Question

5．表中是某轎車的一些技術(shù)參數(shù)，其中排氣量是指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作容積，一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量越大，功率越大．空燃比A/F（A：air-空氣，F(xiàn)：fuel-燃料）是指氣缸內(nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比．汽油的熱值為q₀J/kg，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)以最大功率工作時(shí)，氣缸內(nèi)汽油和空氣的混合密度為ρ₀kg/m³，請(qǐng)你完成以下問(wèn)題：

車型	某品牌轎車
排氣量	V0L
最大功率	P0kW
空燃比A/F	c：1
轉(zhuǎn)速	N r/min

（1）如圖所示的沖程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）求t₀min內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功；
（3）求發(fā)動(dòng)機(jī)的效率．

Answer 1

分析 （1）汽油機(jī)的工作循環(huán)由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成，其中壓縮沖程機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，做功沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；
（2）利用W=Pt求t₀min內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功；
（3）根據(jù)m=ρV算出燃?xì)獾馁|(zhì)量，然后根據(jù)空燃比算出汽油的質(zhì)量；發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是有用功跟汽油燃燒釋放熱量的比值．

解答 解：
（1）圖示兩個(gè)氣門(mén)都關(guān)閉，活塞上移，是壓縮沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）t₀min內(nèi)做的有用功：
W=Pt=1000P₀W×t₀×60s=6×10⁴P₀t₀J；
（3）燃?xì)獾捏w積：
V=V₀L=0.001V₀m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得燃?xì)獾馁|(zhì)量：
m=ρV=ρ₀×0.001V₀m³=0.001ρ₀V₀kg，
因?yàn)榭杖急仁莄：1，
所以燃油的質(zhì)量是整個(gè)質(zhì)量的$\frac{1}{c+1}$，
做一次功消耗的汽油質(zhì)量：
m₁=0.001ρ₀V₀kg$\frac{1}{c+1}$=$\frac{0.001{ρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}kg$．
t₀min做功次數(shù)：
n=t₀×$\frac{1}{2}$N，
t₀min消耗的汽油質(zhì)量：
m₂=nm₁=t₀×$\frac{1}{2}$N×$\frac{0.001{ρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}kg$=$\frac{0.0005{t}_{0}{Nρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}$kg，
內(nèi)汽油燃燒釋放的熱量：
Q_放=qm=q₀m₂=q₀J/kg×$\frac{0.0005{t}_{0}{Nρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}$kg=$\frac{0.0005{t}_{0}{Nρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}$J，
發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{6×1{0}^{4}{P}_{0}{t}_{0}J}{\frac{{0.0005q}_{0}{t}_{0}{Nρ}_{0}{V}_{0}}{c+1}J}$×100%=$\frac{1.2×1{0}^{8}（c+1）}{{q}_{0}N{ρ}_{0}{V}_{0}}$%．
答：（1）機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）t₀min內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功為6×10⁴P₀t₀J；
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是$\frac{1.2×1{0}^{8}（c+1）}{{q}_{0}N{ρ}_{0}{V}_{0}}$%．

點(diǎn)評(píng) 本題以轎車為載體考查了功的計(jì)算、熱量的計(jì)算、熱機(jī)效率的計(jì)算，難點(diǎn)在于計(jì)算做一次功消耗燃油的質(zhì)量，具有一定的難度．