《蒸汽机原理》PPT课件.ppt

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1、 蒸汽机原理铁路蒸汽机目录蒸汽机简介蒸汽机简介蒸汽机简介蒸汽机简介典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理卡诺热机原理卡诺热机原理卡诺热机原理卡诺热机原理蒸汽机的发展与贡献蒸汽机的发展与贡献蒸汽机的发展与贡献蒸汽机的发展与贡献蒸汽机简介蒸汽机简介蒸汽机简介蒸汽机简介蒸汽机是将蒸汽的能量蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出动力机械。蒸汽机的出现曾引起了现曾引起了18世纪的工世纪的工业革命。直到业革命。直到20世纪初，世纪初，它仍然是世界上最重要它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机让位于内燃机和

2、汽轮机等。等。高中课本上说蒸汽机是瓦特在烧水的高中课本上说蒸汽机是瓦特在烧水的时候看到水蒸气顶开瓶盖得到灵感发时候看到水蒸气顶开瓶盖得到灵感发明的，这并不是正确的。明的，这并不是正确的。1807年罗伯特年罗伯特富尔顿第一个成功地用富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。瓦特并不是蒸汽蒸汽机来驱动轮船。瓦特并不是蒸汽机的发明者，在他之前，早就出现了机的发明者，在他之前，早就出现了蒸汽机，即纽科门蒸汽机，但它的耗蒸汽机，即纽科门蒸汽机，但它的耗煤量大、效率低。瓦特运用科学理论，煤量大、效率低。瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在。逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在。卡特卡特从从1765年到年

3、到1790年，他进行年，他进行了一系列发明，比如分离式了一系列发明，比如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的原来纽科门机的3倍多，最终倍多，最终发明出了现代意义上的蒸汽发明出了现代意义上的蒸汽机。机。蒸汽机模型,还原工作原理,全玻璃制作典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理典型蒸汽机原理下面的示意图展示了活塞式蒸汽机的主要部件。这是用在蒸汽机车中下面的示意图展示

4、了活塞式蒸汽机的主要部件。这是用在蒸汽机车中的典型蒸汽机。的典型蒸汽机。你在你在上图上图中可以看到废蒸汽被简单地排中可以看到废蒸汽被简单地排放到了空气中。这就解释了关于蒸汽机放到了空气中。这就解释了关于蒸汽机车的两件事：车的两件事：1、它解释了为什么蒸汽机车需要在车它解释了为什么蒸汽机车需要在车站加水站加水随着蒸汽的消耗，水不断地随着蒸汽的消耗，水不断地在损失。在损失。2、它解释了火车它解释了火车“呼哧呼哧”声的来源。当声的来源。当阀门打开汽缸释放废蒸汽时，蒸汽以很阀门打开汽缸释放废蒸汽时，蒸汽以很大的压力冲出来而产生大的压力冲出来而产生“哧哧”的声音。当的声音。当火车刚启动的时候，活塞移动得

5、很慢，火车刚启动的时候，活塞移动得很慢，而后火车开始变快，活塞运动也在加快。而后火车开始变快，活塞运动也在加快。这就产生了我们在火车启动时常常听到这就产生了我们在火车启动时常常听到的效果：的效果：“呼呼哧哧呼哧呼哧哧哧哧哧哧哧”。在蒸汽机车中，十字头通常与传动杆相连，从那里连到联杆，由联杆驱动机车在蒸汽机车中，十字头通常与传动杆相连，从那里连到联杆，由联杆驱动机车的轮子。结构通常如下所示：的轮子。结构通常如下所示：主要是一个汽缸，汽缸运动到右侧末端时，打开主要是一个汽缸，汽缸运动到右侧末端时，打开右侧进气阀向汽缸右侧冲高压水蒸汽，打开左侧排右侧进气阀向汽缸右侧冲高压水蒸汽，打开左侧排气阀，高压

6、水蒸汽推动活塞向左运动，运动最左端气阀，高压水蒸汽推动活塞向左运动，运动最左端时，打开左侧进气阀关闭右侧排气阀，向汽缸左侧时，打开左侧进气阀关闭右侧排气阀，向汽缸左侧冲高压水蒸汽，使汽缸活塞向右运动。将汽缸活塞冲高压水蒸汽，使汽缸活塞向右运动。将汽缸活塞的往复运动通过联杆滑块曲轴转化为旋转运动。各的往复运动通过联杆滑块曲轴转化为旋转运动。各阀门的开关也是通过联杆滑块带动滑阀进行的。阀门的开关也是通过联杆滑块带动滑阀进行的。净功：净功：结论：结论：在任何一个循环过在任何一个循环过程中，系统所作的净功在程中，系统所作的净功在数值上等于数值上等于P-VP-V图上循环图上循环曲线所包围的面积。曲线所包

7、围的面积。BbABbA为压缩过程：为压缩过程：-W Wb b 循环过程循环过程1.1.定定义义：系统经历一系列的变化过程又回到初系统经历一系列的变化过程又回到初始状态的过程。始状态的过程。2.2.特征：特征：经历一个循环过程后内能不变，即经历一个循环过程后内能不变，即E=0E=0。AaBAaB为膨胀过程：为膨胀过程：W Wa a 3.PV3.PV图图：BAbaPBVBPAVA热机效率热机效率热机热机高温热源高温热源 低温热源低温热源热机（热机（正正循环）循环）AB1.1.热机和热机效率热机和热机效率1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸汽蒸汽机机，当时蒸汽机

8、的效率极低，当时蒸汽机的效率极低.1765年瓦特进行了年瓦特进行了重大改进重大改进，大大提高了效率，大大提高了效率。但是。但是典型蒸汽机典型蒸汽机作为现代蒸汽机的雏形，效率低下。作为现代蒸汽机的雏形，效率低下。人们一直在人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机第二节小结第二节小结卡诺热机原理卡诺热机原理卡诺热机原理卡诺热机

9、原理 卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和两个准静过程和两个准静态态绝热绝热过程组成过程组成.低温热源低温热源高温热源高温热源 卡诺热机卡诺热机WABCD 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环卡诺卡诺循环循环.给出了热机给出了热机效率的理论极限值效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理他还提出了著名的卡诺定理.ABAB等温膨等温膨胀过胀过程：程：CDCD等温等温压缩过压缩过程：程：BCBC绝热绝热膨膨胀过胀过程：程：卡诺热机卡诺热机DADA绝热压缩过程：绝热压缩过程：WABCD卡诺循环

10、效率：卡诺循环效率：WABCD 卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高循环的效率越高.例如，设蒸汽机锅炉的温度为例如，设蒸汽机锅炉的温度为230，冷，冷却器温度为却器温度为30，如果把它看作是理想气，如果把它看作是理想气体准静态过程的卡诺循环，其效率为体准静态过程的卡诺循环，其效率为实际上，由于各种损耗，其效率远比此值低，实际上，由于各种损耗，其效率远比此值低，实际蒸汽机效率只有实际蒸汽机效率只有12%15%左右。左右。蒸汽机的发展与贡献蒸汽机的发展与贡献蒸汽机的发展

11、与贡献蒸汽机的发展与贡献 蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而这又主要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的而这又主要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的蒸汽压力仅为蒸汽压力仅为0.110.13兆帕，兆帕，19世纪初才达到世纪初才达到0.350.7兆帕，兆帕，20世纪世纪20年代曾用到年代曾用到610兆帕。在蒸兆帕。在蒸汽温度上，汽温度上，19世纪末还不超过世纪末还不超过250，而到，而到20世纪世纪30年代曾用到年代曾用到450480。至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料热值计总效率不超过热值计总效率不超

12、过3；到；到1840年，最好的凝汽式年，最好的凝汽式蒸汽机总效率可达蒸汽机总效率可达8；到；到20世纪，蒸汽机最高效率世纪，蒸汽机最高效率可达到可达到20以上。以上。蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着汽轮机和内燃机

13、的发展，蒸汽机因存在不可克服汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。的弱点而逐渐衰落。蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。功率的提高。1 动力史上的标志性改革与进步动力史上的标志性改革与进步2 为后来的工业革命拉开了序幕为后来的工业革命拉开了序幕3 极大的解放了人力，提高了社会生产力。极大的解放了人力，提高了社会生产力。4 蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了机械工业甚至社会的发展，解决了大机机械工业甚至社会的发展，解决了大机器生产中最关键的问题，推动了交通运器生产中最关键的问题，推动了交通运输空前的进步。随着它的发展而建立的输空前的进步。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础展奠定了基础历史作用历史作用