1、蒸汽機原理,鐵路蒸汽機,目錄,1,2,1,蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，后來才逐漸讓位于內燃機和汽輪機等,高中課本上說蒸汽機是瓦特在燒水的時候看到水蒸氣頂開瓶蓋得到靈感發明的，這并不是正確的。 1807年羅伯特富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅動輪船。瓦特并不是蒸汽機的發明者，在他之前，早就出現了蒸汽機，即紐科門蒸汽機，但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在,卡特,從1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞、

2、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出了現代意義上的蒸汽機,蒸汽機模型 ,還原工作原理,全玻璃制作,2,下面的示意圖展示了活塞式蒸汽機的主要部件。這是用在蒸汽機車中的典型蒸汽機,你在上圖中可以看到廢蒸汽被簡單地排放到了空氣中。這就解釋了關于蒸汽機車的兩件事： 1、它解釋了為什么蒸汽機車需要在車站加水隨著蒸汽的消耗，水不斷地在損失。 2、它解釋了火車“呼哧”聲的來源。當閥門打開汽缸釋放廢蒸汽時，蒸汽以很大的壓力沖出來而產生“哧”的聲音。當火車剛啟動的時候，活塞移動得很慢，而后火車開始變快，活塞運動也在加快。這就產生了我

3、們在火車啟動時常常聽到的效果：“呼哧呼哧哧哧哧,在蒸汽機車中，十字頭通常與傳動桿相連，從那里連到聯桿，由聯桿驅動機車的輪子。結構通常如下所示,主要是一個汽缸，汽缸運動到右側末端時，打開右側進氣閥向汽缸右側沖高壓水蒸汽，打開左側排氣閥，高壓水蒸汽推動活塞向左運動，運動最左端時，打開左側進氣閥關閉右側排氣閥，向汽缸左側沖高壓水蒸汽，使汽缸活塞向右運動。將汽缸活塞的往復運動通過聯桿滑塊曲軸轉化為旋轉運動。各閥門的開關也是通過聯桿滑塊帶動滑閥進行的,凈功,結論：在任何一個循環過程中，系統所作的凈功在數值上等于P-V圖上循環曲線所包圍的面積,BbA為壓縮過程：-Wb,循環過程,2.特征：經歷一個循環過程

4、后內能不變，即E=0,AaB為膨脹過程：Wa,3.PV圖,熱機效率,熱機（正循環,1.熱機和熱機效率,1698年薩維利和1705年紐可門先后發明了蒸汽機 ，當時蒸汽機的效率極低 .1765年瓦特進行了重大改進 ，大大提高了效率 。但是典型蒸汽機作為現代蒸汽機的雛形，效率低下。人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學理論的發展,第二節小結,卡諾循環是由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程組成,1824 年法國的年青工程師卡諾提出一個工作在兩熱源之間的理想循環卡諾循環. 給出了熱機效率的理論極限值; 他還提出了著名的卡諾定理,A

5、B等溫膨脹過程,CD等溫壓縮過程,BC絕熱膨脹過程,卡諾熱機,DA絕熱壓縮過程,卡諾循環效率,卡諾熱機效率與工作物質無關，只與兩個熱源的溫度有關，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環的效率越高,例如，設蒸汽機鍋爐的溫度為230，冷卻器溫度為30，如果把它看作是理想氣體準靜態過程的卡諾循環，其效率為,實際上，由于各種損耗，其效率遠比此值低，實際蒸汽機效率只有12%15%左右,蒸汽機的發展首先體現在功率和效率的提高，而這又主要取決于蒸汽參數的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.110.13兆帕，19世紀初才達到0.350.7兆帕，20世紀20年代曾用到610兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀末還不超過250，而到

6、20世紀30年代曾用到450480。 至于效率，瓦特初期連續運轉的蒸汽機，按燃料熱值計總效率不超過3；到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率可達8；到20世紀，蒸汽機最高效率可達到20以上,蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。 蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高,1 動力史上的標志性改革與進步 2 為后來的工業革命拉開了序幕 3 極大的解放了人力，提高了社會生產力