循環(huán)過(guò)程 卡諾循環(huán)

§4.5

循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)abc，膨脹，對(duì)外做功

A1；cda，外界對(duì)系統(tǒng)做功

A2；一、循環(huán)過(guò)程：一系統(tǒng)(或工質(zhì))，經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程叫循環(huán)過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過(guò)程可在狀態(tài)圖上表現(xiàn)為一閉合曲線。循環(huán)過(guò)程總功(凈功)

A=A1-A2等于p-V圖上閉合曲線圍的面積。V0paV1V2cbdA熱機(jī)：循環(huán)沿順時(shí)針?lè)较?，正循環(huán)(熱循環(huán))，系統(tǒng)對(duì) 外界做凈功A；致冷機(jī)：循環(huán)沿逆時(shí)針?lè)较?，逆循環(huán)（致冷循環(huán)）,外界對(duì)系統(tǒng)做凈功A?！?.5.1循環(huán)過(guò)程及其效率循環(huán)過(guò)程一周：E=0循環(huán)過(guò)程系統(tǒng)總吸熱為

Q1循環(huán)過(guò)程系統(tǒng)總放熱為Q2Q1-

Q2=A二、熱機(jī)效率熱機(jī)效率一次循環(huán)工質(zhì)對(duì)外做的凈功

A一次循環(huán)工質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃?/p>

Q1V0paV1V2cbdAQ1Q2三、典型的熱循環(huán)：蒸汽機(jī)的循環(huán)一定量的水從蒸發(fā)器（鍋爐）中吸熱Q1變成高溫水蒸汽；2.

水蒸汽在蒸汽渦輪機(jī)中膨脹，推動(dòng)葉輪對(duì)外做功

A1，同時(shí)降溫，變成廢汽；3.廢氣進(jìn)入冷凝器

，向低溫?zé)釒?kù)放熱

Q2，同時(shí)自身凝結(jié)為水；4.最后水泵對(duì)冷凝水做功

A2，將水壓回到鍋爐中去，完成循環(huán)。蒸發(fā)器水泵冷凝器蒸汽渦輪機(jī)Q1Q2A1A2燃煤電廠中的蒸汽循環(huán)化學(xué)能高溫蒸汽電能動(dòng)能勢(shì)能熱能氣輪機(jī)泵凝結(jié)器冷卻水發(fā)電機(jī)煙氣燃燒爐燃燒槍循環(huán)水預(yù)熱裝置熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)化學(xué)能高溫蒸汽電能動(dòng)能勢(shì)能熱能氣輪機(jī)泵凝結(jié)器冷卻水發(fā)電機(jī)燃燒爐燃燒槍循環(huán)水預(yù)熱裝置熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)化學(xué)能高溫蒸汽電能動(dòng)能動(dòng)能熱能氣輪機(jī)泵冷卻水發(fā)電機(jī)燃燒爐燃燒槍循環(huán)水熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)煙氣凝結(jié)器為了提高熱機(jī)效率，1824年法國(guó)青年工程師卡諾提出了一個(gè)理想循環(huán)，它體現(xiàn)了熱機(jī)循環(huán)的基本特征，我們稱它為卡諾循環(huán)。一、卡諾循環(huán)條件1.準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)，可以正、逆循環(huán)。2.工質(zhì)為理想氣體。3.工質(zhì)只和兩個(gè)溫度不同的恒溫?zé)釒?kù)交換熱量。二、卡諾循環(huán)組成兩個(gè)等溫過(guò)程1-2和3-4兩個(gè)絕熱過(guò)程2-3和4-1順時(shí)針轉(zhuǎn)組成正卡諾循環(huán)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)組成逆卡諾循環(huán)。Q1Q2W高溫?zé)釒?kù)T1低溫?zé)釒?kù)T2工質(zhì)§4.5.2卡諾循環(huán)

(Carnotcycle)卡諾循環(huán)過(guò)程動(dòng)態(tài)圖示a-b等溫膨脹，吸熱

c-d等溫壓縮，放熱

b-c絕熱膨脹，降溫d-a絕熱壓縮，升溫12過(guò)程，等溫膨脹，吸熱23過(guò)程，絕熱膨脹，溫度下降,34過(guò)程，等溫壓縮，放熱41過(guò)程，絕熱壓縮，溫度上升,三、卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率熱機(jī)循環(huán)過(guò)程效率：Q2Q1T1T2

卡諾循環(huán)熱機(jī)效率只與兩個(gè)恒溫?zé)釒?kù)溫度T1和T2

有關(guān)，與工質(zhì)無(wú)關(guān)。

它指明提高熱機(jī)效率的方向，即提高T1值或降低

T2值。實(shí)際降低T2是困難的，熱電廠盡可能地提高T1溫度。

卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，

實(shí)際循環(huán)效率要小很多。

能流圖，卡諾循環(huán)中

能量交換與轉(zhuǎn)化關(guān)系。Q2低溫?zé)釒?kù)T2AQ1工質(zhì)高溫?zé)釒?kù)T1Q2Q1T1T2例7.有一卡諾循環(huán)，當(dāng)熱源溫度為

100℃，冷卻器溫度為

0℃

時(shí)，一循環(huán)作凈功8000

J，今維持冷卻器溫度不變，提高熱源溫度，使凈功增為

10000

J。若此兩循環(huán)都工作于相同的二絕熱線之間，工作物質(zhì)為同質(zhì)量的理想氣體，則熱源溫度增為多少?前后效率分別為多少？解：升溫前：升溫后：奧托(N.A.Otto)循環(huán):汽車四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的循環(huán)過(guò)程為奧托循環(huán)○○火花塞作功○○排氣門(mén)排氣進(jìn)氣門(mén)○○進(jìn)氣○○壓縮(32)空氣(理想氣體)標(biāo)準(zhǔn)奧托循環(huán):1)絕熱壓縮過(guò)程:ab2)等容吸熱過(guò)程:bc對(duì)應(yīng)于點(diǎn)火爆燃過(guò)程3)絕熱膨脹過(guò)程:cd對(duì)應(yīng)于氣體膨脹對(duì)外作功過(guò)程4)等容放熱過(guò)程:da○○壓縮○○火花塞作功○○排氣門(mén)排氣進(jìn)氣門(mén)○○進(jìn)氣例8a:奧托循環(huán)的效率燃燒汽油的四沖程內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行的循環(huán)過(guò)程叫奧托循環(huán)。它由兩條絕熱線和兩條等容線組成。如圖。ab段：將空氣和汽油的混合氣體進(jìn)行絕熱壓縮。bc段：壓縮到體積V2時(shí)點(diǎn)火，混合氣體急速升溫(等容升溫)， 吸熱Q1。cd段：混合氣體絕熱膨脹，推動(dòng)活塞做功W1。da段：等容放熱（實(shí)際上是將廢氣從氣缸中排出去,把熱量帶走， 最后進(jìn)入大氣，下一循環(huán)吸入同樣體積的冷空氣）。狀態(tài)

a:T1,V1

；b:T2,V2

；

c:T3,V2

；

d:T4,V1.解:b-c

，等容吸熱

Q1=CV(T3-T2),d-a，等容放熱

|Q2|=CV(T4-T1)

，效率

a–b，絕熱過(guò)程（TV

-1=常量）定義壓縮比r=V1/V2

，則可得：奧托循環(huán)的效率決定于壓縮比r。

c–d，絕熱過(guò)程,

由此兩式可得:

例8b

:

狄賽爾循環(huán)（Dieselcycle）的效率四沖程柴油內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行的循環(huán)過(guò)程叫狄賽爾循環(huán)。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過(guò)程：（未畫(huà)吸氣沖程）(1)由狀態(tài)V1、TA絕熱壓縮到狀態(tài)V2、TB，溫度升高。(2)由狀態(tài)V2、TB經(jīng)等壓吸熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)V3、TC，等壓燃燒膨脹(3)由狀態(tài)V3、TC絕熱膨脹到狀態(tài)V1、TD。(4)由狀態(tài)V1、TD經(jīng)等體放熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)V1、TA。解：對(duì)于等體和等壓過(guò)程，有效率Q1=Cp,m(TC-TB),|Q2|=CV,m(TD-TA),

對(duì)于兩絕熱過(guò)程,有

定義壓縮比r=V1/V2

，定壓膨脹比ρ=V3/V2，最后得到

對(duì)于等壓過(guò)程,有

于是：解：例9:如圖所示循環(huán)過(guò)程，c→a是絕熱過(guò)程，pa、Va、Vc

已知，比熱容比為，求循環(huán)效率。a→b

等壓過(guò)程b→c

等容過(guò)程VpVaVcpaabcO吸熱放熱一、逆卡諾循環(huán)14：絕熱膨脹，溫度下降；32：絕熱壓縮，溫度上升；Q1Q2OVpT1T21234V1V4V2V3A工質(zhì)Q2低溫?zé)釒?kù)T2高溫?zé)釒?kù)T1Q1二、能流圖三、制冷系數(shù)§4.5.3制冷循環(huán)

43：等溫膨脹，從低溫?zé)釒?kù)吸熱Q2；21：等溫壓縮，向高溫?zé)釒?kù)放熱Q1。四、冰箱(Refrigerator)工作原理工質(zhì)：氨和氟里昂。Q2A冷庫(kù)節(jié)流閥散熱片冷凝器Q1壓縮機(jī)蒸發(fā)器經(jīng)節(jié)流閥小口后，降壓降溫，再進(jìn)入蒸發(fā)器，從冷庫(kù)中吸熱。工質(zhì)蒸發(fā)為蒸氣，被吸入壓氣機(jī)中。

工質(zhì)被壓縮機(jī)壓縮，溫度升高，進(jìn)入