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摘要：动力工程和热能在现代社会中应用广泛，工程力学与工程热学是高校的两个基础学科，在我国工农业发展领域，力学与热学都占据关键的位置。它们普遍存在于航空航天领域、空调制冷系统以及电厂中，新世纪的很多发明也需要用到工程力学与热学，热能与动力工程是推动科技向前发展的基本动力。
关键词：机械功；热能；动力工程
生活中的发动机和发电机都是热能与动力工程的应用，同时热能与动力工程还具有向其他领域扩张的趋势，未来的发展方向可能有环境保护、能量清洁利用以及信息处理技术的应用。这些领域的运行都包含工程力学与热学中的能量转换以及机械功在动力工程与热学中的应用。
一、机械功在热能与动力工程中的表现形式
机械功以过程功和技术功表现在动力工程和热能中，技术功的运用方式是轴功，过程功分为两种：体积功与流动功。
（一）轴功
轴功是热力设备在开口系统中用于与外界交换的机械功，这种交换方式通常用转动的轴作为交换介质，所以我们称之为轴功。以航空系统的发动机为例，气缸中气体的运动推动活塞运动，最后将能量传到轴处，经过轴的作用使螺旋桨转动起来，这种使螺旋桨转动起来的过程就用到了轴功。
（二）流动功
流动的物体产生能量，我们称其为流动功，是系统的输出功与推进功之间的差，所以也叫推进功。推进功需要以流体的流动为前提条件，具有能向前传递的特点[1]。
(三)体积功
物体的体积发生变化时产生的能量我们称为体积功，这种变化包括膨胀与压缩，所以又分为压缩功和膨胀功。系统中体积的变化可以将机械能转化成热能，也可以将热能转化为机械能。系统中工质被压缩时机械能转变成热能，膨胀时热能转变成机械能。
一般的流体在稳定流动时，系统的状态也是稳定的，，这个过程中，将流体与外界的能量去除，剩下的功是有用功，有用功主要被用于服务热力系统。经过分析机械能、热能与动力工程的意义以及他们的相互联系，结合动力工程与热能的应用现状，开发出一种节约资源、提高生产效率、节省开支的技术手段。
二、机械功在热能和动力系统中的应用现状
为了使机械功更有效的融入与热能与动力系统中，需要分析我国机械能在热能与动力系统中的应用现状，经过分析当下存在的缺点，开发出具体的改进措施[2]。
（一）设备损耗
热能与动力工程的正常运行，需要以能够正常运行的设备体系为基础，如果没有良好的设备系统支持，热能与动力系统就无从谈起。在实际运行过程中，随着时间的发展，设备体系不断损耗老化，虽然出现问题后工作人员会进行检修润滑和不断维修，但是始终是在老设备基础之上，不断维修的过程也使设备出现效率越来越低的情况，使用寿命也会因此降低，从而影响整个工程的运行质量和效率。
（二）运行效率
实际的热能与动力系统的运行不同于理论，实际的运行需要以大量详尽的数据信息为支持，但是人力统计的信息难免出现偏差的情况，有时候满足不了发展需求，选取材料时磨合问题阻碍着工程的进展，拖延工程的发展进度，最后导致完成的运行速率与理论上不符，甚至达不到预期的效果，导致机械能在热能与动力工程中的运用达不到理想的状态[3]。
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（三）额外功
从设计工程到操作过程的进展中，工作人员对机械功的理解发生误会，就会导致机械功使用时受到阻力与距离的影响，额外的距离和阻力的共同效果之下，机械功产生额外功，造成能量的损失，不利于机械功正常效率的运行，浪费能量的同时还会使效率变低。
三、机械功在热能与动力工程中的应用和优化
（一）机械功在航空领域中的应用与优化
机械功在航空领域中的应用一般是在飞机的发动机中，当混合燃气在发动机的气缸中燃烧时，不断向外界释放能量，这些能量主要用于推动与气缸相连的活塞，活塞运动使能量变成压缩和膨胀功。整个发动机的工作过程包括：进气、气体压缩、气体膨胀和气体排放。不难看出，产生膨胀或压缩功的是气体膨胀阶段。剩下的三个过程都需要消耗一定量的机械功，才能保证整个活塞的运动过程。但三个消耗机械功的总能量之和，要比气体膨胀功小很多。因此，气缸中的气体发生膨胀时会产生相当大的能量，这种能量经过连杆和轴时又变成轴功，轴功推动螺旋杆使其旋转，最后变成飞机运动的动力，使飞机在天空上飞行。所以，轴功值直接影响着飞机的运动，要想提升轴功，一方面可以直接提高气体膨胀功，另一方面也可以缩小其他三个阶段的消耗功。所以，优化方案可以从改善剩余气体系数、增加压缩比和调整滑油温度多方面实施，或者同时叠加这三种方法的作用，达到增加发动机的发动功率的作用[4]。
（二）机械功在空调等制冷系统中的应用和优化
由于时代的进步以及不断地发展，人们生活水平不断提升，如今的社会生活中大部分人家庭中都安装有空调。空调的制冷模式一般为：空调的冷藏室中释放出制冷剂，压缩机通过收缩将制冷剂吸到内部，并完成制冷剂的压缩处理，在压缩期间，压缩机内部温度与压力显著升高，压缩好后，压缩机将制冷剂运送到冷却装置中，然后输送到膨胀装置，此时，温度很低的制冷剂在冷藏装置中高速吸入热量，完成空调的制冷过程。在这个过程中，技术功影响着空调系统的节能效果，因此如果想要进行空调系统的优化处理，就应该充分利用制冷过程中技术功的运用，气压机对自身用的功属于无用功，降低这种功的消耗有利于节能。同时，分级进行压缩处理也可以做到对制冷系统的优化，让制冷剂在各个级间冷却，降低了技术功的使用量，节约了空调的能源[5]。
（三）机械功在热力发电中的应用和优化
在目前国家的热力发电工程中，主要有废物燃烧发电和核聚变与裂变发电，这些过程都会利用到机械功。热力发电时会用到抽水泵，水抽到水泵中之后，在热能的作用下形成高温度水蒸汽，这些高温度蒸汽在轴功和体积功的作用之下使气轮转动，转动的气轮与磁力相互作用形成电能。形成电能之后蒸汽还可以被二次利用。形成电能的过程中，水到锅炉中的过程消耗了一些对于产生电能来说的无用技术功，比容大的水需要的功量就大，比容小的水需要的功量也会减少。蒸汽比容小而水的比容大，所以要想循环利用水资源，就需要对蒸汽进行冷却处理，蒸汽变成水之后，减小了原有的体积，也就降低了运输水过程中需要的能量，最后达到优化热力发电工程的目的。
机械功在其他领域中的应用与优化还有在航空燃气涡轮喷气发动机中，进气道将外部的空气吸进轴流式压气机中，压气机通过对空气的作用，产生轴功，随后被压缩的高压空气进入燃烧室燃烧，燃料的化学能又转化成热能。最后完成从机械能到热力与动力工程之间的转换。
结束语：
实际生活中的工程热学与工程力学的应用需要大量的热力学方面的理论知识基础，主要是考验我们工程理念的利用，当我们对热力学的理论知识与工程理念在认知上出现偏差时，机械功在热学与动力工程上的应用就会出现不尽如人意的地方。通过对机械功在热能和动力工程中的实际应用状况分析，发现在应用时存在的一些不足，比如设备损耗严重、运行效率低下以及过多的额外功等问题。经过分析问题，提出优化方案，分别在机械功、在航空领域、空调制冷系统以及热力发电领域中的优化与应用，提高了机械能在热能与动力工程中的应用效率。解决了现实生活的很多问题。
参考文献：
[1]陈淑仙,史学捷,谭晓茗等.机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].机械设计与制造,2014(12):265-268.
[2]刘磊.机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].科技展望,2016,26(28):66-66.
[3]金宝峰.探究机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].农村经济与科技,2016,27(8):10-10.
[4]王韬.论热能与动力工程中的节能措施[J].科技展望,2016,26(33):50.
[5]鄯成君.机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].科技资讯,2015,13(35):109,111.
论文作者:季腾雨
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/23
标签：机械论文; 能与论文; 动力工程论文; 热能论文; 能量论文; 制冷剂论文; 气体论文; 《防护工程》2017年第33期论文;