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 下载本文

解:a)先判断工作循环类型:假设为理论Diesel循环,则:

Pc?PaVaTc?Pa?k?0.1?171.4?5.3MPa?9.5MPa VcTa所以,该工作循环类型为混合循环。

B)略

C)求峰值温度: Q?cv(Tz??Tc)?cp(Tz?Tz?) 其中,

cv?1RkR?0.717kJ/kgK, cp??1.004kJ/kgK

k?1Mk?1M ??Pz?9.5(k?1)?1655K,Tc?Ta?(k?1)?919K ??1.8,Tz???Ta?Pc5.3所以求得: 峰值温度Tz?3241K 求效率:

??VzTz??1.96 Vz?Tz?1(??k?1)?64%

[(??1)?k?(??1)]故效率:?t?1??(k?1)17、依据下列条件,确定思考题16的工作循环的exergy(火用)损失:a) 没有膨胀到大气压力;b) 没有膨胀到大气温度。在p-V图和T-s图上指出不同损失的区域,并计算膨胀到大气压力和膨胀到大气温度的热效率。 解:a)b):

(1)计算膨胀到大气压力的热效率: (参考教材61页图)

b?a过程为等压放热过程:

?1Tb?Pb?kk1(??k?1)?(),得到?t?1?(k?1)由?92.2%Tb??880K, TzPz???[(??1)?k?(??1)]因而,

Vb?Tb?880???3 VaTa296Vb??3??51 从而,???Vc所以?t?1?1??(k?1)(??k?1)?76.7%

[(??1)?k?(??1)](2)计算膨胀到大气温度的热效率: (参考教材61页图)

bb??为等熵绝热膨胀过程,b??a为等温过程:

Tb?Vb??k?1?(),得到Vb???15.2Vb??15.2?3Va?775.2Vc 由

VbTb??Vb???775.2 从而,????Vc所以?t?1?

1???(k?1)(??k?1)?92.2%

[(??1)?k?(??1)]第四章

1、什么是内燃机的换气过程?合理组织换气过程的目的是什么?

答:发动机排出废气和充入新气(空气或可燃混合气)的全过程叫气体交换(换气)过程。 合理组织换气过程应达到下述四个目的: 1).保证标定工况和全负荷条件下,吸入尽可能多的充量,以获得更高的输出功率和转矩。这就是提高充量系数

?c的问题,也是换气过程的中心问题。

2).保证多缸机各缸的循环进气量的差异不超出应有的范围,以免对整机性能产生不利影响。这就是多缸机各缸进气不均匀性问题。 3).应尽量减小不可避免的换气损失,特别是占最大比例的排气损失。 4).进气后在缸内所建立的流场(旋流场与湍流场),应能满足快速合理燃烧的要求。 2、画出四冲程自然吸气汽油机的低压换气过程p-V图,标出进排气相位角的位置。比较大负荷(用实线标出)与小负荷(用虚线标出)时的换气损失,说明在膨胀损失、排气损失以及进气损失等方面的不同。

答:四冲程自然吸气汽油机的低压换气过程p-V图如下所示:

实线为节气门全开,虚线为节气门部分开启的过程线。b’为排气门早开点的位置,r’为排气门晚关点的位置,d为进气门早开点的位置,a’为进气门晚关点的位置。 膨胀损失:大负荷下气缸内的可燃混合气较多,气缸内的气体压力大,在同样的排气门提前角下,排出的气体较多,气体压力降低更多,膨胀做功减少更多,也就是膨胀损失更大;小负荷则相反。 排气损失:自由排气阶段,大负荷下缸内气体压力大,排气阻力也大,因而排气损失较大;强制排气阶段,无论大小负荷,气缸内气体压力都与大气压力差别不大,由于大负荷在自由排气阶段的排气速度较快,由于气体惯性,气缸内压力下降更多,因此大负荷的强制排气损失较小。 进气损失:由于小负荷下节气门部分开启,因此进气损失远大于大负荷时的进气损失。 因此,总的来说,小负荷下的换气损失比大负荷大。

3、自由排气与强制排气有何本质差别?简述超临界、亚临界和强制排气三个阶 段中影响排气流量的主要因素。可以采取哪些措施来提高排气流量? 答:本质差别正如字面所言,在排气过程中不必依靠活塞强制将废气推出则为自由排气阶段,此时缸内压力很大;必须依靠活塞上行强制排气为强制排气阶段,此时缸内压力大大降低。在超临界和亚临界阶段中,由于是自由排气,缸内压力与排气管气门端的压力差是影响排气流量的主要因素,同时受到气门流通面积的影响;强制排气阶段主要受气门流通面积的影响。提高气门的流通面积可以提高排气流量。

4、进气和排气为什么要早开晚关?四个相位角中,哪两个最为重要?对发动机性能有何影响?气门重叠的作用是什么?比较汽油机和柴油机、增压机与非增压机气门重叠角的大小,并说明原因。

答:排气早开,为了减小排气阻力和排气损失,使排气顺畅,间接增加充气量;排气晚关,为了利用排气惯性,增加排气量;进气早开,增大进气初期的气流通过面积,减小进气阻力,增加进气量;进气晚关,利用进气惯性,增大进气充量。

四个相位角中,进气晚关和排气早开最为重要。前者影响进气充量,后者 影响换气损失。

汽油机对进气早开比较敏感,废气进入进气管,低负荷时,进气管内真空度加大,更易出现回火现象,重叠角一般均小于40°;非增压柴油机,由于冲入气缸的是空气不是混合

气,新气排出和废气倒入进气管的影响不大,低负荷也没有进气管真空度大的现象,重叠角一般约60°;增压柴油机,进气门外的压力高于排气背压,重叠期间出现“扫气”,既可以扫除更多废气,降低残余废气系数,增加充气量,又可以冷却高温部件,降低热负荷和燃烧室壁温,重叠角一般比较大,约80°~160°。

5、充量系数φc是如何定义的?若利用体积大小来定义,所涉及的体积是何含义? 答:φc定义为每缸每循环吸入缸内的新鲜空气量ma与按进气系统前状态计算而得到的理论充气量?sVs的比值,?s为大气密度(自然吸气机型)或压气机增压空气密度(增压机型)。 ?c?mam,如果将ma化为标准状态下所占的当量体积V1?a,则φc可以表示为

?s?sVs?c?V1。 Vs6、影响稳定条件下内燃机充量系数的主要因数有哪些?如何影响解:

?c?

KTR?c?ass(??1)ps?ps??pa??p?pr????????

R(T??T)RTa?sa?r?r???如果把进气看为稳流过程,则?pa就?pa—大气压力与进气冲程下止点时缸内压力的压差,

是进气系统流动的总压力损失。

?Ta?—进气过程中进入缸内空气的温度上升值。

?p?—由进气下止点到进气们晚关点的压力升值。

因数:

1. 沿程流动阻力对充量系数的影响

它是通过影响?pa,来影响?c的大小。包括有:沿程损失和节气们引起的局部损失;进气旋流和气道阻力;气门口的阻力损失。 2. 进气温升?Ta?对?c的影响

进气工质的温升?Ta?加大,必然降低缸内工质的密度,从而降低?c值。 3. 进、排气相位角对?c的影响

进、排气晚关角影响系数?及?,进气晚关角加大,?下降,但?p?上升;排气晚关角加大,?上升,而pr?却下降。这表明对?c而言,存在最有利的进、排气晚关角。