主题：无事乱说车 -- epimetheus
家园 无事乱说车 这是我在河里的第一篇主题帖子，其实也是在汽车之家的说客的第一个文章。就当闲着无聊了
在新能源的分类里，现在的最火爆的电动车主要以电池存储的能量作为行驶动力来源。这种起源于特斯拉营销的火爆在中国引起了看似过于激烈的反响：我国政府出台的新能源补贴政策以电池续航为准则，这样“电瓶车”就成为了某种优先发展的方向。网民们激烈的争论这个政策，电动车于是更加火爆了。
现在争论似乎冷却了下来，毕竟已经是去年的事情了，但是我总觉得事情并没有一个共识。毕竟骂骂政府是一件嘴上很爽、很显某种“格”的事情，这样理性客观在讨论中的地位就值得怀疑了。因此，在下将口水飞溅在指尖于键盘之上，罗嗦一番。
最大的争议似乎就是，“电瓶车”的环保只是掩耳盗铃。典型的请参见：
http://shuoke.autohome.com.cn/article/10965.html#pvareaid=101538
从PM2.5开始，首先似乎是在说污染和汽车、尤其是私家车的关系不大。关于PM2.5，采暖当然是重要原因，但是将过境大车作为机动车排放的“绝对主力”，就有些缺乏逻辑了。因为尽管大车排放标准明显低于私家车，但是过境总量同私家车保有量相比，不是一个数量级。将大车理解为污染源头、PM2.5的罪魁祸首、“被冤枉的”私家车的替罪羊，进而说“私人汽车成了相关部门不作为、治理管理不力的替罪羊”，这不能苟同。
况且逻辑的可笑在于，有关部门一旦有所作为，就当做乱作为；一旦不满意，就是不作为。有关部门应当怎么作为？杜绝大车过境？势必增加物流成本，到时候又可以说“简单粗暴”“不顾民情”。采暖上下功夫？早就集中供热、热电联产了。正如新闻媒体很早就说的，PM2.5成因是大部分河北、甚至大部分华北相关的，这已经不是汽车相关的话题了。
然后回到根源，电动车的污染转移问题。
大型货运车肯定不能玩电动，但是对于火电，上面的那篇引用文章中的悲观……有点过头了。
环保设施的开机率的问题，新闻中也有报道，我只能表示深恶痛绝以及不理解，设备都有了还差那一点开机的电钱？
尽管有这样的开机率问题，必须承认的是，上马大规模火电站，是在我国的当前能源结构、以及矿产资源禀赋条件下的最佳出路。第一，如引文中作者不相信的，集中治理。第二，超越了“治理”，通过大规模电站实现超临界蒸汽机、复合循环、提高效率，并实现多种产出。这是可能的，是未来努力的方向。
以一种“原教旨主义”一般的偏执，认为电动车只能是风电、水电等等，否则没有意义，这是不对的。想起了笑话，说在北京使用火电发出的电来煲汤，更加好喝；广州的电是核电，煲汤是苦的。引文中差距似乎也不大。
不过原作者说到了峰谷蓄电技术，这个我正觉得是推广“电动车”的一个因素。市区用电高峰一般是在白天和前半夜，生产用电经常为生活用电让路，夏天的前半夜尤其如此。后半夜的垃圾时间让给电动车，至少可以看做是对发电能力、电力设施的充分利用。
再有一点就是能源的运输成本。以汽油为形式的能源，来到城市被消费，其中有运输的成本、储存与安全成本。从宏观长远看，而不是看具体的在现在安装某个充电桩子的话，汽油的售贩很不节能环保啊
另一方面，对于电池本身的不信任。
这个我基本同意，只是不足以否定电池。不管什么电池，电池不可以像是纸盒一样丢弃，本身也有寿命问题。这个只能靠国家。就好像是在日本，政府对处理地沟油的小企业以优惠一样（要我说纯粹就是雇佣小企业进行处理，离商业运行远着呢）。电池有问题，但是不能一棍子打死。2011年河北建设了电池储能站，为风能太阳能配套，生产商正是比亚迪。
不过，回到车子上，应当注意到，同内燃机相比，电动机最为动力机的车辆最大的好处，是在于能够实现能量的高效释放以及回收。
例如停车怠速，停车怠速时候，烧油再少也是白烧。现在燃油发动机上的快速启动就是这个目的。不过增加了只用一下的设备，这个加法是不是值当，是不是最佳，也是有讨论空间的。在电动车上，显然不是问题。
例如启动，很多车子为了“暖车”，包括润滑系统温度、催化剂的温度达到最佳状态，一般都要多喷油，这是燃油效率不高的状态，虽然持续时间不长。
例如刹车，从能量的角度看，就是车辆行驶的动能在刹车片上通过摩擦变成热能耗散了。电动车最大最神奇的好处就是可以将这部分动能变回电能，存储起来以后用，而不是烧更多的油。
那些能够实现效率更好的atkinson循环、miller循环也差不多，低速的时候都像是普通机器一样烧油。
其实，燃油内燃机本身的能效是有很多“漏洞”的。
燃料燃烧释放的能量，大约有百分之四十左右是以废气温度的形式耗散了，大约百分之十几以气缸冷却、滑油冷却（润滑油不仅是润滑，也负责带走一部分热量。这些热量不仅仅是轴承摩擦生热，更多是作为冷却介质故意喷过去的）的形式耗散了，
真正变成发动机轴上运行的能量，汽油机能够有35%就是了不得了，柴油机能有40%了不得（船用柴油机有将近50%的，但是知道就好，别多想）。
况且上述最好指标也需要很多工况的配合。
反正，在电上做文章，要比烧油的汽车发动机上做文章，更加有发展空间。那一陀一百公斤左右、一立方米左右的铁块能够实现输出范围灵活、同时效率高的内燃机，我是不信的。
政策上，我觉得政府是有意而为的。所谓的“弯道超车”是耶。我们弯道了N次了，希望这次有突破。感觉政策出来了之后，这类车出现了不少型号，当然不一定街上能看见实车，有的厂家说的难听一点就是阿猫阿狗一样的，似乎很随便的采购电动机、电池组、控制电路往车上一丢就是了。打开维基网页，老外的电动、混动车论型号是不少，不过仔细看看换牌子的同款车也不少。政策还是要得。
电动车不仅仅是从制造上是新的，由于其使用的新特性(续航问题)，出行习惯、生活方式似乎也会变化。让这些短腿车统治城市内、城市周边的短途私家出行（这对于大多数家庭所有的车辆似乎足够了）；在更远的城际、省际出行上（例如公务出差，车辆大多是企业或是政府所有），建议发展混合动力、生物燃料（之所以把混合动力放在这里，是觉得使用两类不同的动力系统协调工作，体积重量成本都应该不适合普通家用）；私家车用户需要跨省出行，考虑租用“增程挂车”（我臆想的，现在挂车一般要考本吧）；在物流客运上，一方面建议扩展铁路网络、高速公路网络等基础设施，同时依靠atkinson循环等节油技术以及依靠生物燃料技术改进大型客运货运车辆。额，这段话有点扯淡，就当发癔症了
通宝推：吴用,浣花岛主,北纬42度,阳春白雪,易水,- 待认可未通过。偏要看
- 复 无事乱说车
家园 蒸汽机车能够复兴吗 可能有点孔乙己、冬烘的想法
面对越来越高的排放要求，同时还没法摆脱石化能源或者说有机燃料（推广到酒精、豆油）的话，使用外燃机岂不是很容易实现排放的要求？外燃机的燃烧不像内燃机，不是加压下的短暂燃烧，是常压的连续燃烧，存在连续的较大范围的高温区域，不会像是柴油机可能出现烟雾炭黑，包括气缸的积碳也将会轻很多，同时常压、气流经过火焰的时间足够短，也不会有值得一提的氮氧化合物。实际上，燃料的范围可以继续扩大，包括传说中的厨余地沟油，虽然总量不会太大，不会有地沟油专烧的情况。有闲心的话也能弄个煤气炉，撅个桌子腿儿扔进去。
说来也可能搞笑，石油危机、寂静的春天的时候，通用之类的也关注过蒸汽机。所谓的“复兴”。复兴了半天也基本上是爱好者在鼓捣了，有复古的也有激进的，2000年那会儿好像还有个什么挑战赛，创下了蒸汽动力的世界速度纪录。
蒸汽动力，给人的第一印象似乎是火车头，很威风但也是脏兮兮。火车头的效率好像一直就不高，但是得了煤炭价钱便宜，伴随人类几百年，现在据说还在一些厂矿内部、旅游景点转。论效率，还真是有点吓人，好像是百分之十几的样子，个位数的也有，超过15就算不错，似乎没超过20的。
早在福特汽车出名之前的时代，说到车不是一定就本茨或是雷诺，似乎更可能想到的是蒸汽汽车，牌子有斯坦利、大白。其实想想“汽车”的名字，更可能是“冒白汽的车”，而不是“使用容易挥发变成气体的油的车”。实际上，蒸汽汽车不少是烧煤油的。
蒸汽动力并不意味着低效，大型电站也是烧锅炉，效率高的惊人；舰船也是烧锅炉，效率也不低。只不过，这两个上面还有许许多多的附加设备，更加复杂的热循环，和火车头相比，就是龙王VS乞丐。乞丐的效率，也只有“感人”这一件事情可做了。
火车，包括20世纪初期的汽车，首先缺乏的是冷凝器。而且值得强调的是闭循环的冷凝器，因为有过开循环的冷凝器。使用开循环的冷凝器，水在从气态变为液态的时候，体积的上千倍变小并没有带来压强的变化，因为连通大气的。唯一的作用就是不要把水排放丢掉。火车车头都拖着一个煤水车，里面顾名思义装了两样东西，煤炭和水。煤炭要一锹一锹扔到炉膛里去，水则是要逐渐抽到火车的“大管子”里去，然后一下一下从气缸喷走丢掉。显然水的补充也不是随意的，盐碱地打井抽出来的水就不行，沙漠就不用说了。好像英国人还规定过类似公交车的小火车必须把水收集起来。于是，就有了这种开放的冷凝器。
同样是为了节省水，一个叫做斯特林的家伙发明的另一种不用水的发动机，现在可是比蒸汽机活的体面高大上，这就是别的故事了。
实际上，开放的冷凝器，装车之后效率反而下降了。因为蒸汽机车上面，蒸汽排放的时候还有另一个作用。咱们对于蒸汽机车头的印象，往往包括了车头两侧喷白汽。实际上这里喷白汽不是真正的蒸汽去处，运行中蒸汽从气缸离开之后，还引回到火车头的那个大管子里，从烟囱往外吹。烟囱里面还有个类似喇叭的东西，似乎叫做引风管，蒸汽往这个喇叭中心吹，引得喇叭周围的空气也一起往外冲，叫做引射。而喇叭周围的空气来自哪里呢？来自煤炉烧的烟气。小时候烧煤球炉子是用扇子直接往炉子里扇风，这算是从烟筒上抽烟，总之增大炉膛的氧气供应，增加火力。用过的蒸汽冷凝了，没有这里的引射了，火力就小了。不光是功率下去了，相同量的煤块，能烧出来的温度、火焰长度、高温区范围也下来了，燃料效率、热效率也随着下去了。
苏联的t64坦克、乌克兰的t84，也就是那些使用对置活塞的柴油机的上面，柴油机也在反着吹这么个喇叭。引射带动的是散热器的空气，这样就节省了散热器风扇的功率与体积了。
咳咳，累了，我也扛个铁牛？
通宝推：牧云郎,三笑,家园 蒸汽机车能够复兴吗--2 现有内燃机的损耗，包含了燃烧损失、摩擦损失、泵气损失、排气损失与传热损失。
外燃机的燃烧损失要小于内燃机，绝对不会有燃烧不完全，虽然现代内燃机这个损失绝对值也不大，不过一氧化碳总是不少，不然车震的悲剧就……。当然此外还有污染物的差异。跨世纪的时候德国一个叫做ZEE，零排放引擎的项目，在氮氧化物方面就号称当时标准的千分之几。大概未来的国八国十也标准没有这么高。
摩擦占了现有机器的10%的损耗，蒸汽机得益于较大的持续压力，相同功率下转速更低，摩擦消耗也更低些。
同理，管路中的泵气损失也更小。蒸汽机系统中加大管路直径、减少管路长度，保证阀门的流畅度，保证气缸进气的压强不下降、保证排气位置压强保持冷凝器的负压水平。这都做得到。同时蒸汽机也不存在内燃机的吸气冲程负压、阻力消耗能量、排气冲程由于排气背压和阻力消耗能量。气缸充气的时候是管路蒸汽冲进来，不是曲轴带动的；气缸排气的时候是连到冷凝器的负压上，负压对于活塞曲轴还是有带动作用的。
使用热交换器以及别的部件，所谓的shoell循环中回收三处热能耗散：乏蒸汽的余热（所谓的显热）、乏蒸汽的潜热（即凝结为液态释放的相变焓，一般是散热到大气）、排放到大气的烟气的热量。相当于节省了排气损失、传热损失。在当前内燃机中，排气是高温的、散热器是高温的，这两个耗散占到了大约40%到50%，几乎和有效输出相似。若是这两个能够完全回收，效率岂不是能够达到将近80%？
一般说效率，总来到一个卡诺极限的概念。热机效率的上限为工质的温差除以工质的最高温度，单位开尔文。想象一个蒸汽机车，蒸汽冷凝在100摄氏度或者直接排放了，蒸汽过热到120摄氏度，效率是个位数的。一般的热电厂里，超临界机组温度在370多度，冷凝在超低压下温度对应只有约40度，三百多度的温差，除下来将近50%了。当然膨胀环节也要合理，需要很多附加的“技巧”
另一方面，卡诺极限不是全部，仅仅是描述了膨胀做功这个环节的效率，多少热得到了多少机械做功。此外更重要的是燃料的使用效率。瓦特改进纽可门蒸汽机，蒸汽机本身没有大变化，工质状态没有什么变化，但是效率似乎提升了数倍，这个效率就是指的利用燃料的效率。在电厂里面，基本上还是兰金循环，派生了再热兰金循环（也就是那些技巧），把效率落实，加上再生兰金循环、省煤器等等，继续提升煤的效率。
回到机动车上，什么再热、再生似乎都有点过于复杂，需要更多的管线与控制。但是和内燃机类比得出的使用热交换器避免几大热能散失却是相对可行的。
这就是外燃机的好处。外燃机的燃烧这个循环中，输入的燃料、作为氧化剂的空气可以是很高的温度，内燃机要是升高进气的温度，功率反而是下降的，因为进气等量的物质少了，同时作为膨胀的工质，最低温度更高了。最简单的，在高原上内燃机车是出力下降的，需要增压，同时散热要求也严酷了，而蒸汽机车头则没有过这个问题，尽管传统的车头效率真的不咋地。
在工业中的很多地方，锅炉的烟气最后的步骤，就是对于将用于助燃的空气进行加热。这早就不是个新的概念。包括化工中，排放产物的高温也要传递到输入物料上，减少加温的花费。
典型的一种热交换方法是使用热管。也就是现在电脑上、笔记本里散热的重要组件。在密封的管路里，装入工质然后抽低压。两头一边在热的地方一边在冷的地方。热的地方很快内部工质气化，然后在冷的地方液化。相变就有相变焓能的转移，这个速率可是比相同体积的金属传导速录大出数量级去。
工业里面常见的热交换组件，就是两个管道凑到一起一段儿。这一段里热管贯通隔板，当然热管上还要有不少的鳍片。
同理，对于锅炉（或者叫做蒸汽发生器）的烟囱与进气管道，也设置这样的凑到一起的部分。中间贯穿热管以及散热鳍片。
理论上讲，按照逆流\对流原理，相邻的两个管路中流动的介质发生热交换，若是两路流动方向不一样，则对于热的一路介质而言，总是遇到更冷的另一路介质冷却自己；对于冷的一路介质而言，总是遇到更热的另一路介质加热自己。这样，若是加热的管路足够长，热的介质就会被冷却到最冷的状态，冷的介质将被加热的最热的状态，即实现热能的完全交换。这样锅炉烟气实现能量避免以热的形式耗散。
对于做功之后乏蒸汽的高于凝结点温度的温差，也就是俗称的显热，一般成熟一点、现代一点的蒸汽动力上有馈水回热装置实现热交换，即把冷凝水在送回锅炉之前（称作馈水），先被做功之后的乏蒸汽喷一遍，回收乏蒸汽的部分能量。一般是“干式”，馈水在管路中，不与蒸汽直接接触。
另一面，乏蒸汽最终发生相变，即冷凝，释放相变焓或是潜热，这个能量是不小的。一定量的水蒸汽在常温常压下从气态变为液态，100度+的蒸汽凝结，还是100度-的水，保证等温等压，但是释放的焓，能令六倍左右的液态水从0度升高到100度。相变的焓是很大的，这也是前面的热管传热效率超高的原因。
显然，是不能像是汽车的散热器一样，实现冷凝就是直接把乏蒸汽隔着散热器暴露在大气中，这些相变焓散失到大气去。
我构思的一个想法是这样的：
一方面冷凝本身的实现是在一个封闭水罐中，封闭水罐中腔体抽成为负压，使用引射喷嘴，乏蒸汽（总是有残余压强的）经过引射喷嘴喷向罐内真空的时候，同时引射罐子中的残余水，这些水被吹到罐内空间中形成雾化小液滴，同乏蒸汽充分接触并促进乏蒸汽的凝结，同时将潜热转移到产生的更大的液滴上，落回到罐子底部。而蒸汽凝结也进一步制造、维持负压。使用喷射雾化，蒸汽被冷却的接触面可是要比鳍片大出很多倍。
另外，罐底到热交换器之间再设立一个循环管路，同样是实现散热，并将热传递给进入锅炉的助燃空气。不妨将乏蒸汽引射的水就直接接到从热交换器回到罐子的管路，引射本身就能实现散热一路的自然循环。显然由于潜热很大，被引射的水的流量有必要数倍大于蒸汽流量，这点似乎不大好办，那就继续使用一路泵辅助。
同样是逆流原理，罐底凝结水流出后，来到热交换器的锅炉进气一路中，从热的部分逐渐来到最冷的进气口。
似乎有了这样的热交换器，燃料效率达到80%、百公里耗油只要不到三升是可能的。只要足够大、长……
那为啥电站就没有80%呢？？对啊，因为第一烟气热能没有往助燃空气交换，第二冷凝过程的潜热也没有向助燃空气交换。
美国疑似一个主要是打嘴炮的公司，产品叫做cyclone蒸汽机，名以上进行了三个能量的回收，自己号称效率也不过30%多点。显然回收热能的环节不够长不够大，就是意思了意思。
这个公司发布的消息看着也有点意思，08年左右号称与美军合作，为M1坦克适配辅助动力，也就是发电机。号称大概是以前电脑crt显示器包装箱大小的空间里实现发电机，在待机下供电，要知道M1坦克使用燃气轮机，是个油老虎。此外还号称和雷声公司合作，研究水下机器人的动力以及鱼雷的动力，不过怀疑就不是水蒸气了。
土鳖配铁牛
通宝推：桥上,家园 蒸汽机能复兴吗--3 -- 有补充 站在效率的角度，想要令等量的蒸汽输出最大的能量，首先就要尽量大的膨胀比例。
这个和现在发动机说的压缩比是相似的，排放标准越来越高，压缩比也在变得越来越高。做的更绝的是丰田双擎，压缩的时候是一个比例，燃气膨胀活塞做功的时候是个更大的比例、更长的冲程。做法是活塞在压缩冲程的时候，进气门理应是关闭的，但是这时关闭滞后了点，有些混合气被推回去了，这样就令压缩的冲程变短于膨胀冲程了。大众呢，同样的目的，但是进气门的动作变了一下，不是关闭滞后，而是关闭提前了，这样在进气冲程中，进气门被提前关闭无法吸气了，进气冲程最后的时候被憋了个负压。
照理说，大众这个似乎能说出更多的优点来。可惜印象里没有产品只有PPT。
第一，不将混合器推回到进气歧管，造成流场、压力的不优化。进气歧管中就是通过相互的影响，令冲进气缸的气流有着更好的动量，达到更好的等效进气压力的。要是把混合器往回推，事情就复杂了。
第二，进气冲程最后的负压阶段，在外力作用下强制令缸内气体膨胀，虽然要从曲轴上吸收能量，但是也在膨胀中从气缸壁、气缸头活塞顶等等地方吸收一点热能，这就有希望减少散热环节逸散的能量。
哎呀，严重的跑题现场
回头说蒸汽机，想要最大化的从一定量蒸汽中获取最大的能量，就意味着，第一，不能白白令蒸汽冷却了、能量散失了。要保温
哎呀又跑题了，应该划掉。保温需要记着，但是保温不是裹上棉被那么简单
蒸汽机，想要从一定量的蒸汽中获得最大的能量，就需要膨胀过程中，尽量多的能量通过活塞的压力变为机械功，做功膨胀之后的剩余蒸汽的能量尽量小。膨胀的过程，既是压力降低的过程，也是温度降低的过程。也就是说，活塞从上止点运动到下止点后，剩下的蒸汽温度压力都因为膨胀变得尽量小。（当然不能因为冷却变小，那叫损失、浪费）
不要那么复杂的，就看中学学习的那个式子，下面分母是温度T、上面分子是压力乘以体积，这表示了一定量的理想气体的“性质”，物质量一定，这个分数就是一个常量。
不考虑温度，压力和体积乘积一定，那么就形成了一个双曲线，那么活塞运动中，活塞上的压力是迅速下降变到一个小到没意思的程度的。活塞的压力转换到轮子的牵引力上，那牵引力就会是极不均匀的。搞笑的情境，可以想象汽车走起来一窜一窜的。窜倒也罢了，更可能是在牵引力极小的那个瞬间，在低速下，正好卡到小坑里了。
火车上的做法，就是传统做法，牺牲效率，增强牵引力。方法就是在活塞运动的过程中，一定时间里继续向气缸里充气。这样活塞冲程的一端时间里，压力几乎是常量，剩下的冲程里，体积变化倍率大大减小，那么压强的变化也大大减小。
可是，等到活塞做功的末端，剩余蒸汽的压力、温度都不低，排放了，效率就很难看了。这种效率不高的情况，一般是启动、重载、爬坡时候才会发生的。等到快速地跑起来，火车的充气程度是大大减小的，这时的效率就好看（一点点）了。快速高效奔驰的火车，在活塞、烟囱的地方是看不到白汽的。
土鳖坑铁牛
作者 对本帖的 补充(1)家园 补充 -- 补充帖 补充内容
见前补充 4515988 家园 蒸汽机，管他复兴不复兴呢----4 扭矩和效率的打架
上回书说到……说火车头上，通过注入更多的蒸汽，降低效率而保证活塞上的推力更加持续、均匀。
简单总结就是，有着很大压力的蒸汽，其减压方式进行膨胀推动活塞，优点是效率更好，缺点是压力降低明显，性能不好。
说起来，这个和前面说的丰田的双擎，或者说阿特金森循环也是足够相似了。阿特金森循环中出力的膨胀冲程中，膨胀比例也是明显更高的，也同样气缸内的压强会最后降到很低的程度（伴随膨胀的降温甚至差点就影响到三元催化器的有效性），也同样缺点在于扭矩不足尤其是低速扭矩不行。要我看不光是扭矩低，怕是转着也不匀呼。为啥阿特金森循环发明了那么多年了，才在丰田双擎上出名，因为双擎啊，因为能用电动机弥补低速扭矩不行啊。
那个指标、术语怎么描述气缸里自由膨胀减压的程度呢？
活塞冲程中，前段持续充气、后段“自由膨胀”，膨胀冲程长度占到总冲程长度的比率，中文叫做切断率。英文里面对应的概念叫做cutoff，字面似乎一样，但是区别在于，英文概念定义是停止充气（切断）的冲程位置点，在整个冲程的比例，也就是持续充气一段的比例。因此，中文中切断率数字大对应了效率高的情况，英文中cutoff数值小对应了效率高的情况。他们是互补的。
回头说一句瓦特。小学时候说瓦特发明蒸汽机，还有观察奶奶家壶盖的故事。故事显然是编造的，实际上“发明”也是编造的。瓦特做的不是发明，而是改进，将之前纽可门发明的蒸汽机（采石油的磕头机一样的蒸汽水泵）的效率成倍提高。具体的做法，关于独立的冷凝器，还是保留到日后讲“保温”的相关话题再说吧。但是从cutoff的角度讲，瓦特的蒸汽机还是100% cutoff的，也就是活塞运动中持续对气缸充气的。下一个冲程中，气缸中残余的满满的高能蒸汽，含有的内能将被散失到大气，相当浪费。尽管瓦特的冷凝器大大提高了效率，但是效率还是极低。只能说纽可门不行。
既然想要输出特性更好就要多充气，但是会损失效率，那么又想要更好的效率又想要更好的输出特性，应该怎么办呢？
储蓄起来既然输出的力矩不平均，就加飞轮储蓄动能\动量嘛。这是最直接简单的，但是显然不是最好的、补偿程度十分有限的。
再来一次/几次既然排出的残余蒸汽还是有很多的能量的，那就再送到新的气缸里去再膨胀一遍。这是除了上回书中火车上之外的另一种历史较早的方法，尤其是用在舰船上面。再膨胀一遍，就是需要顺次进入两个气缸了，这叫做复合膨胀。两次不行再加上一个气缸，就是三重膨胀，简称三胀。想当年的定远镇远就是三胀蒸汽机，大名鼎鼎的自由轮也是使用一台三胀蒸汽机。使用更多的气缸，第一级能够以力矩很平衡的方式从蒸汽里榨取一些能量出来到曲轴上，后一级榨取剩下的。后面的气缸虽然是自由膨胀的，没有持续充气对应的几乎常量的压强，但是由于每级膨胀比例不那么大，因此压强降低程度也不那么大，这一级向曲轴上贡献的力矩变化程度也不大。
显然由于蒸汽压力的逐渐降低，为了能够得到更均匀的扭矩，后级的气缸直径，也就是活塞面积，是要加大的。相邻气缸的容积肯定是要加大的，不然蒸汽在气缸之间转移，就没有膨胀的发生了。加大容积，或是加大直径或是加大冲程。蒸汽压强降低了，就需要使用更大的活塞面积来获取等量的推力。增加冲程，曲轴的制造就要骂娘了。复合使用两种直径的气缸，三胀就需要三种。像是泰坦尼克上面，第三级换成了两个气缸，来避免直径过大的气缸。这叫做四缸三胀式。
有了三级膨胀就会有四级，只是印象里很少应用。为啥呢，大概是不同直径的气缸，制造上复杂、造价上更高吧。北洋水师买定远、致远这种使用三胀蒸汽机的军舰时，对于价钱性能也是权衡了一番的。那个时候复合蒸汽机的翻译叫做“康邦”compound。不过后来二战的时候，自由轮使用三胀蒸汽机，则是图便宜……相对于蒸汽轮机的便宜。蒸汽轮机的有限产能要优先供应主力战舰，而大型柴油机在当时也不是玩的很溜，潜艇上面的算是中型。当年大和战列舰的草稿中有过使用大型柴油机的，这个螃蟹可是不比德国人的德意志袖珍战列舰轻松，带来的重量体积安全性以及整体布局的新的可能，很令人瞎想/遐想。
大家一起来第三个办法，使用少量充气的策略保证蒸汽的使用效率，使用更多的气缸，在不同的曲轴角度上贡献相同的扭矩曲线。这样一个转动周期中，分为多个小周期的延时依次叠加，整体上平滑不少。和上面的多级膨胀一样，需要更多的气缸，不过好处是直径规格相同，制造上简单些、成本上更低点。美国二战时候的护航航母（还不是轻型航母）“卡萨布兰卡”级，就是每台蒸汽机中直列了5具气缸。
频繁地来第四个办法，既然飞轮的作用有限，而效率还算好看的少量充气时，一个气缸中活塞压力十分不均衡，那么就作为高速机，令最终减速之后的输出轴上面转动一圈，对应活塞已经往复了n次，也依然是前面那种一周上是数个小周期的没有延时的叠加。再加上整体的惯性（专门的飞轮以及系统等效的飞轮），令扭矩的不平均更加不明显。
当然同时还能和多气缸策略结合起来，不冲突嘛。
也能和复合膨胀结合起来，也不冲突。前面卡萨布兰卡航母的生产商skinner，某几款产品的效能已经达到了当时柴油机的效率！！具体能看到复合膨胀、高速、多缸。
（再次跑题，看到这个skinner，不知道哪位想起了去年某个要捍卫尊贵的高加索人种的黑人女性）
这种高速蒸汽机，出现在船上尤其是军舰上蒸汽轮机出现、大量取代蒸汽机的时代，也就是19世纪末、20世纪初期的头20年。主要使用在陆地发电厂，也有少量用在火车上的（称作蒸汽马达）。
电视剧闯关东里有一集，一家子成了富商之后吃饭时，就聊到了点灯、发电。我就不由得好奇当时的发电是不是剧中所说的蒸汽轮机。
民用的发电厂、工厂动力，似乎很少采用复合或是三胀蒸汽机的方法的，积极性明显低于海军。猜测：看来对于初期投入成本还是有点敏感的，只靠煤炭本身的便宜来顶着。之前主要是巨大的慢速蒸汽机，一直等到高速运行的蒸汽机可靠了才改换门厅。
尤其可以看做成本敏感的一点，就是这类高速蒸汽发电机，往往气缸都是一个，双气缸的不多，三个的更少。不过没有多少年，蒸汽轮机就完全统一江湖了（怀疑和二战之后的剩余产能有关）。
高速蒸汽机一般都和较高的效率联系起来。从原理上讲，有的说是高速下蒸汽来不及加热气缸等机件就完成膨胀离开了。我更觉得是不能忽略更大的膨胀比例、或称切断率，或者称作更小的cutoff，热能更多地转换到机械能，最终更冷的蒸汽和机件接触，热蒸汽接触机件的机会、时机更少，热能的遗散得以减缓。
另外还有看到的一个条件，就是轴承、润滑技术的发展以及成熟，尤其是加压油泵润滑。之前使用的慢速蒸汽机上，滑动轴承是主流，滑动轴承的润滑需要那个位置上安装一个“油壶”或是“油杯”，内部的润滑油或是润滑脂向轴承缝隙自由渗漏，直到漏完。工人就需要不时地向这些油壶油杯中添油，就和庙里点长明灯的和尚一样。没有加压，润滑油在摩擦面上的油膜是不会理想的。火车上，气缸活塞到车轮的连杆，好像叫做“勾背”杠，两个繁体很不常见的字，就是使用滑动轴承，也就是灌油后直接磨，这里的温度可是将近100度，能把水蒸发沸腾掉。再说，对于运动中的油杯，工人可是没法加油，用筷子夹住苍蝇的武林高手也不行。（这个捉苍蝇操作的最初印象是李连杰演的洪熙官，而最早的银幕形象似乎是三船敏郎的椿三十郎。又跑题了，艾玛）
没来就嫌弃在回头看蒸汽机车，这些花活基本啥啥没有，只有靠着跑到高速之后，利用整车的惯性，匀速下切换到小的cutoff上来改善效率（也差不多就是高速蒸汽机的想法，也是双擎上面的测量，在高速下才纯粹使用内燃机）。某些有改动的设计，都是产量极少的有实验性质的车。数量上主流的，都是些憨货。蒸汽机车效率超过10%就是先进，但是这个数字不能拿来代表蒸汽动力。
优雅地来这个，终于要说到提了n次的，关于保温的话题了。温度分布更加合理，效率就更高。
下次吧，土鳖抗铁牛
通宝推：花棍舞,mezhan,北纬42度,吴用,桥上,家园 我还是挺希望蒸汽机回血----P5 -- 有补充 因为我还真就有了两三个点子，能写成专利的。
蒸汽机阿，同志们，21世纪都过去五分之一了，蒸汽机车离开铁路客运也大概四分之一个世纪了吧。
蒸汽机写了半年，吞吞吐吐。原因之一就是因为存在那么个小我，舍不得把自己的“专利”写出来。不是真正的专利，写的东西基本成型了，能交出去了，但是有抠门到舍不得。因为作为个人写专利，注定是亏本的，24k的概率是僵尸专利不会有应用。还是蒸汽机的专利，单位里也不会算成绩，只能得到“意味深长的一笑”
对于专利制度，也有了一点点想法：epimetheus:知识私有的确对于中国文化是外来的
脸大着说，目前为止，是那个楼里不抱怨的，想主意的，至少做个裱糊匠的唯一贴子。
作者 对本帖的 补充(1)家园 我老婆说 -- 补充帖 专利无论如何还是有用的
等你坐牢，到时候写出来，还能减刑呢
见前补充 4533952 家园 蒸汽机如果要复兴，也许和太阳能之类的新能源结合 是一条道路。
家园 我的想象中是生物有机燃料 例如固碳细菌、蓝藻、大豆、玉米等等，做成酒精或是油，能够快速补充，毕竟加油1、2分钟，充电怕是多少年也追不上。
再夸张点，甚至是生物质，秸秆等等，脱水、粉碎做成干粉，或是继续压实成小颗粒，进行燃烧。外燃机嘛，适用范围大的很。
选择蒸汽机而不是蒸汽轮机，是觉得制作活塞机，要比制造那么多多级汽轮叶片简单便宜一点，至少会比汽车的便宜，转速要求轴承要求维护要求也会更低，尤其是要车载实现小型化的话。
对于风水太阳，不知道有没有可能，用电把低能的有机物例如酒精，变成高能的燃料比如汽油。
这些都是瞎想了
家园 现在北方处理秸秆很困难。 分布分散，能量密度低，不烧掉又难以处理。
现在看，如果有某种高功率密度的蒸汽机，并且容易维护， 那么在某种补贴的情况下， 也许可以用于农村的短途交通和农田机械。
收割下来的农业废弃物直接烧了做燃料，不跑长途就在村庄和田间来回，正好消耗各类农业废弃物。
不过，如果长时间普遍使用，可能农村的生物质燃料不够用。
家园 说一个看到的笑话 应该是知乎上看到的，问热机效率达到了100%会是什么样子的。
一个回答说，不可能，要是达到了100%的效率，发动机排气就需要是绝对0度了。
我不知道这位是不是个小学生，看来是知道卡诺极限的公式，看来也应该是高中生大学生了。高中物理没有卡诺极限，可能竞赛有吧。大学普物也没有卡诺极限吧。了解卡诺极限，应该是爱好使然。但是思辨能力真是有问题。想问问排气绝对零度对应了效率100%，那排气0摄氏度对应效率多少啊？
将一个热机作为一个系统，能量输出的形式，要么是转轴上的机械能，要么就是散热形式发散的废热。废热没有了只有转轴机械能，那不就是效率100%了吗？
我对于外燃机的“信心”，就来自于使用逆流原理的热交换器，将逸散的热能，以很大的比例回收，重新参与热传递到做功工质上。这种“品味”很差的热能，在别的情况下是用不了的，甚至会是起到反作用的。
再具体，就是需要有利用外部氧化剂的空气进入，将排放的废热交换到参与燃烧的空气，这样令外部排放的热量最少。
这么看，给我一块热烘烘的pu238热源，或是聚集的高强度阳光，或是核能的高温，我反而没那么有信心了。因为没有了那个进入的空气流，也就控制不了往外的热气流。
这个情况下，就不谈蒸汽机了，因为缺乏手段。这个时候，不存在燃烧烟气的废热，但是存在蒸汽冷凝的潜热转化。没有了参与燃烧的空气进气气流，似乎就没有控制与再利用潜热的手段了。
其实是有的，叫再压缩技术，消耗较少的能量来回收更多的能量。不反过来吃掉一些能量是不可能的了，更重要的是，不向外散热是不可能的了。算是我挖坑吧，日后再侃侃。
这个情况下，好于蒸汽机（包括蒸汽轮机）的是斯特林发动机，增强效率的手段，不再是前述的热交换器，而是使用“再生器”含蓄能量，在和工质交换热的过程中增加效率，更好地膨胀收缩，更充分地转化为机械能。整体上说，斯特林发动机是一个热量从膨胀气缸流向压缩气缸的“漏”，最终漏的位置是在压缩气缸，也就是需要冷却的气缸。这里多少热灌进去，那里多少热散出来，中间的差额变成了机械能。想象的情况，这边一直在加热，那边冷却段不怎么冷却也不升温，中间大量热能变成机械能。类似机械运动的惯性，良好效率的斯特林中，各个位置储热是不小的，才能保证工质温度压强变化最理想，但是改变工况，搞加速减速，斯特林就不大行了，老老实实拖动发电机、电池组削峰填谷吧。
家园 蒸汽机的番外篇 琢磨蒸汽的时候，不由想到了计算机的散热。现在热管为重要角色的风冷散热似乎还是比较够用的，进一步有使用水冷的，不过疑似花钱更多性价比值得怀疑、水泵风险是个问题。
热管就是前文说的，一端蒸发吸热、一端冷凝释放内部工质的潜热。这个功率流是要明显大于金属等材料的传导的。印象里，常见的直径6mm的，似乎对应大约30w的功率流。我的电脑里是个单风扇6管的淘宝便宜货，几十块，使用的硅脂是垃圾级别，工具箱里呆了将近10年，不知道有没保质期、变质问题。标称80w的cpu烤鸡大约60度，风扇转到4000转。现在通过linux的fancontrol、sensors服务，待机调整到300转，温度低于体温，气温凉点就干脆停转了。中度轻度使用的时候一般没有感觉，编译啥的也就是1600左右的转速，尽管cpu占用率8个100%，但是任务重了（数学计算为主），4000转的风扇还是比较“带劲”的。
cpu还是小头，还有两个GPU是能耗大户，也是噪声大户（其实丢到阳台角落里无线网连着，还是无所谓的）
说的有点远了，臭显的嫌疑。
真正要臭显的是下文：
灵光乍现，琢磨着一个“水冷”。重点是，不使用机械部件。没有水泵，也不想要风扇，完全自然循环。
纯粹的水冷怕是不会完成自然循环的。简单地说，就是利用沸腾产生的蒸汽的流动完成循环。cpu的水冷头作为蒸汽发生器，蒸汽流到别的地方冷凝。照理说通常炖煮温度不会超过100度，更高的温度会被“锁住”。到了高原上，这个温度随着气压下降，于是就发明了高压锅建立更高的压力、温度。当然，也就能使用更低的压力来实现电脑温度的更低，毕竟一个温度锁定到100度的计算机散热，是没啥好提的。
问题就来了，抽低压抽到多少呢？
-压强（kpa） - 沸点（摄氏度） - 101 100 70 90 47 80 31 70 20 60 12 50 7 40 为了虚荣，就怎么着也得能够镇到50度吧，那么就需要把冷却管路内部抽到12千帕，大约八分之一大气压。之前接触的泵能够抽到五分之一大气压，对应60度吧。
那么怎么实现自然循环呢。设想，cpu位置发生蒸发，蒸汽直接上升到系统的最顶部，然后开始沿着管路下降，这个下降的过程也是冷却的过程。冷却中，蒸汽凝结成为液态，保持了低压。凝结水沿着管路继续流动，到达管路系统的最下端。随着cpu部分的蒸发沸腾，环形管路自动补充流动到cpu位置。这就是闭环的大致“环流”。整体上，这个环形管路是一半积水、水上面是低压\真空。cpu等等发热部件的蒸发器，位于水线以下。
换句话说，这就是个单向环流的大号热管。不过就不考虑热管内部的什么金属粉末烧结、或是纤维编织的组织来蓄含、传递液态工质了。
从蒸发器到散热塔的最顶部，设计使用最直接的直管。散热塔部分则是使用盘曲的管路令蒸汽经过，实现充分的热交换、冷凝。
设计散热鳍片作一组竖直的金属片，蒸汽冷凝管路则是近似水平地倾斜穿过鳍片。鳍片的两侧开放部分增设挡板，令空气经过鳍片的部分形成一个只有上下开口的桶型。这样，经过加热的空气就会自动向上流动。而蒸汽管路里，蒸汽逐渐冷却、凝结，则是从上到下的过程，温度分布也是上热下冷，这就正好形成了一个逆流的热交换。不妨令散热塔部分竖直尺度较大、水平尺度较小，强化空气流动、蒸汽冷凝管路温度梯度的有序。
接下来的一个疑问，就是一旦有水蒸发，内部管路极小的体积就被蒸汽填充，压强在发生冷凝之前还是会明显增加。为了50度设计而抽的真空，很快发现升到70度。这样就增加一个真空瓶（姑且叫做真空reservoir，我不知道为啥很喜欢reservoir这个词），瓶子内部也是真空的，瓶口向下，连接到环形管路内部冷凝端的液面上方真空空间。蒸汽相当于从蒸发器向另一侧的水面冲，冲的过程中冷凝，而整体压力，至少另一侧水面上方的压强不会明显变化。
机箱里面有cpu、两个GPU，想要两个都位于水面下方不远，显然电脑不能原来那样摆放了。最合适的形态，是主板背板IO部分，也就是机箱的背部，成为底部，机箱整个向后转动90度。这个时候，绝大多数情况的cpu、gpu芯片都位于差不多的高度上，还全是竖直的。现在有些机箱有这种板卡全竖直的，号称散热更好（我看未必）。这个时候，cpu上方的空间，一直到现在的顶部、之前的前面板，似乎可以布置前述的散热塔。下面是机箱往往都有的辅助风扇开口，上面嘛则需要开新的口子。
就这样吧，越想越美，欧耶。
没时间做，嘴上先过过瘾
回头说，为啥6mm热管对应了30W，而这里似乎是要用一个管子就带走一百多瓦，能行不？热管的相关研究，是CFD研究的一个方向。计算机用的热管，算是最为低端的吧。猜想之一就是本身内部容积很小，温度一高气态工质一多就把内部压强憋上去了，沸点也上去了，蒸发、凝结速率就下来了。猜想之二是使用毛细作用从冷凝端到蒸发端传递液态工质，流速还是有限制。想做个实验也算是简单，现在的机箱不同朝向摆放，让热管贴着芯片的部分处于上部、下部、水平一侧等等情况，比较一下。不过热管原本最大的特点是重力无关，毛细作用与重力关系不明显，这个实验之前是没有发现明显的差异的，只能考察烧结海绵结构之外的液态工质的影响。既然扯到CFD了，就有第三个因素，算是和前一点对应，蒸发的气态工质流向冷凝端，显然是存在上限的，相对低温、明显低压下的气态声速是更低的，工质流动显然不会高于声速，那么工质携带的能量的流动也有上限。当然这一点主要是装逼用。但是这也就牵扯到了3.5点，流速与阻力，想到管道内表面是烧结金属的粗糙表面，流动起来阻力必然不如光滑管路，于是也就解释了为啥笔记本上面扁的热管是不如圆热管的、6mm是不如8mm的、拐弯曲率大的不如曲率小的更不如不拐弯的、工业上更粗的有百瓦级的、以及环路热管是更先进的。
通宝推：陈王奋起,