熱機(jī)循環(huán)過程

1、 熱機(jī)發(fā)展簡介熱機(jī)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(jī)蒸氣機(jī) ，當(dāng)時(shí)蒸氣機(jī)的效率極低，當(dāng)時(shí)蒸氣機(jī)的效率極低 . 1765年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn)年瓦特進(jìn)行了重大改進(jìn) ，大大提高了，大大提高了效率效率 . 人們一直在為提高熱機(jī)的效率而努人們一直在為提高熱機(jī)的效率而努力，從理論上研究熱機(jī)效率問題，力，從理論上研究熱機(jī)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(dòng)另一方面也推動(dòng)了熱學(xué)理論的發(fā)展了熱學(xué)理論的發(fā)展 .各種熱機(jī)的效率各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭液體燃料火箭柴油機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)汽油機(jī)蒸氣機(jī)蒸氣機(jī)%48%8%37

2、%25熱機(jī)熱機(jī) : 持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)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(xué)循環(huán)過程回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程 .由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)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(jī)效率和致冷機(jī)的致冷系數(shù)熱機(jī)效率和致冷機(jī)的致冷系數(shù)熱機(jī)（熱機(jī)（正正循環(huán)）循環(huán)）0W致冷機(jī)（致冷機(jī)（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(duì)值）取絕對(duì)值）2Q熱機(jī)熱機(jī)熱機(jī)效率熱機(jī)效率1212111QQQ

3、QQQW高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q2QWWpVoABAVBVcdW致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)致冷系數(shù)2122QQQWQe致冷致冷機(jī)機(jī)高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩磒VoABAVBVcd1Q2QW低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?. 熱機(jī)循環(huán)熱機(jī)循環(huán)目的：吸熱對(duì)外作功目的：吸熱對(duì)外作功1) ) PV 圖圖正正2) )熱流圖熱流圖高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q2Q凈A3) )指標(biāo)指標(biāo)-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?zé)嵩次鼰釡責(zé)嵩次鼰?) ) 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(dāng)于把吸收的熱量全作功相當(dāng)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(shí)際做不到？但為什么實(shí)際做不到？說明說明: 必然還有一個(gè)必然還有一個(gè)獨(dú)立獨(dú)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(gè)房間嗎？能制冷整個(gè)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(jī)可近似看成如圖循環(huán)過程汽油機(jī)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(gè)工作在個(gè)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(jī)效率的理論極限值給出了熱機(jī)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(gè)準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)是

6、由兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)等溫等溫過程和過程和兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)兩個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱絕熱過程組成過程組成 .卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩121TT 理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)算理想氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率的計(jì)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(jī)效率卡諾熱機(jī)效率 卡諾熱機(jī)效率與工卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個(gè)作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個(gè)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?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1卡諾致冷機(jī)卡諾致

8、冷機(jī)1Q2QW 卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機(jī)卡諾致冷機(jī)致冷致冷系數(shù)系數(shù)212212TTTQQQe2Q1Q低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩2 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(chǔ)藏柜中的溫度維持在，冰箱儲(chǔ)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(shè)在設(shè)在 至至 之間運(yùn)轉(zhuǎn)的冰箱的致冷系數(shù)是卡諾之間運(yùn)轉(zhuǎn)的冰箱的致冷系數(shù)是卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)的致冷機(jī)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(shí)熱平衡時(shí)J 100 .