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热机及热量的计算 一．热机： 热机原理是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的动力机械的一类，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气发动机等。热机通常以气体作为工作物质（传递能量的媒介物质叫工质），利用气体受热膨胀对外做功。内能的来源主要有燃料燃烧产生的热能、核能、太阳能和地热等。 　　热机在人类生活中发挥着重要的作用。现代化的交通运输工具都靠它提供动力。热机的应用和发展推动了社会的快速发展，也不可避免地损失部分能量，并对环境造成一定程度的污染。 　　 　　热机的工作原理：由内能通过做功转化为机械能（例：酒精燃烧，化学能转化为内能，热量传给水，水沸腾将瓶塞顶出去，水蒸气的一部分内能转化为瓶塞的机械能。）。 　　热机的四个冲程：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。 　　热机的发展史： 蒸汽机→蒸汽轮机→内燃机→喷气发动机→火箭发动机 热机是利用内能来做功的机器。分为内燃机和外燃机两种。 常见的内燃机有柴油机和汽油机，通过做功将内能转化为机械能。　 　　一、汽油机：用汽油作燃料的内燃机 　　1. 构造 　　进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。 　　冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程 　　在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程是依靠飞轮的惯性来完成。 　　 2．工作过程 四冲程是指在进气、压缩、做功和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。吸气冲程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，和经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩冲程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升，将机械能转化为然气的内能；做功冲程是在压缩上止点前点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气冲程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。 内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。 内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。这种产生外力的装置称为起动装置。常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。 二、柴油机：用柴油作燃料的内燃机 1．构造：进气门，排气门，喷油嘴，气缸，活塞，连杆，曲轴 2．为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。 外燃机 　　外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。 　　由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效律、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。该公司提供的STM4-120型25kW级机组的发电效率为29.6%，大大高于同容量的内燃机。外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 二．热机的效率 热机是利用燃料的燃烧来做功的装置。燃料在热机中燃烧时，总有一小部分燃料不能完全燃烧而损失掉，但更主要的是热机工作时，排气冲程排出的废气带走很大一部分能量，另外还有一部分能量损失在散热上，由于热机的各零部件之间有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗一部分能量。因此，燃气推动活塞做有用功的能量只是燃料完全燃烧放出的能量中的一部分，而热机的效率就是指用来做有用功的那部分能量和燃烧完全燃烧放出的能量之比。所以，热机的效率总小于1。热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 三 ．提高热机效率的途径 （1）在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 （2）在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。 （3）充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。 四．热量计算