第十四章內(nèi)能的利用 第一節(jié)熱機(jī) 第一節(jié)熱機(jī) 熱能除了帶給人類(lèi)溫暖以外 還能做什么呢 試管中的蒸汽將軟木塞推出去 軟木塞獲得了動(dòng)能 蒸汽的內(nèi)能減少 一熱機(jī) 1定義 將由燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器 統(tǒng)稱(chēng)為熱機(jī) 2熱機(jī)的種類(lèi) 蒸氣機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 汽輪機(jī) 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 等 蒸汽機(jī) 燒水到沸騰時(shí) 冒出的蒸汽會(huì)沖開(kāi)壺蓋 人們發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)蒸汽推動(dòng)機(jī)械 瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后 1807年 美國(guó)人富爾把瓦特的蒸汽機(jī)裝在輪船上 從此 航運(yùn)中的帆船時(shí)代結(jié)束了 1814年 英國(guó)人史蒂芬把瓦特的蒸汽機(jī)裝在火車(chē)上 陸路運(yùn)輸?shù)男聲r(shí)代開(kāi)始了 汽輪機(jī) 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 鍋爐 給水泵 熱源 冷卻海水 冷凝器 火力發(fā)電廠工作原理 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) 二內(nèi)燃機(jī) 1定義 燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的熱機(jī) 2分類(lèi)常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī) 汽油機(jī)柴油機(jī) 1 汽油機(jī) 2 柴油機(jī) 構(gòu)造 工作原理 汽油機(jī)完整工作過(guò)程 構(gòu)造 工作原理 內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一種 分為汽油機(jī)和柴油機(jī) 汽油機(jī)的構(gòu)造 火花塞 氣缸 進(jìn)氣門(mén) 活塞 連桿 排氣門(mén) 曲軸 1 汽油機(jī)的構(gòu)造 觀察圖回答汽油機(jī)的主要構(gòu)造有 主體是 內(nèi)有 它通過(guò)與相連 上部有和 頂部有 汽缸 活塞 連桿 曲軸 進(jìn)氣門(mén) 排氣門(mén) 火花塞 2 工作原理讓燃料在汽缸中燃燒 生成高溫高壓的燃?xì)?推動(dòng)活塞做功 使內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 吸氣 壓縮 做功 排氣 內(nèi)燃機(jī)的沖程和工作循環(huán) 吸氣沖程 汽油和空氣 進(jìn)氣門(mén)打開(kāi) 排氣門(mén)關(guān)閉 活塞由上端向下端運(yùn)動(dòng) 汽油和空氣組成的燃料混合物從進(jìn)氣門(mén)吸入氣缸 壓縮沖程 進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉 活塞向上運(yùn)動(dòng) 燃料混合物被壓縮 壓強(qiáng)增大 溫度升高 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 做功沖程 在壓縮沖程末尾 火花塞產(chǎn)生電火花 使燃料猛烈燃燒 產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng) 并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 排氣沖程 燃燒后的廢氣 進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉 排氣門(mén)打開(kāi) 活塞向上運(yùn)動(dòng) 把廢氣排出氣缸 內(nèi)燃機(jī)不能自行啟動(dòng) 開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 要靠外力使飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái) 由曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng) 以后內(nèi)燃機(jī)才能自己工作 內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng) Qiyouji工熱機(jī) swf作 在一個(gè)工作循環(huán)中有四個(gè)沖程 活塞往復(fù)兩次 曲軸轉(zhuǎn)兩周 飛輪轉(zhuǎn)兩周 對(duì)外做一次功 汽油機(jī)的工作過(guò)程 以一個(gè)工作循環(huán)為單元 沖程 活塞從一端運(yùn)動(dòng)到另一端叫做一個(gè)沖程 根據(jù)觀察回答 汽油機(jī)工作過(guò)程中 四個(gè)沖程的氣門(mén)關(guān)閉情況 活塞的運(yùn)動(dòng)方向 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈 如果有能量轉(zhuǎn)化 說(shuō)處具體的轉(zhuǎn)化過(guò)程 點(diǎn)火方式是什么 汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過(guò)程 柴油機(jī)的構(gòu)造 噴油嘴 進(jìn)氣門(mén) 活塞 連桿 排氣門(mén) 氣缸 曲軸 柴油機(jī)工作原理 吸氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程 吸氣沖程 空氣 進(jìn)氣門(mén)打開(kāi) 排氣門(mén)關(guān)閉 活塞由上端向下端運(yùn)動(dòng) 將空氣吸進(jìn)氣缸 壓縮沖程 進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉 活塞向上運(yùn)動(dòng) 活塞把空氣壓縮得很小 空氣的壓強(qiáng)更大 溫度更高 在壓縮沖程末 缸內(nèi)空氣溫度已超過(guò)柴油的著火點(diǎn) 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 做功沖程 在壓縮沖程末 從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒 產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng) 并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 排氣沖程 燃燒后的廢氣 進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉 排氣門(mén)打開(kāi) 活塞向上運(yùn)動(dòng) 把廢氣排出氣缸 3 內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用 汽油機(jī)比較輕巧 常用在汽車(chē) 飛機(jī)和小型農(nóng)業(yè)機(jī)械上面 1 汽油機(jī)的應(yīng)用 2 柴油機(jī)的應(yīng)用 柴油比較便宜 但柴油機(jī)比較笨重 主要用在載重汽車(chē) 拖拉機(jī) 坦克上面 想想議議 汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過(guò)程有什么相同點(diǎn) 有什么不同點(diǎn) 汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn)比較 返回 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 1 基本構(gòu)造和主要部件的作用相似 2 每個(gè)工件循環(huán)都經(jīng)歷四個(gè)沖程 吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程 3 四個(gè)沖程中 只有做功沖程對(duì)外做功 其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成 4 一個(gè)工作沖程中 活塞往復(fù)兩次 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周 做功一次 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 1 構(gòu)造不同 汽油機(jī)氣缸頂有火花塞 而柴油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴 2 燃料不同 汽油機(jī)的燃料是汽油 而柴油機(jī)的燃料是柴油 3 吸氣不同 汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣的混合氣體 柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣 4 點(diǎn)火不同 汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式點(diǎn)火 柴油機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火 內(nèi)燃機(jī) 燃料在氣缸內(nèi)燃燒的熱機(jī) 汽缸為星型排列的老式飛機(jī)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 三 熱機(jī)中能量的轉(zhuǎn)化 化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 燃料 做功 汽油機(jī)的效率 20 30 柴油機(jī)的效率 30 45 你認(rèn)為它們的效率比你想象的高 還是低 你猜想 汽油機(jī) 柴油機(jī)的效率大約是多少 猜猜看 熱機(jī)的效率 熱機(jī)的效率 熱機(jī)所做的做有用功那和燃料完全燃燒放出的熱量之比 叫熱機(jī)的效率 燃料的不完全燃燒 氣缸部件吸熱后的熱量散失 廢氣帶走的熱量和克服摩擦做功而消耗的能量 都是引起能量損失的原因 因此 提高熱機(jī)效率 可提高燃料的利用率 熱機(jī)中能量的轉(zhuǎn)化 第一沖程 進(jìn)氣門(mén) 排氣門(mén) 活塞由汽缸最向運(yùn)動(dòng) 和的混合物從被吸入汽缸 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到汽缸的最下端 關(guān)閉 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈 第二沖程 進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén) 活塞由汽缸最向運(yùn)動(dòng) 燃料的混合物被 汽缸內(nèi)溫度 氣壓 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈 在此過(guò)程中 轉(zhuǎn)化 吸氣沖程 打開(kāi) 關(guān)閉 上端 下 汽油 空氣 進(jìn)氣門(mén) 進(jìn)氣門(mén) 半 都關(guān)閉 下端 上 壓縮 升高 增大 半 機(jī)械能 內(nèi)能 壓縮沖程 第三沖程 在壓縮沖程末 火花塞產(chǎn)生電火花 點(diǎn)燃式 燃料混合物劇烈燃燒 產(chǎn)生的燃?xì)?推動(dòng)活塞由汽缸向運(yùn)動(dòng) 并通過(guò)連桿驅(qū)使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈 在此沖程中 轉(zhuǎn)化 第四沖程 進(jìn)氣門(mén) 排氣門(mén) 活塞由汽缸最向運(yùn)動(dòng) 把廢氣排出汽缸 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到汽缸的最上端 關(guān)閉 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈 做功沖程 高溫高壓 下 半 內(nèi)能 機(jī)械能 排氣沖程 關(guān)閉 打開(kāi) 下端 上 排氣門(mén) 半 小結(jié) 汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)包括沖程 活塞往復(fù)次 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈 做功次 有次能量轉(zhuǎn)化 汽油機(jī)工作的四個(gè)沖程中 只有燃?xì)鈱?duì)外做功 其他三個(gè)沖程都是輔助沖程 要靠安裝在曲軸上的來(lái)完成 必須靠外力來(lái)啟動(dòng) 做功沖程 飛輪的慣性 4 2 2 1 2 提高熱機(jī)效率的途徑和方法 l 盡可能減少各種熱損失 保證良好的潤(rùn)滑 減少因克服摩擦所消耗的能量 2 充分利用廢氣的能量 提高燃料的利用率 如利用熱電站廢氣來(lái)供熱 這種既供電又供熱的熱電站 比起一般火電站來(lái) 燃料的利用率大大提高 1 四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程由 四個(gè)沖程組成的 2 四沖程汽油機(jī) 由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是 沖程 做功沖程是 能轉(zhuǎn)化為 能 3 汽油機(jī)吸入汽缸的是 點(diǎn)火方式是 柴油機(jī)吸入汽缸的是 點(diǎn)火方式是 4 某四沖程汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是3600R min 則它每秒鐘對(duì)外做功 次 課堂練習(xí) 5 壓縮沖程混合氣體內(nèi)能增大的原因是什么 6 做功沖程中 氣體的內(nèi)能如何轉(zhuǎn)化 為什么被稱(chēng)為做功沖程 7 在吸氣沖程 壓縮沖程 排氣沖程活塞為什么會(huì)運(yùn)動(dòng) 8 排氣后 下一個(gè)工作過(guò)程是什么沖程 9 當(dāng)燃油還沒(méi)有燃燒做功的時(shí)候 活塞是怎樣動(dòng)起來(lái)的 答 混合氣體爆發(fā)性燃燒 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體迅速膨脹 推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng) 內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 答 活塞壓縮混合氣體做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌蠚怏w的內(nèi)能 答 在做功沖程 飛輪獲得足夠的動(dòng)能而高速轉(zhuǎn)動(dòng) 在吸氣 壓縮 排氣三個(gè)沖程中 活塞的運(yùn)動(dòng)都是靠飛輪的慣性來(lái)完成的 答 吸氣沖程 答 通常是先接通了啟動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 用啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)活塞動(dòng)起來(lái) 也可用手柄 人工搖動(dòng)手柄帶動(dòng)活塞起動(dòng) 課堂練習(xí) 提高熱機(jī)效率的途徑 1 熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo) 如 兩輛排量相同的小汽車(chē) 以相同的速度行駛相同的路程 耗油少的那輛 汽油機(jī)的效率高 性能好 2 在設(shè)計(jì)和制造上 要不斷改進(jìn)和革新 以減少各種能量損失 提高效率 例如 在使用上要正確使用 注意保養(yǎng) 在熱機(jī)的各種損失中 廢氣帶走的能量最多 設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施 知識(shí)回顧 如圖所示在一個(gè)試管中裝一些水 用軟木塞塞緊 對(duì)試管加熱使水沸騰 會(huì)看到什么現(xiàn)象 說(shuō)明什么問(wèn)題 新課引入 將燃料燃燒時(shí)放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器統(tǒng)稱(chēng)為熱機(jī)