在当今世界,研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中,废气带走了很多能量,如果能将这些能量再利用起来,会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机,就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术,它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转,它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转,从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压,使做功冲程中柴油燃烧的更充分,燃气压强更大,同时也减少了废气中的有害物质,达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸,气缸直径为110mm,活塞行程为135mm,当转速为2300r/min时,发动机功率为220kW,最低油耗可达240g/(kW·h),柴油的热值为。请回答下列问题:
1.该柴油发动机的效率最高可达多少?
2.在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?
3.如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后,能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%,安装前按每年消耗3亿吨柴油估算,这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?
4.如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨,根据上面的估算结果,计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?
李老师的家离学校大约10km,为了便于上下班,他购买了一部轻便摩托车来代步,使用的燃料为93#汽油。根据表2提供的数据,请回答:
1.如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h,试根据表2中所提供的有关信息,为李老师计算一下,他骑车从家到学校至少需花多少油费?
2.小洪同学学过物理以后,给李老师建议:在上述条件不变的情况下,采用加快车速缩短时间的办法,就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识,分析说明这种方法是否可行。
轻便摩托车 | 93#汽油 | ||
燃料 | 汽油 | 密度 | 0.7×103kg/m3 |
油箱容量 | 7L | 热值 | 4.5×107J/kg |
功率 | 6kW | 价格 | 4.90元/L |
晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样,他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积,是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大,功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程,带动曲轴转动2周。现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L,最大功率为74kW,当该发动机以最大功率工作时,曲轴的转速为5200r/min。汽油机工作时的最佳空燃比(即空气和燃油的质量比)为14:1,压缩比是10(即气缸总容积与燃烧室容积的比值),若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3,汽油的热值为4.6×107J/kg、密度为0.71×103kg/m3。请计算:
1.这台发动机在最大功率时的热机效率。
2.发动机在最大功率时,汽车的最高时速为175km/h,计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。
在一些农村地区建造的沼气池,通过将农村大量的秸杆、人畜粪便发酵来获取沼气,利用沼气来烧火做饭,点灯照明。沼气池的应用,不仅使上述资源得以更好的利用,同时也给生活带来了诸多便利,使环境得以改善。这是一个一举多得的惠民工程。图9 所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图。
说明: 1.沼气池 2.水压池 3.进料口 4.密封盖 5 . 输气管 6.贮气室 7.沼气压力显示器 8.总阀门 9. U形管压强计(里面装有染成红色的水) 10.出料口盖板(不密封水压池.水压池仍与外面大气相通) 11.阀门
己知该农户家燃气灶的相关技术数据如下:
使用燃料 | 液化石油气 | 天然气 | 人工煤气 | 人工沼气 |
灶前压强(kP a ) | 2.8 | 2.0 | 1.0 | 1.5 |
额定热流量 (kW ) | 普通炉 | 左:3.6 | 组合炉 | 左:3.6 |
右:4.0 | 右:3.6 | |||
单炉 | 4.0 |
取g=10 N/kg ,水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)
1.根据图9 所示,通过计算说明,该农户此时能否使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?
2.有一天,该农户发现,沼气压强小于燃气灶的要求。为了能尽快利用沼气生火做饭,从物理学的角度看,可采取哪些措施?
3.若该农户所用的燃气灶是普通炉,通常情况下,普通炉中的右炉单独正常工作时,将一壶质量为2.5kg 、温度为20℃的水烧开,耗时约10 min 。试估算右炉烧水的效率。
4.请你就如何提高燃气灶的效率问题谈谈你的设想。
小亮家有一辆家用轿车,爸爸在给他说车的性能时,总是说“2.0的排量”,却很少说“功率”,为此小亮特地从网上查到了排量的定义:活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为汽缸排量。如果发动机有若干个气缸,所有气缸工作容积之和称为发动机排量。从说明书上查到:小亮家的汽车采用的是LFX直列四缸发动机,排量为2.0L;从网上查找到了其输出特性曲线(如图8所示);小亮又向爸爸询问了一些实测数据:由于汽车行驶的路况很好,所以平均车速为90km/h,此时发动机转速为2000r/min,平均行驶百公里油耗为9L;从物理书上查得汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.71×103kg/m3
1.由这台发动机输出特性曲线可以看出,在发动机转速为1000--5000 r/min范围内,它的输出功率与转速大致有什么关系?
2.试通过公式推导出在其他参数相同时,发动机的输出功率与其排量的关系。
3.这辆汽车以90km/h行驶时,发动机的效率约为多少?每个做功冲程汽缸内的平均压强是约为多少?