热力机：原理、分类及比较

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：汽车用发动机是热力机的一种。热力机的运行原理根据其热效果的不同而有所差异。热力机就是通过热能的传递使流体发生膨胀和收缩，把热能转换成机械能的装置。外燃机的燃烧气体与工质流体不是同一种气体，且产生热量的部分和发生动力的部分各自独立。根据工质流体转换为功的方式不同，热力机可分为往复型和旋转型。表1-1 热力机的分类和比较

汽车用发动机是热力机的一种。热力机作为将热能转换成机械能或电能的装置，种类繁多，不仅在汽车、船舶、火车、飞机、火箭上广泛使用，还作为火力发电厂的蒸汽原动机。热能一般是从化石原料（石油、天然气、煤炭）的燃烧中获得，除此之外，也可利用太阳能、风力、地热、水力等自然界中存在的能量，以及通过核反应产生的原子能。

热力机的运行原理根据其热效果的不同而有所差异。热效果是指所有的物质受热时温度上升或体积膨胀，不加热时温度下降或体积收缩。热力机就是通过热能的传递使流体发生膨胀和收缩，把热能转换成机械能的装置。

热力机主要以对工质流体加热的方法和把工质流体转换成功的方法来分类。首先根据对工质流体加热的方法不同，可分为外燃机和内燃机。外燃机是从外部产生热能，再通过壁传递给工质流体获得功的方式。外燃机的燃烧气体与工质流体不是同一种气体，且产生热量的部分和发生动力的部分各自独立。这部分有将水作为工质流体的汽轮机和蒸汽机，还有将氢气与氦气作为工质流体的斯特林发动机。内燃机是作为工质流体的燃料与空气混合气燃烧生成的高温、高压燃烧气体直接产生功的装置，这时工质流体与燃烧气体是同一种气体。内燃机包括汽油机、柴油机、燃气涡轮发动机、火箭发动机等。

根据工质流体转换为功的方式不同，热力机可分为往复型和旋转型。往复型由气缸、活塞构成，使工质流体在气缸内燃烧，使活塞进行往复运动做功。这种方式在一定容积的气缸内充填燃料/空气混合气，故还称为容积型发动机，其特征为间歇燃烧。另外，旋转型发动机如燃气轮机或汽轮机，把工质流体转换为高速气流，再使高速气流冲击旋转叶片，并利用产生的冲击力或反作用力来获得功。涡轮的旋转速度比往复型发动机的旋转速度高很多，故旋转型发动机还称为速度型发动机，其特征为连续燃烧。

目前汽车用发动机采用较多的是内燃机中的往复型发动机和转子型发动机（汪克尔发动机），而外燃机的往复型蒸汽发动机仅应用在观光用火车上。虽然转子型发动机为旋转型，但在一定容积内通过火花点火将燃料/空气混合气进行间歇燃烧，因此应属于容积型（往复型）内燃机。热力机的分类和比较见表1-1。

表1-1 热力机的分类和比较

热力机：原理、分类及比较

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