循环过程和卡诺循环.ppt

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1、§8循环过程和卡诺循环一、几个概念1.循环过程热力学系统经历了一系列热力学过程后又回到初始状态，这个过程为循环过程。2.准静态循环过程循环过程中每一个状态都是由热平衡态构成的，这个过程为准静循环过程。进行循环的热力学系统叫工作物质。3.工作物质4.正循环与逆循环正循环P-V图循环曲线顺时针。逆循环P-V图逆时针。正循环逆循环二、热机、热机效率1.什么是热机把热能转换为机械能的装置称为热机，如蒸汽机、内燃机等。WABCD在正循环中，系统对外作功，可提供动力能源；在逆循环中，外界对系统作功。系统向外界放出热量，使一定区域内的温度降低，可用来致冷。循环曲线所包围的面积为系统作的净功。5.准静态循环

2、过程的特点经过一个循环，内能不变。正循环高温热源T1低温热源T23.热机效率由能量守恒在热机工作的一个循环过程中，吸收的热量转化为机械功的百分比称为该热机的效率。适用于所有的热机。2.工作示意图工作物质从高温热源吸取热量，内能增加，通过对外作功使内能减小，再通过向低温热源放热，系统内能进一步减小而回到原来的状态。功和热的量值一般均指绝对值。三、致冷机、致冷系数致冷机是逆循环工作的，是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中。使低温源温度降低。逆循环例如电冰箱、空调都属于致冷机。1.什么是致冷机高温热源T1低温热源T22.工作示意图致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中，使低温源温度

3、降低。由能量守恒在热能转化为机械能的应用方面，到18世纪末，瓦特完善了蒸汽机，使之成为真正的动力机械，但效率很低。1824年，法国炮兵军官萨地.卡诺首先认识到蒸汽机真正的动力来源是吸的热，并提出一种理想热机，以提高热机的效率和经济效益。适用于所有致冷机。3.致冷系数如果外界做一定的功，从低温源吸取的热量越多，致冷效率越大。高温热源T1低温热源T2四、卡诺循环的特点萨迪.卡诺是法国青年工程师、热力学的创始人之一，是第一个把热和动力联系起来的人。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，他对蒸汽机所作的简化、抽象十分彻底。提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，并假定该循环在准静

4、态条件下是可逆的，与工质无关，创造了一部理想的热机（卡诺热机）。卡诺循环是最简单、最基本的循环，为提高热机效率提供了指导。卡诺的目标是揭示热产生动力的真正的、独立的过程和普遍的规律。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出了提高热机效率的有效途径，揭示了热力学的不可逆性，被后人认为是热力学第二定律的先驱。1.卡诺循环是由两个(准静态)等温过程和两个(准静态)绝热过程组成2.需要两个热源，高温热源T1和低温热源T2。3.不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。A—B等温膨胀B—C绝热膨胀C—D等温压缩D—A绝热压缩五、卡诺正循环—卡诺热机WABCD四、卡诺循环的特点现在讨论

5、以理想气体为工作物质的卡诺循环的效率。C—D等温压缩放热WABCDD—A绝热过程B—C绝热过程A—B等温膨胀吸热卡诺热机效率WABCD（2）只适用于卡诺机。（1）Q1指从高温热源T1吸热，Q2指对低温热源T2放热的绝对值。W指作功的绝对值。（3）卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关。例2：两个循环过程，过程11—2等温、2—3绝热、3—4等压、4—1绝热。过程21—2等温、2—3’等容、3’—4等压、4—1绝热。试比较哪个过程热机效率高。例1图中两卡诺循环吗？卡诺致冷机致冷系数WABCD六、卡诺逆循环—卡诺致冷机(2)只适用于卡诺机。(1)Q1指对高温热源T1放热的绝对值，Q2

6、指从低温热源T2吸热。W指作功的绝对值。(3)卡诺机致冷系数只与两个热源的温度有关。3、提高热机效率的方法。使越小越好。讨论2、卡诺热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。例如：波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。要提高卡诺热机效率应尽量提高高温热源温度或尽量降低低温热源温度。1、卡诺机必须有两个热源。卡诺热机的工作物质不一定是理想气体，可以是其他物质。而低温热源的温度常是室温或江、河、地下水的水温，所以，提高热机效率的主要途径是升高高温热源温度。通常，蒸汽机中加上一过热器，使湿蒸汽变为干蒸汽，不仅利于它在绝热膨胀降温后不会有水冷凝出，而且这样能有效升高蒸汽压强

7、，以便升高蒸汽温度。目前30万kW汽轮机的蒸汽压强在20Mpa以上，蒸汽温度为400℃以上，这种蒸汽称为亚临界状态的蒸汽，其排气温度约200℃，热机效率为35-40%。超大型的汽轮机的高温蒸汽将处于超临界状态，其效率将更高。蒸汽机中，工作物质水在每一次循环中都把向高温热源吸收的热量中的一部分用于气缸对外作功，其余的能量则以热量方式向低温热源释放。一般热机有蒸汽机、内燃机等。内燃机将燃料燃烧过程移到汽缸内部，与