第五节 循环过程 卡诺循环

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1、第七章热力学基础（FundamentalsofThermalDynamics）第五节循环过程卡诺循环（CyclicProcess&CarnotCycle）热机（HeatEngine）蒸汽机热机（HeatEngine）内燃机热机热机（HeatEngine）内燃机制冷机热机（HeatEngine）制冷机制冷机热机（HeatEngine）第七章热力学基础（FundamentalsofThermalDynamics）第五节循环过程卡诺循环（CyclicProcess&CarnotCycle）热机（HeatEngine）内燃机热机（HeatEngine）高温热源T1p1QQ112AA4

2、3QQ22OV低温热源T2热机热机（HeatEngine）高温热源T高温热源T11QQ11AAQ2Q2低温热源T低温热源T22热机制冷机1.1.循环过程（循环过程（CyclicProcessCyclicProcess）：）：循环过程：系统经过一系列状态变化过程以后，又回到原来状态的过程。循环特征：系统经历一个循环之后,内能不改变。1.1.循环过程（循环过程（CyclicProcessCyclicProcess）：）：热机：通过工作物质连续不断地将热转化为功的装置。正循环：热机循环。利用工作物质连续不断地把热转换为功。制冷机：通过对工作物质作功连续不断地转移热量的装置。负循环：

3、制冷机循环。利用工作物质连续不断地把功转换为热。注意：这里Q>0，Q>012热机（正）循环效率高温热源T1QQA12Q1A系统对外界作功AQ系统从外界吸热1QQ2系统向外界放热2低温热源TAQQ12Q221QQQ1112.2.卡诺循环（卡诺循环（CarnotCarnotCycleCycle））高温热源T1Q1卡诺循环：准静态循环，A只和两个恒温热库交换热量，由两个等温过程和两个绝热Q2过程组成。低温热源T2卡诺循环高温热源T1Q2.1正向卡诺循环的效率推导1Ap1-2等温膨胀：Q21p1Q低温热源T2MV12则QRTln211pMV2mol1AQA2

4、1QQ43-4等温压缩：11p43p3Q2QRMMTlnV4RTlnV3OV1V4V2V3V222MVMVmol34mol高温热源T1Q2.1正向卡诺循环的效率推导1Ap4-1和2-3是绝热过程：Q2VTV41T1p1T311()1Q低温热源2()VT1V2T212p22VVAQ2A231QQ4VV11p4314p3QMVQQ2QRTln21211MmolV1TTOV1V4V2V3V12MVQT22QRTln31122CQTMmolV411卡诺循环：由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的循环。T2卡诺循环效率：1T1讨

5、论：a.卡诺循环必须有高温和低温两个热源。b.卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关。T2愈低或T愈高，卡诺循环的效率愈大。工程上1一般采取提高高温热源温度的方法。c.卡诺循环的效率总是小于1的。（热力学第三定律）2.2逆向卡诺循环的致冷系数pQ2Q2AQQ高温热源112p1Q1Q21p2AA4p43p3Q2Q2OV1V4V2V3V低温热源2.2逆向卡诺循环的致冷系数QQ22AQQ高温热源12A外界对工质所做的净功Q1Q工作物质向外界放出的热量数值1AQ工作物质从冷库吸取的热量数值2T2Q卡诺致冷系数：c2TT12低温热源可以大于1例题7-4有一卡诺制冷机

6、，从温度为−100C的冷藏室吸取热量，而向温度为20℃的物体放出热量。设该制冷机所耗功率为15kW，问每分钟从冷藏室吸取热量为多少？高温热源T1解:T1=293K，T2=263K,则Q1T263Q22ATT30A每分钟作功为12Q235TA＝151060J910J低温热源2所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为26356QA＝910J7.8910J230此时,每分钟向温度为20℃的物体放出的热量为6QQA8.7910J12例题7-5内燃机的循环之一——奥托（Otto）循环。内燃机利用液体或气体燃料,直接在气缸中燃烧,产生巨大的压强而作功。内

7、燃机的种类很多,我们只举活塞经过四个过程完成一个循环(如图)的四冲程汽油内燃机(奥托循环)为例，计算这一循环的效率。解内燃机的四个过程分别如下：内燃机的工作过程近似看作由两个等体过程和p两个绝热过程组成的循环d过程，称为奥托循环。ceap0bOVVV0等体过程cd中吸热，等体过程eb中放热设气体的质量为M，摩尔质量为M，摩尔定体热mol容为C，Vp等体过程cd中吸取热量为dMQCTT1VdcMcmole等体过程eb中放出热量为apM0bQC2VebTTOV0VVMmol亦即所以这个循环的