物理熱學4循環(huán)過程和

1、4.5、循環(huán)過程和卡諾過程 循環(huán)過程系統(tǒng)由某個狀態(tài)出發(fā),經(jīng)過任意的一系列過程,最后回到原來的初始狀態(tài)的過程稱為循環(huán)過程。 如果其循環(huán)過程是準靜態(tài)的，在圖上表示為一條閉合曲線；正循環(huán)，循環(huán)沿順時針方向進行;逆循環(huán)，循環(huán)沿逆時針方向進行。 pO循環(huán)過程 A CV1V2V 內能的改變?yōu)椋旱谝欢桑赫h(huán)： 逆循環(huán)： 系統(tǒng)對外界作功外界對系統(tǒng)作功系統(tǒng)從外界吸熱系統(tǒng)向外界放熱- 熱機- 制冷機 循環(huán)過程： pO循環(huán)過程 A CV1V2VWBDA:高溫熱源, B:鍋爐C: 泵, D: 氣缸, E: 低溫熱源工質高溫熱源 T1工質泵活塞吸收熱量Q1對外作功W放出熱量Q2工質低溫熱源 T2正循環(huán)過程熱機工質:

2、吸收熱量并對外作功的物質逆循環(huán)過程制冷機 Compressor 壓縮機 Condensor 冷凝器 Expansion valve 節(jié)流閥 Evaporator 蒸發(fā)器逆循環(huán)過程冰箱12,345圖4-11 電冰箱工作原理 蒸發(fā)致冷循環(huán) 虛線是氣-液分界線W電冰箱原理圖中有4個主要器件： 毛細管產生低溫低壓液體， 壓縮機產生高溫高壓氣體； 蒸發(fā)器使液變氣， 冷凝器使氣變液循環(huán)過程分為上下左右4部分： 上方是液體, 下方是氣體; 左方是低溫(冷), 右方是高溫(熱); 左方是低壓, 右方是高壓 干燥氟里昂蒸氣進入壓縮機: 絕熱壓縮 冷凝 經(jīng)節(jié)流閥后 進入蒸發(fā)器,pVO12345冷凝蒸發(fā)后為高溫高壓

3、過熱蒸氣(12)后為常溫高壓液體(34)為低溫低壓液體(45)液體汽化,吸取汽化熱(51)工質 熱機效率：低溫熱源T2 Q2A工質 Q1高溫熱源T1低溫熱源T2 Q2AQ1高溫熱源T1 致冷系數(shù)：歷史回顧： 1706 紐可門制成第一臺能供實用的蒸汽機1768 瓦特完善了蒸汽機 增加了冷凝器, 發(fā)明了活塞閥、飛輪、離心節(jié)速器等，使其成為真正的動力。=3-5%1824卡諾 提出一種理想熱機，并說明其效率最高。Nicholas Lonard Sadi Carnot(1796 1832)薩迪卡諾 法國工程師、熱力學的創(chuàng)始人之一。兼有理論科學才能與實驗科學才能，是第一個把熱和動力聯(lián)系起來的人，是熱力學的

4、真正的理論基礎建立者。 他出色地、創(chuàng)造性地用“理想實驗”的思維方法，提出了最簡單，但有重要理論意義的熱機循環(huán)卡諾循環(huán)，并假定該循環(huán)在準靜態(tài)條件下是可逆的，與工質無關，創(chuàng)造了一部理想的熱機（卡諾熱機）。 卡諾循環(huán)BC：絕熱膨脹，對外界作功； 由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。BACWQ1Q2T1T2 pOV等溫線D絕熱線AB：等溫膨脹，吸熱；DA：絕熱壓縮，外界對系統(tǒng)作功。CD：等溫壓縮，放熱；四個過程卡諾循環(huán)的效率 正卡諾循環(huán)吸熱：放熱：效率：BACWQ1Q2T1T2 pOV等溫線D絕熱線對BC 和 DA 兩絕熱過程，由絕熱過程方程得即絕熱線BAWQ1Q2T1T2 pOV等溫

5、線DC-循環(huán)閉合條件VA VD VB VC同理，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)理想卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源的溫度有關。所以，卡諾循環(huán)的效率高溫熱源溫度越高，或低溫熱源溫度越低，則效率越高只與T1和T2有關與物質種類、膨脹的體積無關提高高溫熱源的溫度更現(xiàn)實。2 ) 理論指導作用 討論1 )卡諾熱機效率) 熱機循環(huán)不向低溫熱源放熱是不可能的3) 低溫熱源溫度T2 0 說明熱機效率且只能熱機循環(huán)至少需要兩個熱源。否則，海水降0.010C，可供全世界1700年所需能量，就無能源危機了。5)疑問：由熱力學第一定律，循環(huán)過程中如果相當于把吸收的熱量全作功，從能量轉換看不違反熱力學第一定律 但為什么實際做不到？說明

6、:必然還有一個獨立于熱一律的定律存在。（熱力學第二定律）Rudolf Diesel(1858-1913)提高熱機效率 從蒸汽機到內燃機： 四沖程壓燃式柴油發(fā)動機，其理想循環(huán)是定壓加熱循環(huán)。（狄塞爾循環(huán)，Diesel cycle）Nikolaus Otto (1832-1891) 四沖程火花塞點燃式汽油發(fā)動機，其理想循環(huán)是定體加熱循環(huán)。（奧托循環(huán)，Otto cycle，1876）0-A:等壓進氣(汽油，空氣)A-B:速壓（絕熱），外界做功B-C:點火爆炸（等體吸熱Q）C-D:速推活塞做功（絕熱）D-A:等體放熱QBAQ1Q2 pOV絕熱線DCV1V2o Otto CycleA-O: 排氣(CO,

7、HO,廢氣)四沖程等效為理氣的兩個絕熱過程和兩個等體過程組成。0-A:等壓進氣(汽油，空氣)奧托循環(huán)（定體加熱循環(huán)）A-B:速壓（絕熱），外界做功（電機利用電瓶的電。無電則手工）B-C:點火爆炸（等體吸熱）C-D:速推活塞做功（絕熱）（有價值部分，同時充電于電瓶）D-A:等體放熱A-O:排氣（CO,HO,廢氣）BAQ1Q2 pOV絕熱線DCV1V2o pOVo效率:實際約為 25%.BAQ1Q2 pOV絕熱線DCV1V2o現(xiàn)代熱電廠：（900K） （300K）理論： 65%實際： 40% 有損耗，T1不夠高狄塞爾循環(huán)（定壓加熱循環(huán)）四沖程柴油機工作循環(huán)。四沖程等效為理氣的兩個絕熱過程和等體、等壓過程各一個。A-B:絕熱壓縮B-C:等壓吸熱C-D:絕熱膨脹D-A:等體放熱求此循環(huán)效率。BAQ1Q2 pOV絕熱線DCV1V2V解：對等體、等壓過程，有BAQ1Q2 pOV絕熱線DCV1V2V對于兩個絕熱過程，有引入：絕熱壓縮比定