熱機循環(huán)過程

1、 熱機發(fā)展簡介熱機發(fā)展簡介 1698年薩維利和年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)年紐可門先后發(fā)明了明了蒸氣機蒸氣機 ，當時蒸氣機的效率極低，當時蒸氣機的效率極低 . 1765年瓦特進行了重大改進年瓦特進行了重大改進 ，大大提高了，大大提高了效率效率 . 人們一直在為提高熱機的效率而努人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，力，從理論上研究熱機效率問題， 一方面一方面指明了提高效率的方向，指明了提高效率的方向， 另一方面也推動另一方面也推動了熱學理論的發(fā)展了熱學理論的發(fā)展 .各種熱機的效率各種熱機的效率液體燃料火箭液體燃料火箭柴油機柴油機汽油機汽油機蒸氣機蒸氣機%48%8%37

2、%25熱機熱機 : 持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器 .冰箱循環(huán)示意圖冰箱循環(huán)示意圖pVoW 系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學循環(huán)過程回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學循環(huán)過程 .由熱力學第一定律由熱力學第一定律WQ 0E特征特征一一 循環(huán)過程循環(huán)過程ABAVBVcdQQQW21凈功凈功總吸熱總吸熱1Q二二 熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)熱機（熱機（正正循環(huán)）循環(huán)）0W致冷機（致冷機（逆逆循環(huán)）循環(huán)）0W凈吸熱凈吸熱Q總放熱總放熱（取絕對值）取絕對值）2Q熱機熱機熱機效率熱機效率1212111QQQ

3、QQQW高溫熱源高溫熱源低溫熱源低溫熱源1Q2QWWpVoABAVBVcdW致冷機致冷系數(shù)致冷機致冷系數(shù)2122QQQWQe致冷致冷機機高溫熱源高溫熱源pVoABAVBVcd1Q2QW低溫熱源低溫熱源1. 熱機循環(huán)熱機循環(huán)目的：吸熱對外作功目的：吸熱對外作功1) ) PV 圖圖正正2) )熱流圖熱流圖高溫熱源高溫熱源低溫熱源低溫熱源1Q2Q凈A3) )指標指標-效率效率吸凈QA121QQQ 2.制冷循環(huán)制冷循環(huán)目的：通過外界作功目的：通過外界作功 從低從低溫熱源吸熱溫熱源吸熱1) ) PV 圖圖逆逆2) )熱流圖熱流圖高溫高溫低溫低溫外凈A2Q1Q3) )制冷系數(shù)制冷系數(shù)外凈吸AQw212QQ

4、Q0凈凈QA0凈凈QA 14) )疑問：由熱疑問：由熱I律律 循環(huán)過程中循環(huán)過程中 如果如果相當于把吸收的熱量全作功相當于把吸收的熱量全作功從能量轉(zhuǎn)換看從能量轉(zhuǎn)換看 不違反熱一律不違反熱一律 但為什么實際做不到？但為什么實際做不到？說明說明: 必然還有一個必然還有一個獨立獨立于熱一律的于熱一律的 定律存在定律存在 這就是這就是熱二律熱二律一直敞開冰箱門一直敞開冰箱門 能制冷整個房間嗎？能制冷整個房間嗎？思考：思考：打開冰箱涼快一下打開冰箱涼快一下 例例 1 汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程( (Otto循環(huán)循環(huán)) )，其中，其中AB和和CD為絕熱過程，求為絕熱過程，求此

5、循環(huán)效率此循環(huán)效率.解解BCADBCvADvBCDATTTTTTCTTCQQ1)()(11吸吸放放CDBApV1V2o又又BC和和DA是絕熱過程：是絕熱過程：,112VVTTAB112VVTTDCDCABTTTT 所以所以121111VVTTTTTTBABCADV吸吸放放CDBApV1V2o三三 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 1824 年法國的年青工程師卡諾提出一年法國的年青工程師卡諾提出一個工作在個工作在兩兩熱源之間的熱源之間的理想理想循環(huán)循環(huán) 卡諾卡諾循環(huán)循環(huán). 給出了熱機效率的理論極限值給出了熱機效率的理論極限值； 他他還提出了著名的卡諾定理還提出了著名的卡諾定理. 卡諾卡諾循環(huán)是由兩個準靜態(tài)循環(huán)是

6、由兩個準靜態(tài)等溫等溫過程和過程和兩個準靜態(tài)兩個準靜態(tài)絕熱絕熱過程組成過程組成 .卡諾熱機卡諾熱機1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V低溫熱源低溫熱源T2高溫熱源高溫熱源T121TT 理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算 A B 等溫膨脹等溫膨脹 B C 絕熱膨脹絕熱膨脹 C D 等溫壓縮等溫壓縮 D A 絕熱壓縮絕熱壓縮卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ1211lnVVRTQQabA B 等溫膨脹等溫膨脹吸吸熱熱4322lnVVRTQQcdC D 等溫壓縮放熱等溫壓縮放熱Vop2T

7、W1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ D A 絕熱過程絕熱過程214111TVTVB C 絕熱過程絕熱過程 132121VTVT4312VVVV所以所以Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ12431212lnln11VVVVTTQQ121TT 卡諾熱機效率卡諾熱機效率 卡諾熱機效率與工卡諾熱機效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個熱源的溫度有關(guān)，兩熱熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高循環(huán)的效率越高 . Vop2TW1TABCD21TT 高溫熱源高溫熱源T1卡諾致冷機卡諾致

8、冷機1Q2QW 卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機卡諾致冷機致冷致冷系數(shù)系數(shù)212212TTTQQQe2Q1Q低溫熱源低溫熱源T2 圖中兩卡諾循環(huán)圖中兩卡諾循環(huán) 嗎嗎 ？2121212T1T2W1W21WW poV討討 論論poV2T1T2W1W3T21WW 例例2 一電冰箱放在室溫為一電冰箱放在室溫為 的房的房 間里間里 ，冰箱儲藏柜中的溫度維持在，冰箱儲藏柜中的溫度維持在 . 現(xiàn)每天有現(xiàn)每天有 的熱量自房間傳入冰箱的熱量自房間傳入冰箱 內(nèi)內(nèi) , , 若要維持冰箱內(nèi)溫度不變?nèi)粢S持冰箱內(nèi)溫度不變 , , 外界每天外界每天 需作多少功需作多少功 , , 其功率為多少其功率為多少? 設在設在 至至 之間運轉(zhuǎn)的冰箱的致冷系數(shù)是卡諾之間運轉(zhuǎn)的冰箱的致冷系數(shù)是卡諾致冷機致冷系數(shù)的致冷機致冷系數(shù)的 55% .C5C20J100 . 27C5C20解解2 .1010055%55212TTTee卡房間傳入冰箱的熱量房間傳入冰箱的熱量 熱平衡時熱平衡時J 100 .