Question

物理竞赛题

在当今世界,研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题.在 内燃机中,废气带走了很多能量,如果能将这些能量再利用起来,会使内燃机的效率提高许多. 某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机,就采用了很多新技术.其中最重要的 一项叫"增压"技术,它是利用"废气涡轮增压器"使排气冲程中排出的高温,高压的废气去冲击 "废气涡轮"高速旋转,它同时又带动同轴的进气系统中的"进气涡轮"也高速旋转,从而增 加吸气冲程的进气量并增大进气气压,使做功冲程中柴油燃烧的更充分,燃气压强更大,同时 也减少了废气中的有害物质,达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的.这种柴油发动 机有6个气缸,气缸直径为110mm,活塞行程为135mm,当转速为2300r/min时,发动机功率为 220kW,最低油耗可达240g/(kWh),柴油的热值为 4.3 × 10 J / kg .请回答下列问题:
1.该柴油发动机的效率最高可达多少?
2.在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?
3.如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装"增压器"后, 能使它们的平均效率由原来约31% 提高到近35%,安装前按每年消耗3亿吨柴油估算,这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?
4.如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨,根据上面的估算结果,计算使用"增压"技术后仅 节约柴油一项可使我国每年节约多少资金.由此你有哪些认识?
每一个数字都来自题目！！

Answer 1

柴油的热值应为 4.3 × 10^7J / kg
1、最低油耗对应着最高效率，提供1kWh（即3.6*10^6J）的有用功需要240g的柴油，根据柴油的热值得柴油燃烧释放的总能量为1.032*10^7J,则效率为3.6*10^6/1.032*10^7=34.9%
2、1min内有2300个冲程，6个气缸所做总功为220KW*60s=1.32*10^7J，气体对活塞推力为PS，一个冲程做功PSL，则6PSL*2300=1.32*10^7J,代数得P=7.5*10^5Pa
3、3×31%=（3-x）×35%，得可节省x=0.343亿吨
4、节约资金3750×0.343亿=1286.3亿元
回答补充：你可以查一下资料，柴油的热值不可能是4.3 × 10 J / kg，即使不同型号的柴油有不同的热值，也不可能差6个数量级，照此计算的话，240g的柴油只能产生10.32J的能量，且不说符不符合实际情况（实际真的如此的话估计没人会用柴油了，因为油箱不知道得多大，柴油燃烧产生的能量估计无法克服自重所造成的阻力），仅从能量守恒角度也无法解释，因为1kg柴油燃烧产生的43J的能量却突然变成了3.6*10^6J！