机械功在热能与动力工程中的应用与优化

机械功在热能与动力工程中的应用与优化

李佳

国电联合动力技术（赤峰）有限公司， 内蒙古赤峰 024000

摘要：近年来，随着社会的发展，我国的工业化发展也突飞猛进。机械功简称功，基本概念就是物体在力的方向上运动了一定距离，做功的前提是作用于该物体的合力不等于零，机械功会随着移动距离或者合力的增加而增大。机械功是一门基础学科，在热能与动力工程等方面的应用非常广泛，基本上涉及到整个力学范围，而应用广泛的主要原因就是能够发挥省距离或者省力的优点，有助于提高工程效率，降低工程成本。要让机械功在热能与动力工程中的应用更加完善，需要针对其进行具体应用研究，总结优化策略。

关键词：机械功；热能与动力工程；应用与优化

引言

热能与动力工程已经广泛的涵盖到了现代生活的方方面面，主要应用在发动机、制冷机和发电机等领域，可行的发展方向包括信息处理技术应用、环境保护、能源高效清洁利用和新能源开发等。这些制造及生产过程中都会涉及到工程热力学中的能量转换和利用，和各种机械功在工程热力学中的有效利用。机械功在热能与动力工程中的具体表现形式分为以下两种:过程功和技术功，过程功主要有流动功和体积功，技术功主要是轴功。

1概述

工程热力学涉及到热力学方面的各种原理和相应的现实应用，属于基础性的学科之一，其主要是通过工程的理念来理解并运用热力学。对于动力工程来说，其占据着非常关键的位置。热力学涉及的领域非常广泛，尤其是在我国的功业以及农业领域中，相关的热能以及动力工程的使用情况更广。热力学普遍的应用在我国航空领域、电厂、空调系统以及制冷系统中，这些领域里有关的能量利用与设计，均需要以热力学作为支撑。所以，我们有必要对不同的机械功加以分析与研究，了解并掌握它们之间所存在的联系，探索如何更好地使机械功的使用得到优化，不断地促进产业生产效率及经济效益的提升。同时，降低对于能源的消耗。现阶段，人们将热力学的研究，过多地集中于对于理论和学科的优化研究，很少会涉及到机械功的实际应用研究。并且，也几乎未对机械功所具有的物理内涵加以细致分析，没有对不同机械功所具有的联系加以探索。众所周知，力学说研究的范围之内，作用在某一物体之上的全部外力，让该物体所受到的外力和值不等于零。同时，能够让该物体沿着合外力所作用的方位位移特定的长度。我们可以说该合外力对持物体做了一定的功。所以，我们如果给机械功下一个定义的话，应当符合下列的条件：力必须是作用于该物体；同时该物体也要在此力所在的方位位移特定的长度。而热力学里包含有的机械功有多种形式，分别为：技术功、体积功、流动功、轴功等等。不同的机械功之间还存在一定的联系，只有先弄清不同机械功的含义及相互作用，才可以更好的对其进行优化与设计。

2机械功在热能与动力工程中的现状

2.1机械设备消耗大

在现阶段，热能与动力工程中并没有很好的对机械功进行利用，这就导致热能与动力工程的机械设备无法进行高效的工作,往往在工作过程中，需要大量的资源，并且机械需要运行很长的时间去进行工作。这样的情况，不仅导致工作效率低下，还导致资源得到了浪费。更为重要的是，长时间的工作会导致机械设备消耗变大，从而导致设备的寿命降低。造成这样的原因是因为在热能与动力工程中的一些机械设备是需要不断的进行磨损的，如果没有定期的对其进行润滑，或者对其进行修理，从而减小摩擦，这就会导致机械设备的消耗变大，久而久之，机械设备的磨损程度就会增大，再加上长时间的工作，就会加快机械设备的损耗，从而导致机械设备的损坏，甚至是报废。由此可以看出，机械设备在工作过程中会不断的加大机械功，从而让机械的工作效率下降，导致机械设备受损。

2.2工作效率降低

在热能与与动力工程中，机械的工作中存在着一些问题，这些问题有机械本身存在着缺陷，或者是，机械设计时的理想状态和机械实际运行时有很多的不同，这样的情况就会导致工作效率的降低，让机械运行时负载过于大。

3机械功在热能与动力工程中的应用与优化

3.1机械功在空调以及制冷系统中的应用和优化

随着人们生活水平的不断提升，各式各样的制冷设备用于人们的日常生产与生活之中，相关的制冷原理则多为：由相应冷藏室所流出的特定制冷剂会被吸到压缩机的内部，在其中完成压缩处理，此时的内部压力以及温度均会增加，然后将压缩后的制冷剂再输送到相应的冷却装置中，然后再输送至膨胀装置中完成做功。此时，其压力以及温度均会明显的减少，再将这些温度相对低的制冷剂送至相应的冷藏装置，完成吸热过程，最终实现对冷藏室温度调节的效果。在其制冷的过程中，技术功在很大程度上影响到整个系统的节能效果。因此，对于制冷系统优化处理，可以通过相应的冷却手段，来降低压气机自身对于功的消耗。同时，也能够减少相应工质的温度值，达到改善系统功作效率的目的。另外，也能通过分级进行压缩处理，以及级间冷却的措施，来对制冷系统进行优化设计，这样也能够明显地降低整个过程中技术功的使用量。

3.2活塞发动机中的应用与优化

活塞发动机常见于各类交通工具中，是最常见一种机械能在热能和动力工程中的应用。活塞发动机通过混合气体，压缩，燃烧，释放热能。通过活塞的移动将热能转换为机械功。活塞发动机工作包含四个步骤:进气混合、压缩气体、燃烧膨胀和排气做功。这四个步骤，只有燃烧气体使其膨胀，机械功做功，其余三个步骤都会消耗功。因此对于增加活塞发动机的有用功功率，通常办法是增大气体燃烧时，膨胀做的功，另一方面减小其他步骤中消耗掉的功。增大压缩，热效率就可以越高，输出功则越多。在有条件地提高压缩比的同时，通过调整混合气余气系数油温度(滑油温度在适当范围，黏性系数适中，润滑效果最好，摩擦消耗功最小，容积膨胀功最大)，废气的利用(废气涡轮增压，提高废弃能量利用率)等一些措施都可以增大发动机曲轴输出功．从而提高发动机功率和效率。

3.3机械功在空调中的应用和优化

随着社会经济水平的不断提高，越来越多的制冷设备进入到千家万户。空调、冰箱等设备的运行原理为:特定的制冷剂从冷藏室中流向压缩机内部，制冷剂会被压缩，压缩机内部的温度和压力都会升高，压缩后的制冷剂被输送到冷藏设备中，制冷剂吸收热量后再次流向压缩机，实现吸热降低温度的目的。空调、冰箱等设备的制冷效果很大程度上取决于制冷技术的水平，对制冷系统做优化处理能够降低压缩机自身的消耗，也可以降低相应工质的温度达到提高系统整体功率的目的。此外，还可以采取分级压缩或者不同级间冷却的方式实现对制冷系统的优化，能够显著减少整个制冷过程中技术功的使用量。

3.4对机械进行定期的维护

热能与动力工程中的机械的工作时间是非常长的，再加上长期大功率的进行工作，会导致机械过度的磨损，导致机械设备的寿命降低，这对于整个工程是有很大的影响的。因此，为了改善这样的情况，提高工程的质量，就需要对机械进行定期的维护，这样一来，就能够很好的去让工程更加的稳定，并且高效的去进行工作，有利于热能与动力工程的发展，从而提高了工作效率，提高了机械功的利用率，节约了能源。

结语

综上所述，可以了解到机械功在热能与动力工程中的现状，对机械功在热能与动力工程的应用进行优化的重要性，对机械功在热能与动力工程的应用进行优化。由此可以看出热能与动力工程中的一些问题，并对其进行了解决，从而提高了工作效率。

参考文献

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[2]吕士亮.太阳能与机械功联合驱动的大型冷库制冷装置热力经济分析[D].华南理工大学，2018.