絕熱指數(shù)

氣體的絕熱指數(shù)K是反映氣體性質(zhì)的一個(gè)重要物理量，它在研究氣體的內(nèi)能和氣體分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及熱力工程技術(shù)的應(yīng)用中都是很重要的。

對(duì)于理想氣體，絕熱指數(shù)K是常數(shù)，由氣體性質(zhì)決定。對(duì)于實(shí)際氣體，絕熱指數(shù)K與溫度T和壓強(qiáng)p有關(guān)。求解實(shí)際氣體的絕熱系數(shù)，可先通過(guò)實(shí)測(cè)比定壓熱容Cp，再根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系求解CV，最后確定絕熱指數(shù)K。但是，在高壓或低溫的情況下，工質(zhì)氣體的定壓比熱容Cp的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少。工程上常常借助于普遍化熱容差圖來(lái)估算較高壓強(qiáng)下真實(shí)氣體的熱容，上述的估算往往給計(jì)算絕熱指數(shù)帶來(lái)了不確定性。

利用氣體聲速的數(shù)據(jù)與熱力學(xué)關(guān)系并通過(guò)準(zhǔn)確的狀態(tài)方程也能求解實(shí)際氣體的絕熱指數(shù)。運(yùn)用球共鳴聲學(xué)法已能相當(dāng)準(zhǔn)確測(cè)量氣體的聲速，利用該法測(cè)定聲速的誤差小于萬(wàn)分之一。故此如果方法得當(dāng)，再通過(guò)熱力學(xué)關(guān)系式可以較精確的確定氣體的絕熱指數(shù) 。

自噴井和氣舉井在井口安裝油嘴，分別用于節(jié)流控制產(chǎn)量和注氣量，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的調(diào)控。除了井口的油嘴外，油田上還有其他許多節(jié)流裝置，比如井下節(jié)流閥、氣舉閥、分層注氣的氣嘴等。流體通過(guò)這些截面突縮部件的流動(dòng)被稱(chēng)為嘴流。氣體嘴流流量方程與絕熱指數(shù)有關(guān)，只有當(dāng)氣體壓力較低時(shí)，可以當(dāng)作理想氣體，這時(shí)絕熱指數(shù)是定壓比熱容與定容比熱容的比值，為常數(shù)；而氣體的定壓比熱容和定容比熱容都是溫度和壓力的函數(shù)，這兩者的比值被稱(chēng)為比熱比。對(duì)于氣體絕熱等熵過(guò)程，計(jì)算溫度相關(guān)量時(shí)需要使用溫度絕熱指數(shù)；計(jì)算體積相關(guān)量時(shí)需要使用體積絕熱指數(shù)，兩者不相等。氣體嘴流流量方程中的絕熱指數(shù)實(shí)際上是體積絕熱指數(shù)，是溫度和壓力的函數(shù)。油田生產(chǎn)中進(jìn)行氣體嘴流流量計(jì)算時(shí)，體積絕熱指數(shù)一般取常數(shù)1.3，在溫度和壓力較高時(shí)是不合適的。

體積絕熱指數(shù)隨溫度的升高而降低，隨壓力的增加而增加。當(dāng)壓力小于10MPa時(shí)，體積絕熱指數(shù)可視為常數(shù)1.3；當(dāng)壓力大于10MPa時(shí)，如果出口與入口壓力比大于0.9，工程上體積絕熱指數(shù)取1.3的固定值是合適的，否則，比熱比與體積絕熱指數(shù)相差較大，用其代替體積絕熱指數(shù)會(huì)帶來(lái)較大的誤差 。2100433B

絕熱指數(shù)是指理想氣體可逆絕熱過(guò)程的指數(shù)，用K表示，所以理想氣體比熱比等于絕熱指數(shù)。在天體物理學(xué)中絕熱指數(shù)也指天體被壓縮1%所產(chǎn)生的壓力增大的百分比。

若流體工質(zhì)在狀態(tài)變化的某一過(guò)程中不與外界發(fā)生熱交換，則該過(guò)程就稱(chēng)為絕熱過(guò)程。用節(jié)流孔板測(cè)量氣體流量時(shí)，流體流過(guò)節(jié)流孔板時(shí)發(fā)生的狀態(tài)變化，可近似地認(rèn)為是一絕熱過(guò)程。為了在測(cè)量中能求出氣體膨脹系數(shù)，就需要知道表征被測(cè)氣體為絕熱過(guò)程的絕熱指數(shù)。若該氣體可認(rèn)為是理想氣體，則其絕熱指數(shù)K就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即

K=Cp/Cv

對(duì)于實(shí)際氣體來(lái)說(shuō)，絕熱指數(shù)與氣體的種類(lèi)、所受壓力、溫度有關(guān)。一般地說(shuō)，單原子氣體的絕熱指數(shù)K為1.66，雙原子氣體的絕熱指數(shù)K為1.41。

空氣絕熱指數(shù)γ的測(cè)量是熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要內(nèi)容，測(cè)量過(guò)程要求滿足絕熱條件，這增加了許多技術(shù)困難。

根據(jù)超聲波在空氣中的傳播特性，采用駐波法測(cè)量空氣絕熱指數(shù)，與傳統(tǒng)的方法（絕熱膨脹或壓縮法）相比，該方法儀器簡(jiǎn)單，不必對(duì)研究對(duì)象的絕熱條件加以嚴(yán)格限制，且提高了精確度.得到的γ值結(jié)果和理論值比較吻合。說(shuō)明在常溫狀態(tài)下，理想干燥空氣的絕熱指數(shù)γ=1.40理論值的正確性，同時(shí)也測(cè)得非理想干燥空氣的絕熱指數(shù)值γ≈1.436，它受空氣濕度和氣壓的影響.這種測(cè)量氣體絕熱指數(shù)的方法適用于任何氣體 。

理想氣體可逆絕熱過(guò)程的指數(shù)稱(chēng)為絕熱指數(shù)，用K表示，所以理想氣體比熱比等于絕熱指數(shù)。

若流體工質(zhì)在狀態(tài)變化的某一過(guò)程中不與外界發(fā)生熱交換，則該過(guò)程就稱(chēng)為絕熱過(guò)程。用節(jié)流孔板測(cè)量氣體流量時(shí)，流體流過(guò)節(jié)流孔板時(shí)發(fā)生的狀態(tài)變化，可近似地認(rèn)為是一絕熱過(guò)程。為了在測(cè)量中能求出氣體膨脹系數(shù)，就需要知道表征被測(cè)氣體為絕熱過(guò)程的絕熱指數(shù)。若該氣體可認(rèn)為是理想氣體，則其絕熱指數(shù)K就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即K=Cp/Cv。

對(duì)于實(shí)際氣體來(lái)說(shuō)，絕熱指數(shù)與氣體的種類(lèi)、所受壓力、溫度有關(guān)。一般地說(shuō)，單原子氣體的絕熱指數(shù)K為1.66，雙原子氣體的絕熱指數(shù)K為1.41。

絕熱常數(shù)簡(jiǎn)介

理想氣體的熱容不隨溫度變化。焓及內(nèi)能分別為

理想氣體的定壓莫耳熱容及定容莫耳熱容及氣體常數(shù)（R）之間有以下的關(guān)系：

絕熱常數(shù)和自由度的關(guān)系

理想氣體的絕熱指數(shù)（

單原子氣體的自由度是3，因此絕熱指數(shù)為：

空氣主要由雙原子氣體組成，包括約78%的氮?dú)猓∟₂）及約21%的氧氣（O₂），室溫下的干燥空氣可視為理想氣體，因此其絕熱指數(shù)為：

以上數(shù)據(jù)和實(shí)際量測(cè)而得的數(shù)據(jù)1.403相當(dāng)接近。

稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)經(jīng)濟(jì)性的改善

隨著空燃比的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗明顯下降，這主要來(lái)自幾個(gè)方面的原因：首先是采用稀薄混合氣燃燒時(shí)循環(huán)熱效率提高。汽油機(jī)的實(shí)際循環(huán)接近于定容加熱循環(huán)，定容加熱循環(huán)的指示熱效率與壓縮比和絕熱指數(shù)的關(guān)系可以看到，提高工質(zhì)的絕熱指數(shù)和壓縮比有利于指示熱效率的提高。隨著空燃比的提高，空氣所占的量增加，因此工質(zhì)的絕熱指數(shù)逐漸接近于空氣的絕熱指數(shù)，理論上，在空燃比達(dá)到無(wú)限大時(shí)，熱效率達(dá)到最大值。另外，由于稀燃混合氣燃燒溫度低，燃燒產(chǎn)物的離解損失減小，并且降低了與氣缸壁面的傳熱，也使熱效率得以提高。 由于稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)一般不受到高負(fù)荷時(shí)的爆燃極限的限制，可以采用較高壓縮比，有利于熱效率的提高。當(dāng)采用稀薄混合氣燃燒時(shí)，由于進(jìn)入缸內(nèi)空氣的量增加，減小了泵氣損失，這對(duì)汽油機(jī)部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的改善是很明顯的，同時(shí)也可以采用變質(zhì)調(diào)節(jié)，不用節(jié)氣門(mén)或是小節(jié)流，會(huì)大大減小泵氣損失，特別有利于改進(jìn)部分負(fù)荷性能。

稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)排放的改善

隨著空燃比的增加，由于采用稀的混合氣使燃燒溫度降低，NOx的排放明顯減少，同時(shí)燃燒產(chǎn)物中的氧成分有利于HC和CO的氧化，因此，HC和CO的排放也減小，然而，隨著空燃比增加到一定程度，由于燃燒速度的降低可能會(huì)使燃燒不完全，HC的排放會(huì)迅速增加。如果能合理地設(shè)計(jì)緊湊的燃燒室，并組織好空氣運(yùn)動(dòng)使燃燒在短時(shí)間內(nèi)完成，那么三種排放都可以大大減少。

稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)不足之處

根據(jù)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在分層稀薄燃燒到均質(zhì)理論空燃比燃燒過(guò)程中，空燃比連續(xù)變化。因此，三效催化轉(zhuǎn)化器不能夠凈化排放氣體中的NOx。這是因?yàn)槿Т呋D(zhuǎn)化器要利用排氣中的HC或CO進(jìn)行NOx還原反應(yīng)的緣故。在稀薄燃燒中，在排放氣體中殘留很多氧氣，不能進(jìn)行NOx還原反應(yīng)。為了使NOx吸儲(chǔ)型催化劑獲得高效功能，其溫度必須保持在250-500℃范圍內(nèi)。當(dāng)超過(guò)這一溫度范圍發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到均質(zhì)理論空燃比燃燒，并通過(guò)三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行廢氣處理。

然而這又與燃油經(jīng)濟(jì)性下降相關(guān)，為此，必須增加廢氣冷卻裝置。

利用這種冷卻裝置，排放氣體通過(guò)NOx吸儲(chǔ)型催化轉(zhuǎn)化而被冷卻，由于稀薄燃燒的范圍寬，催化轉(zhuǎn)化器的壽命也延長(zhǎng)。然而，NOx吸儲(chǔ)型催化轉(zhuǎn)化器會(huì)受到硫侵蝕而中毒，所以必須把汽油中的含硫量盡量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到處能供應(yīng)的。大眾汽車(chē)公司采取的措施是，把催化劑反應(yīng)溫度提高到650°以上，從而把附著在催化劑上的硫通過(guò)燃燒而加以消除。

在高速行駛時(shí)，能夠保持這樣高的催化劑溫度，但是，在城市內(nèi)行駛時(shí)則催化劑溫度下降，就不能燒除附著在催化劑的硫。為此，通過(guò)NOx傳感器監(jiān)視硫附著在催化劑上的程度，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況提高排放氣體的溫度。

作為其措施，一般采用點(diǎn)火正時(shí)延遲，盡管這樣做會(huì)引起燃油經(jīng)濟(jì)性惡化，但是為了凈化處理NOx，這是不得已而為之。

另外，稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)由于噴射器的加入導(dǎo)致了對(duì)設(shè)計(jì)和制造的要求都相當(dāng)?shù)母?，如果布置不合理、制造精度達(dá)不到要求導(dǎo)致剛度不足甚至漏氣只能得不償失。

另外稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油品質(zhì)的要求也比較高。