循環(huán)過程 卡諾循環(huán)

§4.5

循環(huán)過程卡諾循環(huán)abc，膨脹，對外做功

A1；cda，外界對系統(tǒng)做功

A2；一、循環(huán)過程：一系統(tǒng)(或工質)，經歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個過程叫循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。準靜態(tài)循環(huán)過程可在狀態(tài)圖上表現(xiàn)為一閉合曲線。循環(huán)過程總功(凈功)

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

Q1循環(huán)過程系統(tǒng)總放熱為Q2Q1-

Q2=A二、熱機效率熱機效率一次循環(huán)工質對外做的凈功

A一次循環(huán)工質從高溫熱源吸收的熱量

Q1V0paV1V2cbdAQ1Q2三、典型的熱循環(huán)：蒸汽機的循環(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中膨脹，推動葉輪對外做功

A1，同時降溫，變成廢汽；3.廢氣進入冷凝器

，向低溫熱庫放熱

Q2，同時自身凝結為水；4.最后水泵對冷凝水做功

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Q1Q2A1A2燃煤電廠中的蒸汽循環(huán)化學能高溫蒸汽電能動能勢能熱能氣輪機泵凝結器冷卻水發(fā)電機煙氣燃燒爐燃燒槍循環(huán)水預熱裝置熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機發(fā)電機化學能高溫蒸汽電能動能勢能熱能氣輪機泵凝結器冷卻水發(fā)電機燃燒爐燃燒槍循環(huán)水預熱裝置熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機發(fā)電機化學能高溫蒸汽電能動能動能熱能氣輪機泵冷卻水發(fā)電機燃燒爐燃燒槍循環(huán)水熱能熱能熱能熱能河流燃燒爐鍋爐管道氣輪機發(fā)電機煙氣凝結器為了提高熱機效率，1824年法國青年工程師卡諾提出了一個理想循環(huán)，它體現(xiàn)了熱機循環(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.準靜態(tài)循環(huán)，可以正、逆循環(huán)。2.工質為理想氣體。3.工質只和兩個溫度不同的恒溫熱庫交換熱量。二、卡諾循環(huán)組成兩個等溫過程1-2和3-4兩個絕熱過程2-3和4-1順時針轉組成正卡諾循環(huán)，逆時針轉組成逆卡諾循環(huán)。Q1Q2W高溫熱庫T1低溫熱庫T2工質§4.5.2卡諾循環(huán)

(Carnotcycle)卡諾循環(huán)過程動態(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過程，等溫膨脹，吸熱23過程，絕熱膨脹，溫度下降,34過程，等溫壓縮，放熱41過程，絕熱壓縮，溫度上升,三、卡諾循環(huán)的熱機效率熱機循環(huán)過程效率：Q2Q1T1T2

卡諾循環(huán)熱機效率只與兩個恒溫熱庫溫度T1和T2

有關，與工質無關。

它指明提高熱機效率的方向，即提高T1值或降低

T2值。實際降低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

能量交換與轉化關系。Q2低溫熱庫T2AQ1工質高溫熱庫T1Q2Q1T1T2例7.有一卡諾循環(huán)，當熱源溫度為

100℃，冷卻器溫度為

0℃

時，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，工作物質為同質量的理想氣體，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)動機中的循環(huán)過程為奧托循環(huán)○○火花塞作功○○排氣門排氣進氣門○○進氣○○壓縮(32)空氣(理想氣體)標準奧托循環(huán):1)絕熱壓縮過程:ab2)等容吸熱過程:bc對應于點火爆燃過程3)絕熱膨脹過程:cd對應于氣體膨脹對外作功過程4)等容放熱過程:da○○壓縮○○火花塞作功○○排氣門排氣進氣門○○進氣例8a:奧托循環(huán)的效率燃燒汽油的四沖程內燃機進行的循環(huán)過程叫奧托循環(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行絕熱壓縮。bc段：壓縮到體積V2時點火，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，推動活塞做功W1。da段：等容放熱（實際上是將廢氣從氣缸中排出去,把熱量帶走， 最后進入大氣，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燃機進行的循環(huán)過程叫狄賽爾循環(huán)。經過準靜態(tài)循環(huán)過程：（未畫吸氣沖程）(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經等壓吸熱過程達到狀態(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經等體放熱過程達到狀態(tài)V1、TA。解：對于等體和等壓過程，有效率Q1=Cp,m(TC-TB),|Q2|=CV,m(TD-TA),

對于兩絕熱過程,有

定義壓縮比r=V1/V2

，定壓膨脹比ρ=V3/V2，最后得到

對于等壓過程,有

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

已知，比熱容比為，求循環(huán)效率。a→b

等壓過程b→c

等容過程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Q2低溫熱庫T2高溫熱庫T1Q1二、能流圖三、制冷系數(shù)§4.5.3制冷循環(huán)

43：等溫膨脹，從低溫熱庫吸熱Q2；21：等溫壓縮，向高溫熱庫放熱Q1。四、冰箱(Refrigerator)工作原理工質：氨和氟里昂。Q2A冷庫節(jié)流閥散熱片冷凝器Q1壓縮機蒸發(fā)器經節(jié)流閥小口后，降壓降溫，再進入蒸發(fā)器，從冷庫中吸熱。工質蒸發(fā)為蒸氣，被吸入壓氣機中。

工質被壓縮機壓縮，溫度升高，進入