(2022·山西 )热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月,我国潍柴集团发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机,这一成果的意义犹如人类历中上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小明,也想设计改造发动机,使热机的效率达80%。考虑影响热机效率的因素,你认为小明可以在哪些方面改进创新? 假如小明的设想实现了,会给我们的生活带来哪些影响? (写出一条即可)
本题考查了提高机械效率的方法,属于基础题。热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦、废气带走的能量都会影响机械效率的大小;所以改良发电机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高机械效率;机械效率提高后,可以节省燃料、减少有害气体的排放等。
热机的效率:
1.概念:用来做有用功的那部分能量,与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率;
2.公式:η=W/Q总
3.能量损失:废气带走的能量最多
4.提高热机的热效率方法:
(1)废气回收利用:减少机械散热和废气带走热量;
(2)使燃料充分燃烧:雾化液体燃料、粉碎固体燃料,与空气充分接触;
(3)减少机械摩擦损失。
【例题1】关于热机的效率,下列说法正确的是( )
A.使燃料燃烧更充分,可以提高热机的效率
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的
【解析】
A.使燃料燃烧更充分,可以增大有效利用的能量,提高热机的效率,故A正确;
B.热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比,当热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高,故B错误;
C.热机的效率越高说明用来做有用功的能量占燃料完全燃烧产生的能量之比大,做功越快是指功率大,功率和效率没有关系,故C错误;
D.热机工作时,热机损失的能量中,废气带走的热量多,机械摩擦损失的不是主要的,故D错误。故选A。【例题2】做同样的有用功,甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下,下列说法中正确的是( )柴油机 | 完成工作量 | 时间 | 消耗柴油 |
甲 | 相同 | 3h | 5kg |
乙 | 2h | 6kg |
A.甲的功率较大,热机效率较低
B.甲的功率较大,热机效率较高
C.乙的功率较大,热机效率较高
D.乙的功率较大,热机效率较低
【解析】
由表格数据可知,完成工作量相同,甲所用时间大于乙所用时间,功率是指单位时间内完成的功,由P=W/t可知,甲的功率较小;由表格数据可知,完成工作量相同,甲消耗柴油少,乙消耗柴油多,则乙做的额外功多,由η=W有/Q放可知,乙的热机效率较低,故ABC错误,D正确。故选D。
【例题3】(改编)如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图,将内能转化为机械能的是图 ;工作时的热损失情况是:汽缸散热损失30%,废气带走35%。机械摩擦损耗10%,则完全燃烧2g汽油获得的机械能是 J。(q汽油=4.6×107J/kg)
C.2.3×104J D.0.92×104J
【解析】
(1)在汽油机的四个冲程中,将内能转化为机械能的是做功冲程。由图可知,甲的进气门打开,是吸气冲程;乙的两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程;丙两气门都关闭,活塞下行,火花塞点火,是做功冲程;丁的排气门打开,是排气冲程。故将内能转化为机械能的是压缩冲程,故丙图;
(2)汽油机的效率为:
η=100%﹣30%﹣35%﹣10%=25%
2g汽油完全燃烧产生的热量为:
Q放=mq=2×10﹣3kg×4.6×107J/kg=9.2×104J
根据公式可知,获得的机械能为:
W有用=ηQ放=25%×9.2×104J=2.3×104J。(西宁中考)古语道:“人要实,火要虚”。此话的意思是说做人要脚踏实地,才能事业有成;可燃物要架空一些,才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是( )
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C.使可燃物完全燃烧 D.提高可燃物的利用率
【解析】
可燃物要架空一些,才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是增大了可燃物与空气的接触面积,燃烧会更充分,尽可能的使可燃物完全燃烧,释放出更多的热量,以提高可燃物的利用率,故ABC错误, D正确。