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第三節(jié) 熱機效率
1. 有經(jīng)驗的柴油機維修師不用任何儀器,只是靠近柴油機排氣管口觀察和用鼻子聞一下,并將手伸到排氣管口附近感覺一下尾氣的溫度,就能初步判斷這臺柴油機的節(jié)能效果.在同樣負荷的情況下,關(guān)于柴油機的節(jié)能效果,下列判斷正確的是( )
A.尾氣的溫度越高,柴油機越節(jié)能
B.尾氣的溫度越低,柴油機越節(jié)能
C.尾氣的柴油味越濃,柴油機越節(jié)能
D.尾氣的顏色越黑,柴油機越節(jié)能
2. ﹙多選﹚熱機的效率是熱機性能的一個重要指標,下面關(guān)于熱機效率的敘述中不正確的是( ?。?
A.在設(shè)計和制造上不斷
2、改進和革新,以減少各種能量損失,就有可能使熱機的效率達到100%
B.兩輛型號相同的小汽車以相同的速度行駛相同的路程,耗油量小的那輛車效率高
C.熱機如果正確使用、注意保養(yǎng),可提高效率
D.在熱機的各種損失中,廢氣帶走的能量最少,設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施
3. “蝸輪增壓”是目前在各種汽油機和柴油機中采用的一項節(jié)能、提高熱機功率的技術(shù).它是利用熱機排出的廢氣帶動蝸輪旋轉(zhuǎn),先將新鮮空氣壓縮后再送入內(nèi)燃機的進氣口.這樣做的好處是 (選填“增加”或“減少”)排出廢氣所帶走的能量, (選填“提高”或“降低”)內(nèi)燃機的效率。
4. 如圖所示為汽油機做
3、功沖程的示意圖。若某型號單缸四沖程汽油機的活塞直徑為60 mm(面積近似取S=3.0×10-3 m2),活塞沖程長度為L=0.06 m,某種工作狀態(tài)下做功沖程燃氣的平均壓強為p=1.0×106 Pa,活塞以n=
1380次/min做往復(fù)運動,汽油機往復(fù)運動兩次,對外做功一次。
(1)汽油機在此工作狀態(tài)下的功率是多少?
(2)如果此工作狀態(tài)下每分鐘消耗20 g汽油,那么汽油機把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率是多少?(q汽油=4.6×107 J/kg,不計摩擦)
【生活物理】
曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣,他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)
4、動機“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)動機氣缸的工作容積,是指所有氣缸內(nèi)活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動機的“排氣量”越大,功率越大。汽車發(fā)動機每一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程,帶動曲軸轉(zhuǎn)動兩周。
【拓展延伸】
現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機排氣量為1.8 L,最大功率為74 kW,當該發(fā)動機以最大功率工作時,曲軸的轉(zhuǎn)速為5200 r/min。汽油機工作時的最佳空燃比(即空氣和燃油的質(zhì)量比)為14:1,壓縮比是10(即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值)。已知發(fā)動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35 kg/m3,汽油的熱值為4.6×107 J/kg,密度為0.71×103
5、 kg/m3。請計算:
(1)這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率。
(2)發(fā)動機在最大功率時,汽車的最高時速為175 km/h,計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。
參考答案
B
思維點睛:燃燒相同的燃料,有效利用的能量越多,效率越高。
解析:尾氣的溫度高,說明散失的熱量多,柴油機的效率低,反之,柴油機的效率高,即節(jié)能。尾氣的柴油味濃、顏色黑都說明柴油沒有充分燃燒,浪費了燃料,這樣柴油機的效率
就低。
AD
思維點睛:A、C、D可利用熱機效率來分析,熱機效率是有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的總能量之比,熱機工作過程中存在的各種形式的能量損失有:熱機排出廢氣損失能量
6、,克服摩擦做功損失能量,機械吸收能量等。
解析:熱機效率是有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的總能量之比,熱機工作過程中存在各種形式的能量損失,故熱機的效率不可能達到100%,A符合題意。以相同的速度行駛相同的路程,由公式t=s/v可知,其時間相等;型號相同,故功率相同,由公式W=Pt可知,所做的有用功相同,從而可知,耗油量小的那輛車效率高,B不符合題意。熱機如果正確使用、注意保養(yǎng),可以減小能量的損耗,故可提高效率,C不符合題意。在各種熱量損失中,廢氣的溫度很高,帶走的熱量最多,設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施。D符合題意。
減小 提高
解析:在熱機的能量損失中,廢氣帶走了大
7、部分的熱量,“蝸輪增壓”利用熱機排出的廢氣帶動蝸輪旋轉(zhuǎn),充分利用了廢氣帶走的熱量,提高了熱機的效率。
4. 解:(1)推力:F=pS,一次做功:W=FL=pSL=1.0×106 Pa×3.0×10-3 m2×0.06 m=180 J,
功率:P=n=×1380×=2070 W;
【拓展延伸】
(2)汽車以最高時速175 km/h前進100 km所用時間:t=s/v=100 km/(175 km/h)=(4/7)h≈34.3 min,
汽車每行駛100 km的耗油質(zhì)量:m’=0.42 km/min×34.3 min≈14.4 kg,
汽車每行駛100 km的耗油體積:V’= m’/ρ=14.4 kg/(0.71 kg/L)≈20.3 L。