24.阅读短文,回答文后问题。
航速优化
化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程,但同时也污染了环境。因为大量燃烧化石燃料使大气中CO
2浓度增加,引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性,开始从各个方面着手减少碳排放。
船舶航行大多使用柴油发动机,航行时受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大减小航行阻力,发动机对推进设备做功的功率即推进功率就会大大减小,从而减少燃油消耗。但航速不是越小越好,因为船舶航行过程中除了推进设备,还有其他辅助设备工作,需要发动机做功。航速减小后,一段航程所需的航行时间就会延长,虽然推进功减少,但辅助功增加了。发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分。航速优化就是要找到适合的航速,使发动机做的总功减少,达到节能减排的目的。
(1)在柴油发动机的工作循环中,排出CO
2等气体的冲程是
。
(2)若船舶以速度v匀速直线航行,航行时受到的阻力为f=kv
2(k为常量)。则理想情况下,推进功率和速度
的关系为P
推=
。
(3)某船舶航行时,每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示,则最省油的航速约为
m/s。
(4)若题(3)中船舶的最大航速为10m/s,柴油发动机的效率为40%,柴油的热值为4.3×10
7J/kg,则航速从最大航速降低到最省油航速,每公里航程少消耗柴油
kg。