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第七节柴油机的平衡柴油机中燃油的总热量大致分为四部分，其热平衡方程式如下：ＱT＝Ｑe＋Ｑw＋Ｑr＋Ｑs为更直观地表示各项热量在燃料总热量中所占的比例，还可用百分数来表示，即将上式各项均除以ＱT并乘上100％，则柴油机的热平衡又可表示为：ｑT＝ｑe＋ｑw＋ｑr＋ｑs＝100％为了清晰、形象地把热平衡方程式中各项热量的分配和转移情况表现出来，可绘制热平衡图，又称热流图。不同形式的柴油机，其各部分热量的分配是不同的，同一台柴油机在各种不同工况下的热平衡情况也是不同的。在稳定情况下运转时，柴油机的热平衡可用实验的方法求出。柴油机在标定工况下热平衡数据一般为：ｑe＝30％～55％；ｑr＝25％～40％；ｑw＝10％～30％；ｑs＝2％～10％。从以上的热平衡分析中可以看出，柴油机废气和冷却水带走的热量大约占燃料总发热量的50％，与有效功的热当量相当，甚至还要大，研究回收这部分热量对提高柴油机的热效率和燃料的利用率及降低排放标准意义十分重大。目前余热回收大致可分为以下几种系统：（1）作为热能利用的节能系统。如以废气余热作为废气锅炉或经济器的热源，产生蒸汽，利用冷却水余热作为淡水发生器、舵室加热和杂用加热等系统的热源。（2）作为电能利用的节能系统。如利用废气驱动的发电机系统，以主机冷却水作热源的氟利昂涡轮发电系统。（3）作为推进功率利用的节能系统。通过对柴油机热平衡的分析，可清楚地看到尽量减少或充分利用冷却介质带走热量的重要性。冷却介质带走的热量数量较大，如能尽量减少或充分利用，会带来巨大的经济效益。D1.通过柴油机热平衡要表明的是（）。A．燃油燃烧所放出的总热量B．有效功在总热量中的比例C．热损失在总热量中的比例D．有效功及各项热量损失在总热量中的比例B2.在柴油机气缸内燃油燃烧所放的热量中转化为曲轴有效功的热量占其总放热量的份额为（）。A．30%～40%B．40%～55%C．45%～60%D．60%～65%C3.在柴油机气缸内燃油燃烧所放的热量中未能转化为曲轴有效功的热量所占比例为（）。A．30%～40%B．40%～45%C．45%～60%D．60%～65%B4.在柴油机的各项热损失中，所含热量较大但可利用程度较差的是（）。A．排气带走热量QrB．冷却热损失QwC．中冷器冷却热损失D．滑油油热损失A5.在柴油机废热的各项热损失中，热量较大且可利用程度较好的是（）。A．排气热损失B．冷却热损失C．中冷器热损失D．滑油热损失A6.目前在船用柴油机中废热利用最好的是（）。A．排气热损失B．冷却热损失C．中冷器热损失D．滑油热损失B7.研究绝热发动机主要可以减少（）。A．排气热损失B．冷却热损失C．中冷器热损失D．滑油热损失D8.通过柴油机的热平衡可以看出各项热损失中所含热量较大的是（）。A．排气带走热量QrB．冷却热损失QwC．中冷器冷却热损失D．A＋BC9.非增压四冲程柴油机缸内的热量主要来自（）。A．部分上循环废气热量B．冷却热量QwC．本循环燃烧放热量D．A＋BD10.废气涡轮增压柴油机缸内的热量主要来自（）。A．部分上循环废气热量B．冷却热量QwC．本循环燃烧放热量D．A＋C第八节柴油机的废气排放与净化42题考点1：柴油机有害排放物的种类和产生的原因13题按照柴油机排放物对人类是否产生危害，可将其划分为有害排放物和无害排放物两大类。1．无害排放物柴油机的无害排放物包括氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）和蒸汽等，其中CO2尽管对地球气候会产生温室效应，但由于对人类无直接危害，故一般仍作为无害排放物看待。2．有害排放物柴油机的有害排放物包括一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）、醛类（RCHO）、多环芳香烃（PAH）、炭烟微粒（PM）以及含硫燃料燃烧时所排出的二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等，也将其称为污染物。凡从燃烧装置中直接排出的有害排放物称一次有害排放物，上面所列出的有害排放物都属于一次有害排放物，一次有害排放物排入大气后经化学反应等化学变化所生成的新有害排放物称二次有害排放物。如臭氧（O3）、过氧酰基硝酸盐（PAN）、一水硫酸铵（（NH4）2SO4H2O）等是二次有害排放物。有些有害排放物如醛和NO2既可在柴油机排气中找到，也可由化学反应生成，因此，它们既可规入一次有害排放物，也可作为二次有害排放物看待。在柴油机的排放物中氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）均能够产生两次有害排放物。B1..下列哪项有害排放的减少措施与提高柴油机的经济性要求是矛盾的（）。A．HCB．NOxC．COD．微粒物A2，柴油机供气不足会造成排气中下列有害成分增加（）。Ⅰ.NOxⅡ.COⅢ.HCⅣ.炭烟Ⅴ.SO2A．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣC．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅣD．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC3.柴油机冒黑烟的主要原因是（）。A．燃油的预热温度过高B．喷油提前角过大C．喷油器滴漏D．速燃期过长D4.柴油机冒黑烟的主要原因是（）。A．燃油品质不好，杂质多B．喷油提前角过小C．排气阀关闭不严D．A＋B＋CC5.柴油机排气中的黑烟主要来自于（）。A．冷车启动燃烧不良的燃油微粒B．燃油低温的聚合产物C．燃油高温下的缺氧热裂产物D．低速运转中燃油燃烧的微粒C6.柴油机喷油定时过迟，其排气颜色为（）。A．白色B．淡灰色C．黑色D．蓝色B7.柴油机正常工作时排气颜色应该是（）。A．白色B．淡灰色C．黑色D．蓝色A8.柴油机排气是白色主要因为（）。A．气缸中有水B．气缸中滑油燃烧C．燃烧不良D．雾化不良A9.当柴油机缸内有大量滑油燃烧时，排烟的颜色是（）。A．蓝色B．白色C．黑色D．灰色C10.理论研究指出NOx的生成主要因素有（）。Ⅰ.燃油化学成分Ⅱ.燃烧室中氧浓度Ⅲ.最高温度Ⅳ.最高温度持续时间A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD11.根据对NOx的形成机理研究，生成NOx浓度最小的燃烧室形式是（）。A．开式B．半开式C．半分隔式D．分隔式D12.根据对HC形成的机理研究，对HC形成影响最大的因素是（）。A．燃油的化学成分B．可燃混合气质量C．燃烧质量D．不完全燃烧B13.根据柴油机排气中有害成分SO2的生成机理指出其生成的最大影响因素是（）。A．燃油的化学成分B．燃油的硫分C．空气中含硫量D．缸内燃烧质量考点2：各种有害排放物造成的主要危害13题1．一氧化碳（CO）一氧化碳是无色、无臭的有毒气体，它虽然对人的呼吸道无直接作用，但被吸入人体后，能比氧强210倍的亲和力同血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，使人发出恶心、头昏等症状，严重时会窒息死亡。2．氮氧化物（NOx）nO是无色并具有轻度刺激性的气体，它在低浓度时对人体健康无影响，高浓度时能造成人与动物中枢神经系统障碍。尽管NO的直接危害性不大，但NO在大气中可以被臭氧氧化成毒性大5倍的二次有害排放物NO2。NO2是一种赤褐色的带刺激性的气体，吸入人体后与血红蛋白作用，成为变性血红蛋白，使血液的输氧能力下降。它对心、肝、肾等也有影响。3．碳氢化合物（HC）也叫未燃烃柴油机排放物中碳氢化合物的危害主要有两个方面：一方面为其中的有些成分如多环芳香烃中的3、4苯并芘和若干硝基烃已被确认为致癌物质；另一方面其也可在光化学反应下产生臭氧（O3）等二次有害排放物，并形成光化学烟雾。4．微粒柴油机的炭烟微粒主要由碳元素构成，并在其表面凝结或吸附含氢成分--未燃烃。由于含氢成分绝大多数可用有机溶剂萃取出来，故称为可溶有机成分。可溶有机成分，尤其是多环芳香烃等致癌物质，是微粒中威胁人体健康的主要因素。蓝烟和白烟往往发生在柴油机启动和低负荷运转之时，它们都是燃油或润滑油的微粒，但粒度不同。蓝烟的粒径在0.5μm以下，而白烟的粒径在1μm以上。在蓝烟和白烟排出的同时，由于有燃烧中间生成物（如甲醛等）排出，故有刺激性与臭味。B1.柴油机排气中能够产生两次有害排放物的主要有（）。Ⅰ.NOxⅡ.COⅢ.HCⅣ.CO2A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣC2.在下述无害排放物中能够产生两次有害排放物的是（）。A．N2B．O2C．COD．H2OA3.在下述有害排放物中能够产生两次有害排放物的是（）。A．NOxB．COC．颗粒物D．炭烟B4.在下述有害排放物中能够产生两次有害排放物的是（）。A．COB．HCC．颗粒物D．炭烟A5.在NOx的组分中以及其二次污染生成物中最有害的成分是（）。A．NO2B．NOC．醛D．PANC6.柴油机有害排放物中的NOx产生二次污染生成物的机理是（）。A．温室效应B．NOx与HC的凝聚反应C．光化学反应D．连锁反应A7.NOx与HC在大气中产生光化学反应后生成二次污染物中最有害的是（）。A．O3B．醛C．PAND．酚D8.柴油机有害排放物中的SO2产生的最大危害是（）。A．刺激性B．损害人的眼鼻喉C．呼吸道炎症D．形成酸雨D9.柴油机排气中的有害成分HC的危害在于（）。A．致癌B．刺激性C．光化学烟雾D．A＋CC10.根据柴油机排气中有害成分NOx的生成机理分析，影响NOx生成的主要因素是（）。Ⅰ.燃油中氮含量Ⅱ.燃烧室内氧气浓度Ⅲ.最高燃烧温度Ⅳ.预混燃烧燃油量Ⅴ.扩散燃烧燃油量Ⅵ.燃气在最高燃烧温度滞留时间A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥC11.柴油机废气中有害成分有（）。Ⅰ.CO2Ⅱ.COⅢ.HCⅣ.颗粒物Ⅴ.NOXA．Ⅰ＋ⅡB．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤD．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤB12.柴油机废气中的有害成分主要有（）。Ⅰ.NOXⅡ.COⅢ.HCⅣ.SO2Ⅴ.颗粒Ⅵ.CO2A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅴ＋ⅥB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥB13.柴油机排放物中的CO2产生的最大危害是（）。A．连锁反应B．温室效应C．光化学烟雾D．形成酸雨考点3：对各种有害排放物的控制措施16题对柴油机排气的净化可以分为前处理、改进柴油机工作过程和后处理三类方式。前处理的净化措施有：燃料的去硫、减少芳香烃含量、精细过滤、乳化、磁化、进气喷水、熏蒸、废气再循环等。后处理的净化措施有：水洗涤、催化反应、热反应器、碳化反应器、微粒过滤、静电除尘等。1．前处理前处理是对燃料或空气在进入气缸前进行预先处理，以期减少缸内过程中所产生的有害排放物。对燃料来说，有除硫、减少芳香烃含量、除氮、掺添加剂、掺水或掺醇乳化、精细过滤和磁化等办法。对空气来说，有熏蒸、向燃烧室供水、废气再循环等。（1）对燃油的前处理迄今为止还没有任何一种机内净化方法可以抑制硫化物的生成，因此，预先除去燃料中的硫是最可靠的方法。燃料中芳香烃含量的多少与炭烟粒子的排放浓度有直接关系，因此，限制芳香烃含量在20%～25%对减少炭烟粒子是有利的。燃油中氮的含量极少，一般石油中氮的质量分数不到0.02%。用各种燃料添加剂降低排放量主要用于降低烟度，有些添加剂使用时会造成新的污染，所以应用时要特别注意。（2）对空气的前处理向燃烧室供水或加蒸汽（熏蒸），可以降低燃烧温度，减少NO生成量，但功率有所损失。此方法还可能会引起进气管路及气缸等部件的锈蚀并污染滑油。2．后处理柴油机后处理是对排出的废气在进入大气环境前进行处理，使废气中有害成分的含量进一步降低。在柴油机应用较多的是对微粒的后处理，如水洗涤法、静电除尘法、油浴过滤法用于大型柴油机中。微粒过滤器法用于小型柴油机中。D1.为了防止柴油机的排气对大气形成严重的污染，《73/78防污公约》附则Ⅵ中规定不准使用含硫量超过（）的燃油。A．1.5%B．2.5%C．3.5%D．4.5%A2.为了防止柴油机的排气对特殊区域内的大气形成严重的污染，《73/78防污公约》附则Ⅵ中规定在特殊区域内不准使用含硫量超过（）的燃油。A．1.5%B．2.5%C．3.5%D．4.5%A3.MARPOL公约附则Ⅵ对船舶柴油机下列哪种成分的排放进行了限制（）。A．NOx、SOxB．HC、COC．NOx、微粒物D．HC、SO2D4.MARPOL公约附则Ⅵ对船舶柴油机SOx排放的限制方式是（）