摘要:探讨了工程热力学中的体积功、流动功、技术功、轴功等几种机械功的物理意义和相互之间的关系,分析了其在 热能与动力工程领城中的实际应用,提出了优化几种机械功的应用方案。通过调整混合气余气系数、调整滑油温度、废气 利用等方式可提高航空活塞发动机曲轴功,提高发动机热效率;提高压气机增压比可提高燃气涡轮发动机热效率,增大 发动机推力;采用定温压缩和级间冷却可降低空调、制冷装置压缩机的压缩功,节约电能;充分冷却热力发电装置中冲击 汽轮机做功后的水蒸气可以减少水泵加压所消耗的轴功,减少水泵的功率和数目。
关键词:机械功;相互关系;热能与动力工程;应用;优化
引言
能源动力工业是我国国防建设的重要基础,同时也是国民经济的支柱性 产业，不仅对我国国防建设和经济发展具有重要作用，同时对我国的环境保护具 有战略性意义。
1功的定义
功是物理学中的一个重要的物理量:因为它是能量变化 的量度，用一切方式定义的功都必须具有这样的意义，否则 定义的功就没有什么实际意义。在力学中，功的定义为: W=Fs, 式中s应为力F的作用点的位移;对于力的作用点必须明确 其含义:点是几何范畴的概念，而力是物体对物体的作用， 显然不包含几何意义的点。所以，点只能是物体上的点:“作 用点”，则是指“物体上力作用着的那一点”。对于“力的作 用点”以及它的位移，还要作以下两点解释:(1)“力的作 用点”是几何点，正如力的作用面是几何意义上的面一样， 它不是力学中的质点。(2)“力的作用点”的位移与力的作 用点的转移，是两个概念，不能混淆。
2功的相对性
功是一个过程量，具有相对意义，在不同参考系中观察 同一现象，得到的结论是不同的，例如在粗糙的水平面上用 力F拉着物体作匀速运动，考察物体从A点运动到B点这一过程，摩擦力所作的功。当参考系建立在地面上时，只有地 面对物体的摩擦力做功。物体对地面的摩擦力不 做功。在不同的惯性参考系中观察同一现象，所得到的做功情况 是不同的，但做功的数值仍然反映了能的转化的结果。
3热能动力装置
以现在情况来讲，热能动力项目，不管是在人类的生产 中或者生存中都有着非常关键的用途，因此，进一步对其有 关设施装备开展探索，对设施的手段措施以及操纵的详细程 序开展研究，针对这种措施的建立是十分关键的。其作业道 理:要先把项目所需要的燃烧物料，放进有关的设施中开展 燃烧，以便形成热量，之后在有关的热能动力装备中，经过 工艺措施，把它产生的热能转变为有用的机械性能。燃烧的 有关设施和有关的热能动力设备，在借助辅助设施，就是热 能动力装备。关键在于，热能动力装备划分为两种根本状况: 在燃烧过程中生成的气输送到发动设备里，从而开展有关能 量的变更换，同时在轮回使用，如内燃设备等设备，是这种 情况的典型例子:先把物料燃烧程序中形成的热能，经过技 术措施，输送到有关液体内，并且进行汽化转换，之后把汽 化形成的蒸汽导入发动设备中，进而开展热能的输送以及更 换，蒸汽设备就是典型的例子。
4热能的特点以及利用
4.1热能的利用
就目前而言，热能主要应用于以下几个方面:一是电力 行业。热能动力工程在电力行业中发挥了不可替代的重要作 用，尤其是在核电或是火力发电装置中，热能的使用在很大 程度上不仅仅降低了成本，更是其最基本的作业形式。
二是 工业行业。较为普遍的则是在高炉炼钢、铁和轧钢中，从某 种角度来讲热能的使用可以大大提高其炼钢质量。
三是有色 金属行业。
这里主要是指铜、铝等有色金属，在对其提炼的 过程中，热能动力起到了很重要的作用。
四是化学生产。在 各种化学运用中，采用热能与动力工程工艺作为其理论依据， 对化学生成及提炼有着很重要的意义。
五是石油工业。对于 石油工业而言，从石油的采集、提炼再到运输都会经过很多 道工序才能得以完成，在此过程中为了确保油质的质量，可以采取热能与动力工程工艺。
六是交通运输业。这里主要是 指飞机、轮船、汽车等。
七是农业、水产养殖等方面，如蔬 菜大棚、电池加热、农业灌溉等都较为普遍。
4.2热能的特点
(1)太阳能及其能量的转换。太阳能是一种比较常见 的热能动力，主要是通过植物内部叶绿素的一系列反应来完 成其能源转化，进而产生生物能，并在光合作用下得以充分 利用。太阳能的光则是主要转换物质。
(2)燃料化学能及其 转换过程。燃烧化学转换，顾名思义就是通过对其燃烧产生 一系列的化学反应来完成其转换。这种形式的转化要求人们 必须掌握其基本的技能。在生活中是比较常见的，如汽轮机 作业，主要就是将其化学能在蒸汽的作用下转化为热能的一种方式，进而通过相关设备技术，在汽轮机作业中转化机械 动能，促进工业生产。其他形式的热能转化。
(3)热能的转 换，其中主要包括两种能量的形式，即电能以及机械能，电 能包括热电发电机,而机械能，则主要有汽轮机以及内燃机。
5几种机械功在热能与动力工程的应用与优化
5.1在航空活塞发动机中的应用与优化
在航空活塞发动机中，混合气燃烧释放热能，通过活塞 的移动将热能转换为体积功。航空活塞发动机的工作行程示 意图，包括进气、压缩、膨胀和排气行程。在四个工作行程 中，只有膨胀行程获得体积功，其余三个行程都要消耗一部 分机械功，消耗的这部分功比膨胀得到的体积功要小得多， 因此剩下的体积功依然很大，并通过连杆、曲轴转换成轴功， 从而带动螺旋桨运动。因此要增大曲轴的输出功率，一方面 应增大膨胀行程的体积功，另一方面应减小其余三个行程所 消耗的功。
5.2在空调、制冷装置中的应用与优化
压缩制冷装置广泛用于工业及生活，从冷藏室换热器出 来的制冷剂被压缩机吸入，并被压缩，压力和温度提高，然 后进入冷却器，被冷却后进入膨胀机膨胀做功，压力和温度 大大下降，低温低压制冷剂进入冷藏室吸取热量，从而达到 维持空调(冷藏)室低温的目的。压缩过程中压缩机所消耗 的技术功决定了空调、制冷装置。
6结语
对于稳定流动，工质的膨胀功等于技术功与流动功的代 数和，当流动功为零时，技术功等于膨胀功。如果工质进、 出热力设备的宏观动能和势能变化可忽略不计，则技术功等 于轴功。对于航空活塞发动机，可以通过调整混合气余气系 数、调整滑油温度、废气利用等方式提高体积功，提高发动 机热效率，增大发动机功率；对于燃气涡轮发动机，可以提 高压气机增压比提高发动机热效率，增大发动机推力；对于 制冷装置，可以采用定温压缩代替定熵压缩降低压缩机的压 缩功，节约电能:对于热力发电厂，冷却冲击汽轮机做功后 的水蒸气可以减少水泵加压所消耗的功，减少水泵的功率和 数目。
参考文献
[1]栾梓钧.机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].内燃机与配件,2019(21):244-245.
[2]俞波.浅谈机械功在热能与动力工程中的应用与优化[J].中国高新区,2017(03):103.