循环过程卡诺循环讲解.ppt
4.5 循环过程 卡诺循环,a b c，膨胀，对外做功 A1；,c d a，外界对系统做功 A2；,一、循环过程：一系统(或工质)，经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。准静态循环过程可在状态图上表现为一闭合曲线。,热机：循环沿顺时针方向，正循环(热循环)，系统对 外界做净功 A；,致冷机：循环沿逆时针方向，逆循环（致冷循环）,外界对系统做净功 A。,4.5.1 循环过程及其效率,循环过程一周：E=0,循环过程系统总吸热为 Q1,循环过程系统总放热为 Q2,Q1-Q2=A,二、热机效率,三、典型的热循环：蒸汽机的循环,一定量的水从蒸发器（锅炉）中吸热 Q1 变成高温水 蒸汽；,2.水蒸汽在蒸汽涡轮机中膨胀，推动叶轮对外做功 A1，同时降温，变成废汽；,3.废气进入冷凝器，向 低温热库放热 Q2，同时 自身凝结为水；,4.最后水泵对冷凝水做 功 A2，将水压回到锅 炉中去，完成循环。,燃煤电厂中的蒸汽循环,为了提高热机效率，1824年法国青年工程师卡诺提出了一个理想循环，它体现了热机循环的基本特征，我们称它为卡诺循环。,一、卡诺循环条件,1.准静态循环，可以正、逆循环。,2.工质为理想气体。,3.工质只和两个温度不同的恒 温热库交换热量。,二、卡诺循环组成,两个等温过程1-2 和 3-4,两个绝热过程2-3和 4-1,顺时针转组成正卡诺循环，逆时针转组成逆卡诺循环。,4.5.2 卡诺循环(Carnot cycle),卡诺循环过程动态图示,a-b等温膨胀，吸热,c-d等温压缩，放热,b-c绝热膨胀，降温,d-a绝热压缩，升温,12过程，等温膨胀，吸热,23过程，绝热膨胀，温度下降,34过程，等温压缩，放热,41过程，绝热压缩，温度上升,三、卡诺循环的热机效率,热机循环过程效率：,卡诺循环热机效率只与两个恒温热库温度 T1 和 T2 有关，与工质无关。,它指明提高热机效率的方向，即提高 T1 值或降低 T2 值。实际降低 T2 是困难的，热电厂尽可能地提 高 T1 温度。,卡诺循环是理想循环，实际循环效率要小很多。,能流图，卡诺循环中 能量交换与转化关系。,例7.有一卡诺循环，当热源温度为 100，冷却器温度为 0 时，一循环作净功 8000 J，今维持冷却器温度不变，提高热源温度，使净功增为 10000 J。若此两循环都工作于相同的二绝热线之间，工作物质为同质量的理想气体，则热源温度增为多少?前后效率分别为多少？,解：,升温前：,升温后：,奥托(N.A.Otto)循环:,汽车四冲程发动机中的循环过程为奥托循环,(32),空气(理想气体)标准奥托循环:,1)绝热压缩过程:a b,2)等容吸热过程:b c,对应于点火爆燃过程,3)绝热膨胀过程:c d,对应于气体膨胀对外作功过程,4)等容放热过程:d a,例 8a:奥托循环的效率燃烧汽油的四冲程内燃机进行的循环过程叫奥托循环。它由两条绝热线和两条等容线组成。如图。ab段：将空气和汽油的混合气体进行绝热压缩。bc段：压缩到体积 V2 时点火，混合气体急速升温(等容升温)，吸热 Q1。cd段：混合气体绝热膨胀，推动活塞做功 W1。da段：等容放热（实际上是将废气从气缸中排出去,把热量带走，最后进入大气，下一循环吸入同样体积的冷空气）。状态 a:T1,V1；b:T2,V2；c:T3,V2；d:T4,V1.,解:b-c，等容吸热 Q1=CV(T3-T2),d-a，等容放热|Q2|=CV(T4-T1)，,效率,a b，绝热过程（TV-1=常量）,定义压缩比 r=V1/V2，则可得：,奥托循环的效率决定于压缩比 r。,c d，绝热过程,由此两式可得:,例8b:狄赛尔循环（Diesel cycle）的效率四冲程柴油内燃机进行的循环过程叫狄赛尔循环。经过准静态循环过程：（未画吸气冲程）(1)由状态V1、TA绝热压缩到状态V2、TB，温度升高。(2)由状态V2、TB经等压吸热过程达到状态V3、TC，等压燃烧膨胀(3)由状态V3、TC绝热膨胀到状态V1、TD。(4)由状态V1、TD经等体放热过程达到状态V1、TA。,解：对于等体和等压过程，有,效率,Q1=Cp,m(TC-TB),|Q2|=CV,m(TD-TA),对于两绝热过程,有,定义压缩比 r=V1/V2，定压膨胀比=V3/V2，最后得到,对于等压过程,有,于是：,解：,例 9:如图所示循环过程，c a 是绝热过程，pa、Va、Vc 已知，比热容比为，求循环效率。,a b 等压过程,bc 等容过程,吸热,放热,一、逆卡诺循环,14：绝热膨胀，温度下降；,32：绝热压缩，温度上升；,二、能流图,三、制冷系数,4.5.3 制冷循环,43：等温膨胀，从低温热库吸热 Q2；,21：等温压缩，向高温热库放热Q1。,四、冰箱(Refrigerator)工作原理,工质：氨和氟里昂。,经节流阀小口后，降压降温，再进入蒸发器，从冷库中吸热。工质蒸发为蒸气，被吸入压气机中。,工质被压缩机压缩，温度升高，进入冷凝器，放热而凝结为液态氨。,工作过程：,解：,热力学基础,例 10.以可逆卡诺循环方式工作的制冷机，在某环境下它的制冷系数为 30.3，在同样环境下把它用作热机，则其效率 为多少?,作业：,4-14，4-15，4-17，4-18,4-21,习题课：,周日（5月10日）上午8:50-10:30，良乡1-106,主要内容,1.循环、热机及其效率,2.卡诺循环的效率,3.制冷循环和制冷系数,
