第七十三节 蒸汽机设计
        首先，设计过程从蒸汽机的膨胀做功开始。

        在冷气机计算的过程中，使用的是绝热膨胀的概念，目的是为了确定它的压强和温度的关系。

        但在蒸汽机，特别是单ｌｉｕ式蒸汽机的设计过程中，更加关键的数据在于能量而不是温度。如果把蒸汽做功的过程简单化，就可以直接从蒸汽的能量变化，来计算它做功的多少。

        考虑到这个年代压力容器的制作不易，首先选择10个大气压，温度在352度的蒸汽。这个状ｔａｉ的蒸汽的ｎｅｉ能为3160千焦每千克。

        这个是蒸汽进气口的状ｔａｉ，那么出口的状ｔａｉ呢？当然是越接近冷凝状ｔａｉ越好。所以选择冷凝器回热器的状ｔａｉ个大气压，温度107度。这个状ｔａｉ水蒸汽的ｎｅｉ能为2691千焦每千克。

        可以看出来，大部分的能量仍然是留在水蒸汽ｎｅｉ部，没有转化为机械能。这也是为什么蒸汽机的效率难以提上去的基本原因。

        根据机械能的能量需求，考虑到传动的效率，保守选择16千瓦。那么每秒钟就有16千焦的能量，从蒸汽的ｎｅｉ能转化为机械能。

        所以每秒钟的蒸汽重量是：16除以3160－2691的值。这个数值是：34克。

        34克的水大概是34立方厘米，那么在最终状ｔａｉ的水蒸气的体积大概是水的1673倍。这个体积就是57升。所以，排气口的蒸汽ｌｉｕ量就是每秒57升。

        那进气ｌｉｕ量是多少呢？借助于水蒸汽的气体常数，没错，就是pv=nrt公式里的r。空气的这个数值是287.这个有什么影响呢？简单的讲，就是这个数字越大，温度对体积的影响，就越明显。

        蒸汽机也可以用空气作为工作气体，不过这样的话，在同样的转速和同样气缸下，功率就要减小很多。

        用这个气体方程就可以算出来，进气ｌｉｕ量是每秒9.8升。

        假设合理调整气缸气门的开闭位置，可以完美的实现气体膨胀的卡诺循环。根据前后温度的变化，这个蒸汽机的最高效率，是40%。

        现代发电厂的大型蒸汽机使用蒸汽涡轮，进气温度可以高达530度，压力达到190－200个大气压。这样的电厂效率可以接近50%。单ｄｕ的涡轮机的热机效率理论上是53%。

        如果和运行了很久的双动式活塞蒸汽机车的效率8%相比，就算这个单ｌｉｕ式蒸汽机的效率在理论效率的基础上打个对折，只有20%，那也是强了好几条街了。

        从进气ｌｉｕ量和出气ｌｉｕ量可以看出来，蒸汽在活塞里膨胀了5.9倍。基于这个数据，就很好设计活塞的行程距离了。

        之前制造的冷气机的汽缸最大容量是800立方厘米。如果要达到这样的要求，需要73个汽缸才能达到需要的设计功率。计算到这里，李志坚一口黑血没吐出来。

        看现在的豪车，v12缸的发动机，已经是牛逼上的牛逼了。**丝rì常开的小破车，也就是个四缸发动机。排量2升都觉得好奢侈，这最高速度完全都用不上啊！

        现在整出来个72缸58升的蒸汽发动机，你这是要杀人啊！

        这里同样可以做一个比较，ｎｅｉ燃机2升的排量，就可以到接近100千瓦的功率。而现在为了区区20千瓦，这个古老的单ｌｉｕ式蒸汽机就要做到58升的排量，区别真是天差地远。

        没办法，扩大气缸容积！新的气缸要扩大十几倍，容积达到10升，整个发动机由6缸组成。

        和德意志帝ｇｕｏ铁LU01型标准蒸汽机车的气缸参数比较一下：它使用直径65厘米，长60厘米的双动型双汽缸。总“排量”是398升，功率是1648千瓦。标准蒸汽气压16个大气压，可以跑到每小时120公里。

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