资源描述：
《Redlich_Kwong气体斯特林热机的输出功和效率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第12卷第4期集美大学学报(自然科学版)Vol.12No.42007年10月JournalofJimeiUniversity(NaturalScience)Oct.2007[文章编号]1007-7405(2007)04-0364-03Redlich2Kwong气体斯特林热机的输出功和效率苏孙庆(集美大学理学院,福建厦门361021)[摘要]探讨以Redlich2Kwong气体方程表示的实际气体斯特林热机的回热特性,导出循环的效率和输出功的表达式,并对结果进行一些有意义的讨论,所得结果将为斯特林热机的研究提供一些理论依据.[关键词]Redlich2Kw
2、ong气体;斯特林热机;热机效率;输出功[中图分类号]O414;TK123[文献标志码]A0引言环境和能源是人类面临的重大问题,保护环境和节约能源是新的课题.由于斯特林热机具有结构[1-3]简单、排放废气少、在各种负载下都有较高的效率等优点,使得斯特林热机的开发和研制倍受青睐.斯特林热机是一种应用广泛的回热式热机,当斯特林热机以理想气体或范德瓦尔斯气体为工质[4-6]时,才具有理想回热的条件,才可以通过理想回热器实现理想回热.而当气体不能视为理想气体或范德瓦尔斯气体时,这时斯特林循环就不具备理想回热的条件,无法通过回热器(即使是理想的)来实现理想回热
3、,它的理论效率就达不到卡诺效率.本文对以Redlich2Kwong气体方程表示的实际气体为工质的斯特林热机进行研究,发现该循环不具有理想回热,存在固有的非理想回热,并推导热机效率和输出功的表达式,从而为斯特林热机的研究和优化设计提供一些理论依据.1气体的摩尔熵和摩尔热容[7]由热力学关系:(5S/5V)T=(5p/5T)V和Redlich2Kwong气体方程:p=[nRT/(v-b)]-21/2na/[Tv(v+b)],可得气体的熵为:23/2S=S0(T)+nRln(v-b)+[na/(2bT)]ln[v/(v+b)].(1)式(1)中的R为摩尔气
4、体常数,v和T分别为气体的比容和热力学温度,a、b分别为气体的特征常数,n为气体的物质的量,S0(T)为气体在基准态的熵.22而由热力学关系:(5Cv/5v)T=T(5p/5T)V和Redlich2Kwong气体方程可得气体的定容热容为:023/2Cv=Cv(T)+[3na/(4bT)]ln(1+b/v).(2)2斯特林热机模型考虑以实际气体为工质的斯特林热机如图1所示,图中TH和TL[收稿日期]2006-11-01[作者简介]苏孙庆(1964—),男,高级讲师,从事热力循环优化理论及其应用研究.第4期苏孙庆:Redlich2Kwong气体斯特林热机
5、的输出功和效率·365·分别是两个等温过程的温度,v1和v2分别是两个等容过程的比容,QH和QL分别是工质在两个等温过程中从高温热源吸收的热量和放给低温热源的热量,Q1和Q2分别是在两个等容过程中工质从回热器吸收的热量和放给回热器的热量.根据热力学第一、第二定律:dQ=TdS=dU+pdV,以及式(1)和式(2),可导出循环在两个等温过程和两个等容过程吸收和放出的热量(取绝对值)分别为2(vv2-bnav21+b)QH=nRTHln+1/2ln;(3)v1-b2bTHv1(v2+b)2(vv2-bnav21+b)QL=nRTLln+1/2ln;(4)
6、v1-b2bTLv1(v2+b)THTHTH2v+b03na1Q1=∫Cv(v,T)dT=∫Cv(T)dT+∫3/2lndT=TLTLTL4bTv1T2H03nav1+b11∫Cv(T)dT-ln-;(5)TL2bv1THTLTH2v+b03na211Q2=∫Cv(T)dT-ln-.(6)TL2bv2THTL由式(5)和式(6)得,热机每循环固有的回热损失为:23na111+b/v1ΔQ=Q1-Q2=-ln.(7)2bTLTH1+b/v23气体斯特林热机的输出功和效率根据式(7)可知ΔQ>0,因此,工质从回热器吸收的热量大于放给回热器的热量,回热器中
7、不足的热量必须从高温热源补充,否则回热器不能正常工作.由式(3)～式(7)可得,斯特林热机每循环的输出功和效率分别为2(vv2-bna11v21+b)W=QH-QL+ΔQ=nR(TH-TL)ln+-ln,(8)v1-bbTLTHv1(v2+b)v2-bna11v2(v1+b)R(TH-TL)ln+-lnWv1-bbTLTHv1(v2+b)η==.(9)QH+ΔQv2-bna3/21v2(v1+b)RTHln+-lnv1-bbTLTHv1(v2+b)4讨论1)当a=0,b=0,由式(8)和式(9)可知热机的效率η=1-(TL/TH)=ηC,与经典理想气
8、体的卡诺效率相同,这时的输出功W=nR(TH-TL)ln(v2/v1)与卡诺热机的输出功一样,此时斯特林循环
