Question

6．在當(dāng)今世界，研制各種機器都必須考慮節(jié)約能源和治理廢棄污染這一重要課題．在內(nèi)燃機中，廢氣會帶走很多能量，如果將這些能量再利用起來，會使內(nèi)燃機的效率提高很多．某工廠科研人員研制的四種沖程汽車專用柴油發(fā)動機，就采用一項“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)，它同時又帶動同軸進(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)鈮簭姼�大，同時也減少廢氣中的有害物質(zhì)．達(dá)到提高采油機的效率和減少廢氣污染的目的．這種發(fā)動機有6個汽缸，每個氣缸面積為9.5×10^-6m²，活塞行程135mm，轉(zhuǎn)速為2400r/min時，氣缸內(nèi)燃?xì)獾钠骄鶋簭姙?.49×10⁸Pa，最低油耗可達(dá)240g/（kW•h），柴油的熱值為4.3×10⁷J/kg．請求解下列問題：
（1）燃?xì)鈱�氣缸的壓力是多少�?br />（2）柴油發(fā)動機的平均功率？
（3）柴油發(fā)動機的效率最高可達(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�，根�?jù)p=$\frac{F}{S}$公式變形就可以求出燃?xì)鈱�氣缸的壓力�?br />（2）知道活塞在氣缸中的行程，可利用公式W=Fs計算出一個做功沖程燃?xì)鈱�活塞做的功；飛輪（曲軸）每轉(zhuǎn)兩圈對外做功一次，計算出飛輪轉(zhuǎn)動2400周對外做功的次數(shù)，已經(jīng)計算出一個做功沖程燃?xì)鈱�活塞做的功，從而可以計算出燃�(xì)鈱�活塞做的總功，又知道做功的時間，可利用公式P=$\frac{W}{t}$計算出柴油機的功率；
（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)獾钠骄鶋簭姙閜=1.49×10⁸Pa；
因為p=$\frac{F}{S}$，
所以燃?xì)鈱�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，
則一個做功沖程中燃?xì)鈱�活塞做的功：W=Fs=1415.5N×0.135m=191.0925J．
六缸柴油機在飛輪轉(zhuǎn)動的每$\frac{1}{3}$周里，都有一個汽缸在做功，其他五個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作，
飛輪轉(zhuǎn)動2400周，要對外做功2400×3=7200次，
燃?xì)鈱�活塞做的總功為：W_總=W×7200=191.0925J×7200=1375866J，
而t=1min=60s，
所以柴油機的功率為：P=$\frac{{W}_{總}}{t}$=$\frac{1375866J}{60s}$=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�氣缸的壓力�?415.5N；
（2）柴油發(fā)動機的平均功率22931.1W
（3）柴油發(fā)動機的效率最高可達(dá)到34.9%．

點評 本題考查了學(xué)生利用所學(xué)知識分析解釋實際現(xiàn)象的能力，要求靈活選用公式進(jìn)行計算．