内容发布更新时间 : 2024/11/18 23:38:57星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

柴油机—分层混合，?a变化范围大（0~∞），质调节

原因：燃料的理化特性不同。

2-14汽油可以压燃吗？如果可以，汽油压燃有什么优缺点？如果不可以，请说出理由。 解：汽油可压燃。例如稀混合气条件下的汽油匀质混合气压燃HCCI，以实现汽油机的高效低污染燃烧。

2-15影响工质比热容的主要因素有哪些？影响趋势如何？比热容为什么对发动机的动力、经济性有重大影响？

解：影响因素：温度和分子的自由度数。

cp、cV随温度T上升而增加，K随温度T上升而下降。分子自由度(原子数)增大，cp和cV增大，K减小。K越大，cp和cV越小，相同加热量下，工质温升越高，循环热效率高。

2-16 影响残余废气系数?r的主要因素有哪些？为什么汽油机的?r一般比柴油机的大？而增压柴油机的?r很小？

解：影响残余废气系数的主要因素：进排气压力、转速、压缩比、配气相位和排气系统动态特性。汽油机?r偏高是因为ε小，压缩容积大，低负荷时进气节流强使新鲜充量下降；增压柴油机?r小是因为扫气效果强。

2-17燃料燃烧后分子数大于燃烧前分子数的主要原因是什么？为什么汽油机的分子变化系数比柴油机大？

解：柴油机分子系数较小原因：一是由于平均过量空气系数较大，混合气中有较多空气不参与反应；另外，柴油含H量低。

2-18可燃混合气热值有哪几种表示方法？各自的物理意义是什么？哪一种表示方法更能反映工质作功能力的大小？

解：单位质量或单位体积可燃混合气发出的热量(kJ/kg或kJ/m3)。

(Hum)V代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积发出的功率越高(即pme高)。

2-19为什么含氧液体燃料的热值比汽、柴油低得多，但其可燃混合气热值却相差不大？为什么天然气的热值比汽油大，但其可燃混合气热值反而低？ 解：气体烃 H/C高，Hu高，但本身是气体（密度小），加上H燃烧要求空气多，Hum小。

含氧燃料（甲、乙醇）本身含O，Hu低，但需空气也少（l0小），Hum与汽、柴油相近。

2-20氢的可燃混合气热值很低，因此实用上都是向缸内喷射液态氢以提高发动机的有效平均压力，这是不是意味着增大了氢的可燃混合气热值呢？

解：缸内直接喷液态氢提高平均有效压力，相当于增压的效果使混合气的密度上升，每循环的发热量也上升。

2-21 计算并对比汽油、柴油、天然气、乙醇四种燃料的单位kJ发热量对应的CO2产生量。为减少CO2排放量和改善全球温室效应，应如何选择汽车燃料?

解：燃烧释放单位kJ的热量，汽油、柴油、天然气和乙醇分别生成的的CO2质量分别为：

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从以上数据可以看出，四种燃料中，天然气燃烧释放单位kJ的热量所产生的CO2最少，从改善温室效应的角度看，车用燃料应使用天然气。

2-22一台小型3缸涡轮增压车用发动机燃用异辛烷燃料，发动机吸入的空气量为化学计量比空气量的120%。计算此时混合气的：（1）过量空气系数；（2）空燃比；（3）燃空当量比。 解：(1)?α=l/l0=1.2

(2) 异辛烷C8H18 l0=(8/3gc+8gH-go)/0.232=15.1 (3) 空燃比α=?α* l0=15.1*1.2=18.2 (4) 燃空当量比

2-23 一种燃料的组分构成如下：40％（wt）正己烷（C6H14）；30％（wt）异辛烷（C8H18）；25 ％（wt）环己烷（C6H12）；5％（wt）苯（C6H6）。如果燃料混合气的空燃比是17，计算此时混合气的燃空当量比。

解：C6H14完全燃烧的化学反应方程式为：

19C6H14?O2?6CO2?7H2O;

2C8H18完全燃烧的化学反应方程式为：

C8H18?25O2?8CO2?9H2O;2

C6H12完全燃烧的化学反应方程式为：

C6H12?9O2?6CO2?6H2O;

C6H6完全燃烧的化学反应方程式为： 15C6H6?O2?6CO2?3H2O;2

又由O2的摩尔质量为32g/mol，O2在空气中的质量百分比为23.2%，所以1kg该种燃料完全燃烧所需要的理论空气质量为：

32g/mol0.4?1kg190.3?1kg250.25?1kg0.05?1kg15(?????9??)0.23286g/mol2114g/mol284g/mol78g/mol2?14.9895kg;

即该种燃料的化学计量比为l0=14.9895，因而其过量空气系数为：

?a?l17??1.1341,l014.9895

从而可得该种燃料的燃空当量比为：

??

1?a?1?0.8818。1.1341

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2-24 计算由甲醇和汽油组成的混合燃料（甲醇占20％体积，汽油占80%体积）燃烧时所需的化学计量空燃比，以及混合燃料的可燃混合气质量热值和体积热值。假设过量空气系数为1.1，环境温度为293K，环境压力为0.1MPa，汽油密度为0.760kg/L，甲醇密度为0.795kg/L。 解：混合燃料中甲醇的质量分数为：

则汽油的质量比为： g汽油=1-0.207=0.793

混合燃料的化学计量空燃比为：

混合气的单位质量低热值为：

查表取汽油的相对分子质量为107.5，则混合燃料形成的混合气在题目给定条件时的密度为：

所以，单位体积混合气热值为：

2-25 甲烷（CH4）与空气按化学计量比混合并完全燃烧，燃烧产物中只有二氧化碳（CO2）、水（H2O）和氮气（N2），分别计算该燃烧反应在定压和定容条件下的绝热燃烧温度，并分析两者产生差异的原因。假设初始反应状态为标准热状态（298K，101.3kPa），燃烧产物CO2、H2O和N2的定压比热容在绝热燃烧条件下分别取56.21、43.87和33.71kJ/(kmol·K)。 解：(1)

查得各物质生成焓如下：

;

;

;

;

Hreac??reacni?hi?1?(?74870)?2?0?7.52?0??74870J?2??241830?43.87??Tad,p?298??7.52?0?33.71??Tad,p?298?由

(2)

解得，该燃烧反应在定压条件下的绝热燃烧温度为

Hprod??prodnih0f,i?cp,i?Tad,p?298??1??393520?56.21??Tad,p?298?????????

V?pi?pf??Ru?nreacTi?nprodTad,V??8.314?10.52??298-Tad,V?由

解得定容条件

下的绝热燃烧温度为

，这是因为在定容条件下无膨胀功之故。

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第三章

3-1应用工程热力学的公式和曲线对封闭热力学系统热力过程和状态进行分析时，应该满足哪些必要的理想条件？分析发动机的动力过程时，能否满足这些要求？

解：准稳态过程、内部可逆。事实上，虽然导致发动机丧失状态平衡的物理过程很快，但是瞬间恢复平衡的弛豫时间更短。因此，缸内工质可以作准平衡态处理。缸内不可逆因素不可避免，但因不可逆损失值与整个系统对外的热功交换值相比极小，因此发动机缸内可以作内可逆过程处理。

3-2发动机的理论循环、理想循环和真实循环三者之间有何差别？为什么要把发动机的工作循环划分为三种循环进行分析？ 解：（1）理论循环：

工质——理想气体（空气），物性参数(比热比，κ)为常数，不随温度变化；

循环——理想循环；封闭热力循环：系统加热→燃烧放热；系统放热→气体交换(进、排气)；特殊热力过程：绝热压缩和膨胀；等容或等压加热和放热； （2）理想循环：

工质——真实工质； 循环——理想循环； （3）真实循环：

工质——真实工质； 循环——真实循环；

理论循环最简化而又能突出发动机工作过程本质特征，理想循环是理论循环和真实循环之间的中间模型。为了完善循环分析，所以建立了三种模型。

3-3分别在同一张p-V图和T-S图上画出在加热量和压缩比相同条件下的等容循环、等压循环和混合循环，比较它们的循环热效率大小，并说明原因。

解：加热量和压缩比相同条件下. q2,p>q2,s>q2,v?ηt,p<ηt,s<ηt,v。因为压缩比相同时，等容循环的热效率最高。

3-4依据循环理论和汽、柴油机相关参数的实际范围，利用T-S图解释为什么柴油机比汽油机热效率高？

解：从T-S图上可以看到，如果初始条件相同，由于柴油机的压缩比较高，压缩终点的温度也相对较高。高温提高了能量的品质，使总的吸热量/散热量大大降低，因而，柴油机的热效率高。

3-5什么是发动机循环加热的等容度？等容度与等容加热是一回事吗？等容度与预膨胀比是什么关系？为什么提高等容度可以提高循环热效率？

解：混合循环的等容度：各微循环真实压缩比的算术平均值与理论压缩比的比值。等容度反映了真实燃烧加热过程接近上止点等容燃烧加热的程度。等容度不等同于等容加热，等容度与预胀比成反比。等容度越高，各个微循环的真实压缩比就越大，因而每个微循环的热效率就越高，综合的热效率也就越高。

3-6如何计算涡轮增压发动机和机械增压发动机的指示效率ηit和机械效率ηm？两者的ηit和ηm

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