运动面上的润滑
条件对?m值有很大的影响。
12、简述各种机械损失测定方法的原理和适用范围。为什么说除示功图法外，其余三种方法都不可避免地将泵气功包括在测定值之内？ 1． 示功图法
原理：直接在示功图商测算出净指示功Wi，再减去台架上测算得的We，即可求出Wm和?m。 适用范围：研究及开发工作 2． 倒拖法
原理：在电力测功机试验台商，先使被测发动机按测试工况运行到正常稳定状态，水温，油温等指标都达到正常要求，然后迅速断油（柴油机）或切断点火（汽油机），立即将测功电机转为电动机运行，反拖发动机到同样转速。这样测得的反拖功率就是所求的机械损失功率。 适用范围：汽油机
3． 灭缸法
原理：设N缸发动机正常运转时，测出有效功率为Pe。然后其第i缸灭火（停止点火或断油），并在相同转速下测定工作的N-1个汽缸的有效功率为（Pe）-i。此时认为，总机械损失功率Pm并未改变，于是灭缸后所减少的输出功率量，只是被灭缸的指示功率。
Pm?(N?1)Pe??(pe)?i
i?1N适用范围：多缸机，广泛适用。 4． 油耗线法 原理：发动机在转速不变时测定出整机耗油率随负荷的变化曲线，然后将此线外延到与横坐标相交的a点，则图上a0之值就是所求机械损失值。a点是发动机停机不耗油的全反拖点，0点是怠速点。
适用范围：柴油机中低负荷
倒拖法 因为用电动机倒拖发动机测定功率时，发动机是工作在正常稳定状态，所以测得的损失功必然包括泵气损失功。
灭缸法 灭缸法本质上也是倒拖法，只是用其他缸的动力来反拖被灭的那一缸而已，所以损失功必然包括泵气损失功。
油耗线法 a0值是全反拖点的平均有效压力与怠速点的平均有效压力差，必包括泵气损失在内。
13、内燃机的转速（活塞平均速度）和负荷大小，对平均机械损失压力pmm和机械效率的影响如何？有何规律？为什么？
平均机械损失压力与机械效率成正比，讨论转速和负荷对机械效率的影响就可以了。
转速：所有机型的机械效率都随转速的上升而下降。因为转速上升时1。各摩擦副相对速度增加，摩擦阻力加大2。曲柄连杆活塞等运动件的惯性力加大，活塞侧压力及轴承负荷上升，摩擦阻力加大3。泵气损失加大4。辅助机械的摩擦阻力和所需功率增加5。缸内压力上升，引起摩擦阻力加大，但由于某些相位时，作用于活塞的缸内压力与惯性力有相互抵消作用，情况较为复杂。上述各项因素都使机械效率随转速上升而呈下降趋势。
负荷：根据机械效率的定义，负荷越小，机械效率越小。在低负荷时，机械效率很低，随负荷增大，机械效率增大，且增大的速度逐渐变小。
14、简述内燃机废气及废热（冷却水带走部分）能量再利用的方式。在目前内燃机循环条件下，采用何种方式可得到最高的ηet值？ 答：1、废气再利用方式主要有： a、 废气涡轮增压 η
et
可提高5－10个百分点。
b、 复合式发动机
实质上是膨胀过程在发动机外的继续。 c、 余热发电 热电池
2、冷却水热量利用 a、 提高冷却水温
η可提高1－5个百分点，但是影响最大功率
et
b、 低散热发动机
采用高温陶瓷隔热，η可提高4－6个百分点
et
c、 动力（电）－热联合系统 总能源利用率可达到80％ 3、η提高方式
et
由上面的途径看出，废气涡轮增压是目前我们的最佳选择。
15、一台高性能四冲程火花点火发动机的排量是875cm3，压缩比为10:1，指示效率是理想空气Otto理论循环效率的55％。在8000r/min时，发动机的机械效率是85％，充量系数0.9，空燃比13:1，燃料低热值44MJ/kg。空气在20oC和1bar环境下吸入气缸。计算发动机的：a）有效效率和比油耗；b）空气流量、功率和平均有效压力。 解： a）
Otto理论循环效率：?t?1?1???1?1?1?60.19%
101.4?1所以指示效率：?it?55%?t?55%?60.19%?33.1% 所以有效效率：?et??it?m?33.1%?85%?28.14% 有效比油耗：be?b）
111000g???290.8g/(kWh)
44?etHu28.14%?44MJ/kg28.14%?kWh3.680000.9?875?10?6?105?1??Vpin60?0.0625kg/s 空气流量：Aa?2css?2?8.314RsTs??(273?20)?429?10?3?1??al0??Hu??etAaHu?etAaHuPe??etGmHum??etAa???????al0???al0??1??al0?有效功率：
628.14%?0.0625?44?10??59527W?59.53kW13平
均
有
效
压
力
：
pme??2inVsPe?4?59527?1.02?106Pa?1.02MPa
80002?1??875?10?66016、某一柴油机的工作循环热力参数及相关参数如下： 压缩开始时的气缸压力 p1 = 0.1 MPa 最大爆发压力 pmax = 9.5 MPa 压缩开始时的温度 T1 = 296 K
在燃烧期加入的总热量 q1 = 2120 kJ/kg 压缩比 ε
工作介质的摩尔质量 M = 28.97 kg/kmol 比热比 κ= 1,4
a) 确定该理论工作循环的类型；b) 在p-v图和T-s图上画出该过程；c) 计算循环的峰值温度和效率。