发布时间 : 星期二 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4cde894bb7360b4c2e3f647a
12?612?812?612?6gC?(?0.4??0.3??0.25??0.05)?0.85kg12?6?1412?8?1812?6?1212?6?6 该燃料中，H原子含量为：gH?1?gC?0.15kg
所以，1kg该燃料完全燃烧需要空气量为：
l0?18(gC?8gH?gO)?14.9kg 0.2323l014.9??0.88 l17由题意，燃料的空燃比是17，因而1kg该燃料实际燃烧需要空气量为17kg，
所以，
燃空当量比(Equivalence ratio)=1/?a?16、计算四冲程火花点火甲醇（CH3OH）发动机完全燃烧时所需空气量和体积混合气热值。假设：
过量空气系数 1.05 混合气压力 0.1 MPa 混合气温度 293 K
甲醇的热值 20260 kJ/kg 解：假设甲醇质量为1kg，则
1kg甲醇完全燃烧所需空气量为：l0?18(gC?8gH?gO)?6.466kg 0.2323又混和气密度?m由气体状态方程式得：
P0.1?106Pa?m???1.150kg/m3
RgT296.8J/(kg?K)?293K所以体积混和气热值：
(Hum)V?
?mHu1??al0?1.150?20260?2991kJ/m3
1?1.05?6.46617、计算由甲醇和高级汽油组成的混和燃料燃烧时所需的化学计量比空气量，并确定给定燃料的混和气热值。甲醇占20％的体积。假设：
过量空气系数 1.1 环境温度 293 K 环境压力 0.1 MPa
摩尔重量 密度（20°C） 低热值 完全燃烧所需空气量 (kg / kmol) (kg / dm3) (kJ / kg) 高级汽油 98 甲醇 32 0.76 0.795 44000 20260 14.5 6.46
解：设混合燃料中甲醇和高级汽油的质量分数分别为k1,k2
0.795?0.2?0.207，k2=1-k1=0.793
0.795?0.2?0.76?0.8混合燃料燃烧所需的化学计量比空气量为l0?6.46?0.207?14.5?0.793?12.8 k1?混合燃料燃烧的低热值为Hu?20260?0.207?44000?0.793?39086kJ 混合燃料的混合低热值为Hum?Hu39086??2591.9kJ/kg
1??0l01?1.1?12.8
第三章
1、什么是内燃机的循环热效率η？如何利用温－熵（T—S）图上的循环曲线来计算循环热效
t
率？
答：单独把内燃机的压缩、燃烧膨胀的动力过程看作一个燃烧热量由外部加入，在膨胀到下止点后，工质向外等容放热又回到压缩始点的封闭循环。每循环系统输出的功量Wt所占循环加热量Q1的百分比即为循环热效率?t。
如下示温熵图中所示，沿S正方向（箭头1方向）进行的过程是向系统加热的过程，加热量
Q1??TdS，以图上\\\\\\的面积表示。而反S方向（箭头2方向）进行的过程，是系统向外散
CD热的过程，散热量Q2??CDTdS,以剖面线///的面积表示。于是，两个面积相减即封闭曲线所
包围的环积分面积TdS就是每循环中系统与外界交换的热量Q?Q1?Q2。而每循环系统输出的功量Wt是与外界交换热量Q转换而得，即W?Q?Q1?Q2。所以由?t定义有：
??t?Wt/Q1?Q/Q1?Q1?Q2Q?1?2 Q1Q1（注：以上各热量Q、Q1、Q2为正时，均表示向系统加热；为负时则是向外界散热） 2、内燃机的理论循环与真实循环有何差别？三种内燃机的基本理论循环本身又有何差别？真
实汽油机和柴油机接近何种理论循环？ 答：1）理论循环和真实循环的差别 理论循环（Theoretical Cycle）
工质——理想气体（空气），物性参数(比热容, k)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；等容或等压放热和吸热
真实循环（Real Cycle） 工质——真实工质 循环——真实循环
总结：由于以上在工质和循环方面的差别，使得:
理论循环ηt-真实循环ηt=10￣20百分点
两者之间的差别指出了改善内燃机ηt的基本原则。 2）三种理论循环的差别
理论循环根据加热过程的区别分为以下三类： a、等容加热→等容循环（Otto循环） b、等压加热→等压循环（Diesel循环）
c、混合（等容＋等压）加热→混合循环（Sabathe/Seiliger循环 3）真实汽油机和柴油机的循环最接近理论循环中的混合加热循环。
3、相同压缩比ε、比热比k和循环加热量Q1时，三种基本理论循环的热效率ηt哪个大？哪个小？利用T—S图加以证明。
等容循环
等压循环
混合循环
如图，阴影面积对应相同的循环加热量。
在T-S图上可以清晰地看出，对应同样的循环加热量，等压循环的放热量最大，所以效率最低。等容循环的放热量最小，所以效率最高。
4、利用T—S图证明在Q1和k相同时，柴油机的热效率比汽油机的高
如图，45度阴影对应汽油机的等容循环，135度阴影对应柴油机的的等压循环。柴油机的压缩比大于汽油机。两种循环的循环加热量相等。显然，柴油机循环的放热量较小，所以效率更高。
5、一台压燃式发动机的压缩比为15。计算具有相同压缩比的Otto理论循环和Diesel理论循环的热效率。假设Diesel理论循环压缩始点温度18oC，空气的加热量等于燃料提供的能量，空燃比28，燃料热值44MJ/kg，空气定压比热为1.01kJ/kg.K（与温度无关）。
解:对Otto循环，
?t?1?1???1，取??1.4，则有
?t?1?1???1?1?1?0.6610.415
T2v?(1)??1?150.4?2.95Tv2对Diesel循环，压缩终点温度1，所以
T2?T1?2.95?291?2.95?859.7K
1kg混和气的热量为
6q1.517?101??1502Kq??44M?1.517?106JT3?T2?3c1.01?10p28?1，
则
T3?T2?1502?859.7?1502?2361.7K，
??v3T32361.7???2.75v2T2859.7
1(???1)?t?1???1??(??1)=0.569
6、简述理论循环分析对改善内燃机动力、经济性能的指导意义。
答：1、指出了改善发动机动力、经济性能的基本原则和实施方向； 2、提供了发动机之间进行动力，经济性能对比的理论措施。
3、给出了我们经过内燃机设计和改造所能到达的效率上限。
7、若将真实工质特性替代理论循环的理想工质特性，将在哪几个方面对热效率产生影响？影响趋势如何？考虑真实工质特性之后，高、低负荷条件下，汽油机和柴油机的热效率的差距是加大了还是减小了？为什么？