蒸汽机的工作原理基于热力学第一定律，通过将热能转化为机械能来实现动力输出。其核心过程可分为以下几个步骤：

一、蒸汽产生

水加热沸腾：

通过锅炉加热水至沸腾，产生高压蒸汽。这一过程需要外部热源（如煤、木材、石油等）提供能量。

蒸汽参数控制：

通过主汽阀和节流阀调节蒸汽压力和流量，确保蒸汽在适当压力下进入汽缸。

二、蒸汽膨胀与活塞运动

蒸汽进入汽缸：

高压蒸汽通过管道进入汽缸，推动活塞做往复运动。蒸汽的动能转化为活塞的直线运动能。

连杆传动：

活塞通过连杆与曲轴相连，将往复直线运动转化为旋转运动。这一过程通过偏心轮和滑动阀控制蒸汽进入和排出的时序。

三、能量转换与输出

机械能输出：

曲轴旋转带动发电机或机械装置，实现热能到机械能的最终转换。

冷凝与循环：

推动活塞的蒸汽进入冷凝器冷却后重新变为水，形成闭式循环。部分蒸汽可进入涡轮机进一步利用余热，提高效率。

四、关键部件与控制机制

汽缸与活塞：构成动力转换的核心部件，承受高温高压蒸汽的冲击。

曲柄连杆机构：将活塞的往复运动转化为旋转运动，传递动力至输出装置。

滑阀配汽机构：通过偏心轮和滑动阀控制蒸汽进入汽缸的时机和量。

冷凝器：将蒸汽冷却为水，维持循环的持续性。

五、历史与演变

蒸汽机作为工业革命标志性发明，最初依赖外部热源，效率较低。19世纪末逐渐被内燃机和汽轮机取代，但仍广泛应用于电力、交通等领域。现代蒸汽机多用于特定工业场景（如核电站、船舶等），结合了涡轮增压等技术提升性能。

通过上述过程，蒸汽机实现了从热能到机械能的高效转换，推动了工业生产和社会发展的巨大变革。