机械功在热能与动力工程中的应用与优化探讨

肖代晏

摘  要：目前，热能与动力工程已成为我们国家生活的重要组成部分，在发动机、制冷机等领域有着广泛的应用。从实用角度来看，它涵盖了信息处理技术、环境保护、能源清洁利用、新能源的应用，这些都涉及到了工程热力学中的能源转化，也涉及到了工程热力学的应用。

关键词：机械;功;热能;动力工程;应用;優化

引言：

热能与能源工程的应用范围非常广泛，在发动机、制冷机、发电机等方面都有应用。在这些制造与生产中，将会涉及到工程热力学中的能源转化与利用，以及如何将各种机械功应用于工程热力学。机械功在热能和动力工程中的具体表现有：工艺功和技术功，其中流体功和容积功是主要的，而技术功是轴功。

1.机械功概述

工程热力学是一门以工程概念为核心的基础课，它包括了热力学的基本原理和应用。它在动力工程中占有重要地位。热力学的研究范围很广，特别是在农业和工业方面，热能和动力工程的应用更加广泛。热力学在我国的航空、电厂、空调系统、制冷系统等领域得到广泛地应用。而且，对于机械功的物理含义，也几乎没有进行过详细的分析，也没有深入探讨各种力学活动之间的关系。众所周知，在力学理论中，所有的外力都是施加在一个物体上，使其承受的外力和数值都不为0。同时，可以使物体在合外力作用下的方向上发生一定的偏移。我们可以说，这一合的外力对所持的物体起到了作用。因此，要定义力学功，就应该满足以下条件：力是对这个对象起作用的;同时，这个物体也要在这个力的作用下移动一定的距离。热力学中包含的机械功包括技术功、体积功、流动功、轴功等等。不同的机械功是有联系的，必须要弄清楚它们之间的关系，然后再进行最优的设计。

2.机械功在热能与动力工程中的应用问题

2.1 工程机械设备存在问题

根据目前的调查，许多热能、动力工程都不能科学、高效地使用机械功，往往会出现机械无法高效、持续运转的问题，从而导致设备在运转时，会消耗大量的能量，造成资源的浪费。另外，在长时间的低效率运行中，设备的使用寿命会出现不必要的损失，严重时会导致系统停机。比如，由于各种零件的不正常摩擦，导致了设备的磨损，从而导致设备的工作效率不断降低，导致设备失效，严重的话，会导致设备报废。可见，热能与动力工程中的机械设备，若出现带病操作等异常情况，不但会降低生产效率，而且还会对设备造成不可恢复的损害。

2.2 工程体系能量损耗严重

热能和动力工程都需要能量支撑，只要给工程机械供应充足的热量，就可以把热量转换成电能。但事实上，在许多热能与能源工程的实际应用中，由于缺乏对能源的掌控，导致热量无法有效转化为动能，导致能源的过度损耗，从而导致设备的运行效率下降。按照能量守恒定律，能量不可能无缘无故的消失，也不可能无中生有，热能和能源工程学也是一样，当热量被消耗掉以后，就会变成能源，但也会有一定的损耗。若装置的能源转换效率比较低，则需要耗费大量的能源来达到相应的工作效果。实践证明，由于环境、设备等原因，在向热能转换为机械能时，会产生大量的能源损耗，这是热能与能源工程的一个致命问题。

2.3 热能与动力工程维护体系有待完善

热能与动力工程的长期稳定运转，需要科学的维修和维护，许多大型工程机械一旦投入使用就无法停止，因此在投入使用前，必须对其进行全面的系统检查，确保其工作状况良好。此外，长时间高功率运转会导致设备的负载和压力相对较高，从而对设备状况造成不利的影响，导致热能和动力工程系统的运行质量下降。

3.热能和动力工程力学中的机械功应用与优化

3.1空调与制冷系统中机械功应用和优化

随着人们的生活水平的提高，各种制冷设备的使用越来越广泛，它的基本原理是：从各个冷冻室排出的一种特殊的制冷剂会被吸入压缩机的内部，在这个过程中，压缩机的内部压力和温度都会随之升高，而压缩的制冷剂就会被送到一个冷却系统中，然后被送到一个充气装置中，完成工作。在这个时候，它的压力和温度都会下降，然后被输送到制冷设备中，从而达到制冷的目的。在其冷却期间，其技术功能直接关系到整个系统的节能效果。所以，为了达到最佳的制冷效果，可以采用适当的冷却方法，减少压缩机本身的工作损耗。并可降低对应工质的温度，提高系统的工作效率。而且，还可以采用分层压缩和级间冷却等方法，来优化制冷系统，从而大大减少了工艺工作的消耗。

3.2活塞发动机中的应用与优化

活塞式发动机是各种车辆中最常用的一种，它是热能、动力工程领域中最常用的一种。活塞式引擎将气体与空气混合，压缩，燃烧，并放出热量。热能通过运动的活塞转换为机械功。活塞式引擎的工作包括四个阶段：进气混合，压缩气体，燃烧膨胀和废气的工作。这四个过程中，只需要将气体燃烧，让它膨胀，然后再用机械功，剩下的三个阶段，都需要消耗能量。所以，为了提高内燃机的有用功，一般都是提高内燃机的充气功，而在其他过程中，则要减少内燃机所耗的功。当压强增大时，可以提高热效率，增大输出功。在有条件地增加压缩比的情况下，可以通过调节混合气的剩余气体系数油温度（滑油温度适宜、黏度合适、润滑性能最佳、摩擦损耗功和体积膨胀功）、排气（涡轮增压、提高废能利用率）等措施都可以增加发动机曲轴输出功，从而提高发动机功率和效率。

3.3空调系统中机械功的应用与优化

随着社会和经济的发展，越来越多的制冷设备走进了人们的生活。空调器、电冰箱等的工作原理是：某一种制冷剂通过冷库流入压缩机，使其受到压缩，从而使压缩机内的温度和气压不断上升，压缩后的制冷剂被送入制冷装置，制冷装置在制冷过程中会吸收热量，从而达到降温、吸热的效果。空调、冰箱等设备的制冷效果与制冷技术的发展密切相关，通过对空调系统进行优化处理，可以减少压缩机本身的能耗，同时也可以降低相应的工作液的温度，从而增加整个系统的功率。另外，采用分层压缩或分层降温等方法进行制冷系统的优化设计，可以降低整体制冷工艺中的技术功率消耗。

3.4对机械进行定期的维护

在热能与动力工程中，机器的工作周期都比较长，而且长时间的高强度工作，会造成机器的磨损，从而缩短机器的使用寿命，影响到整个工程。所以，要想在这种情况下，提高工程的质量，就必须要定期地进行机械的保养，这样才能保证工程的安全，而且还可以保证工作的顺利进行，这对于热能和动力工程的发展是十分有利的，可以提高工作的效率，增加的机械的利用率，节省的能源。

结束语

在稳态流动中，其膨胀功等于技术功与流动功之和，流动功为零时，其技术功与膨胀功相当。若工质进、出热力设备的能量改变可以忽略不计，技术功与轴功相当。在航空活塞发动机中，可以通过调整剩余气体系数、调整滑油温度和废气利用等方法来增加发动机的容积功率，从而提高发动机的热效率和增加发动机的动力;采用燃气轮机，可以增加压气机的加压比，增加发动机的热效率，增加发动机的推力。

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