Question

6．在當(dāng)今世界，研制各種機(jī)器都必須考慮節(jié)約能源和治理廢棄污染這一重要課題．在內(nèi)燃機(jī)中，廢氣會(huì)帶走很多能量，如果將這些能量再利用起來，會(huì)使內(nèi)燃機(jī)的效率提高很多．某工廠科研人員研制的四種沖程汽車專用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，就采用一項(xiàng)“增壓”技術(shù)它是利用“廢氣增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉(zhuǎn)，它同時(shí)又帶動(dòng)同軸進(jìn)氣系統(tǒng)中的“進(jìn)氣渦輪”也高速旋轉(zhuǎn)，從而增加吸氣沖程的進(jìn)氣量并增大進(jìn)氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒地更加充分，燃?xì)鈮簭?qiáng)更大，同時(shí)也減少?gòu)U氣中的有害物質(zhì)．達(dá)到提高采油機(jī)的效率和減少?gòu)U氣污染的目的．這種發(fā)動(dòng)機(jī)有6個(gè)汽缸，每個(gè)氣缸面積為9.5×10^-6m²，活塞行程135mm，轉(zhuǎn)速為2400r/min時(shí)，氣缸內(nèi)燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為1.49×10⁸Pa，最低油耗可達(dá)240g/（kW•h），柴油的熱值為4.3×10⁷J/kg．請(qǐng)求解下列問題：
（1）燃?xì)鈱?duì)氣缸的壓力是多少？
（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的平均功率？
（3）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高可達(dá)到多少？

Answer 1

分析 （1）知道氣缸的面積和氣缸內(nèi)燃?xì)獾膲簭?qiáng)，根據(jù)p=$\frac{F}{S}$公式變形就可以求出燃?xì)鈱?duì)氣缸的壓力；
（2）知道活塞在氣缸中的行程，可利用公式W=Fs計(jì)算出一個(gè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)活塞做的功；飛輪（曲軸）每轉(zhuǎn)兩圈對(duì)外做功一次，計(jì)算出飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2400周對(duì)外做功的次數(shù)，已經(jīng)計(jì)算出一個(gè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)活塞做的功，從而可以計(jì)算出燃?xì)鈱?duì)活塞做的總功，又知道做功的時(shí)間，可利用公式P=$\frac{W}{t}$計(jì)算出柴油機(jī)的功率；
（3）根據(jù)Q=qm求出汽油完全燃燒放出的熱量，再根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$求出柴油機(jī)的效率．

解答 解：（1）氣缸面積為S=9.5×10^-6m²，氣缸內(nèi)燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為p=1.49×10⁸Pa；
因?yàn)閜=$\frac{F}{S}$，
所以燃?xì)鈱?duì)氣缸的壓力：F=pS=1.49×10⁸Pa×9.5×10^-6m²=1415.5N
（2）活塞行程s=135mm=0.135m，
則一個(gè)做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞做的功：W=Fs=1415.5N×0.135m=191.0925J．
六缸柴油機(jī)在飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的每$\frac{1}{3}$周里，都有一個(gè)汽缸在做功，其他五個(gè)汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作，
飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2400周，要對(duì)外做功2400×3=7200次，
燃?xì)鈱?duì)活塞做的總功為：W_總=W×7200=191.0925J×7200=1375866J，
而t=1min=60s，
所以柴油機(jī)的功率為：P=$\frac{{W}_{總}(cāng)}{t}$=$\frac{1375866J}{60s}$=22931.1W；
（3）每240g柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是Q=mq=0.24kg×4.3×10⁷J/kg=1.032×10⁷J；
有用功為：W_有用=1kW•h=3.6×10⁶J
則最大效率為η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$=$\frac{3.6×1{0}^{6}J}{1.032×1{0}^{7}J}$≈34.9%．
答：（1）燃?xì)鈱?duì)氣缸的壓力是1415.5N；
（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的平均功率22931.1W
（3）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高可達(dá)到34.9%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析解釋實(shí)際現(xiàn)象的能力，要求靈活選用公式進(jìn)行計(jì)算．