1、第 1 页共 6 页专题七、热机问题1、 （18 届六） （12 分）晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8” 、 “1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动 2 周。现有一辆小轿车发动机排气量为 1.8L，最大功率为 74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 5200r/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为 14:1，压缩比是
2、10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值） ，若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为 1.35kg/m3,汽油的热值为4.6107J/kg、密度为 0.71103kg/m3。请计算：（1）这台发动机在最大功率时的热机效率。（2）发动机在最大功率时，汽车的最高时速为 175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。第 2 页共 6 页六、(20 分) 在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一
3、项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300rmin时，发动机功率为220kW，最低油耗可达 240g(kWh)，柴油的热值为4.310 7Jkg。请回答下列问题：（1）该柴油发动机的效率最高可达多少?（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多
4、少?（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器” 后，能使它们的平均效率由原来约31提高到近35，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?（4）如果目前我国柴油的平均价格为3750元吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压 ”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?第 3 页共 6 页1一台拖拉机的发动机是四汽缸、四冲程的柴油机，汽缸的直径为 95 毫米，活塞冲程为 127 毫米，第三冲程中气体作用在活塞上的平均压强是 196 牛厘米 2，飞轮的转数是1200 转分，这台发动机的功率是多少瓦？思路点拨柴油机和汽油机一样，需连续经历四
5、个冲程才完成一次做功的循环，即在连续的四个冲程中，只有一个冲程是做功的，且在此四个冲程中，曲轴旋转两周，即飞轮也就旋转两周本题中，由飞轮的转数可以求出单位时间内做功冲程的次数，再求出每个做功冲程燃气所做的功，便可求出其功率了答案：活塞的面积燃气对活塞的压力F=pS=19671N=13910 4N每个做功冲程内，燃气对活塞所做的功为W1=Fl=1 391040127J=1764J由于发动机有四个气缸，则曲轴每转一周内有两个气缸经历做功冲程，故每分钟内发动机内燃气做功的次数为n=21200=2400故得每分钟内燃气所做的总功为W=nW1=24001764J=42336lO 6J则此内燃机的功率为P
6、=W/t=4233610 6/60W=705610 4W2当手扶拖拉机上的柴油机出现故障而使转速急剧增加时，正常的操作已经不能使它停转(这种故障叫做“飞车”) 。下列应急措施中，可行的是 ( )A用手捂住进气口 B立即找一个隔热的东西，捂住排气口。C脚踏刹车板，同时手拉制动器。思路点拨柴油机出现“飞车” 现象时，是由于柴油机气缸内柴油燃烧剧烈而达到失控的情况，为控制其剧烈燃烧，堵住其进气口使缸内无充足的氧气供给，这样可使其剧烈燃烧无法继续答案：D热机问题二第 4 页共 6 页国产 165 型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为 65 毫米，活塞冲程长 55 毫米，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为
7、9.58105 帕，飞轮的转速是 1500 转/分。（1）求这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失） ；（2）如果满负荷工作时每分钟消耗 15 克汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（汽油的燃烧值为 4.6107 焦/千克）思路点拨由气缸直径可以求得活塞面积，由做功冲程燃气的压强可得燃气作用在活塞上的压力，又已知活塞冲程长度，便可求得每个做功冲程燃气所做的功，进而根据飞轮的转速，则可求得此汽油机做功的功率 答案: (1)在一个做功冲程中，燃气所做的功为W1=pSl=pd 2/4l时间 t=lmin 内，飞轮转 1500r，则共有 750 个做功冲程，则此汽油机满负荷工作时做
8、功的功率为(2)15g 汽油燃烧释放的能量Q=mq=00154610 7J=6910 5J 汽油机 lmin 内所做的功W=Pt=220060J=13210 5J 此汽油机把内能转化为机械能的效率是燃气热水器效率问题下表列出的是北京煤气用具厂生产的 JS 系列家用燃气热水器的参数，其中各物理量的单位用的是国际通用的符号，说明如下：Pa 一帕斯卡 mmH2O;毫米水柱J;焦耳 h;小时M3;立方米 l;升，即分米 3kgf;千克力，即质量为 1 千克的物体所受的重力min;分（时间单位）单位前面的字母 M 表示系数 106，字母 H 表示系数 1021分别计算燃烧 1 米 3 液化石油气、人工煤
9、气和天然气所产生的热量（单位：焦耳） 。2王秋生同学说，热水产率一栏中，5、3、2 后面的符号印得不清楚，好像是数字“l” ，但在“min”的前面又丢掉了什么，请你通过计算判断这个栏目中三个参数的正确数值和单位。第 5 页共 6 页3 “热效率”一栏给的是参考值；“热水产率”一栏给的是厂家对样品的实测值。分别计算温升 25和 55时的热效率，并解释这两种情况下热效率不同的原因。解：1查表可知：燃气热水器额定热负荷为37106Jh。石油气、人工煤气、天然气的额定燃气耗量分别是0.368102m3h、1.964102m3/h 和 1.04102m3h。因此，石油液化气：人工煤气：天然气：2以温升
10、40为例，根据表中其他参数计算热产生率。设每分钟热水产生率为 m，则第 6 页共 6 页水在 1 分钟内吸收的热量可表示为 Q 收=cmt=4.2103mt(J) 。又根据表中所给参数，按热水率 80%计算时，燃气在 1 分钟内放出的能被水吸收的热量：Q 吸=Q 放即 4.210mt=Q 放由此判断：3 和“min”之间的符号如果是代表质量，它的意义应该是千克（符号 kg） ，考虑到 1 千克水的体积是 1 升，所以，这个符号一定是字母 L 的小写“l” ，而不是数字“1”。因此正确的数字和单位是 3 升分（3Lmin） 。分析温升 25和 55两种情况可以印证这个结论。3由关系式 Q 放=cmt 和热水产生率表可知升温 25时水每分钟吸收的热量和燃气放出的热量：同理，升温 55时水吸收的热量：Q 吸=4.210 3255=4.62105(J)燃气每分钟放出的热量：Q 放=6.1710 5J答：升温 25和 55时的热效率分别是 85%和 75%；因为温升较高时，热量损失多，所以热效率较低。
