《热学循环过程》PPT课件.ppt

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1、现代“火力发电厂”外貌,冷凝器,锅炉,泵,汽缸,吸热Q1,高温热库T1,低温热库T2,蒸汽机工作原理示意图（1）,活塞,水箱,泵,冷凝器,锅炉,泵,汽缸,吸热Q1,高温热库T1,低温热库T2,蒸汽机工作原理示意图(2),气体膨胀做功A1,泵,水箱,冷凝器,锅炉,吸热Q1,放热Q2,蒸汽机工作原理示意图(3),水箱,外界对气体做功A2,泵,泵,汽缸,高温热库T1,低温热库T2,实例：火力发电厂的热力循环,历史上，热力学最初是在研究蒸汽机工作过程的基础上发展起来的。,在循环中被利用来吸收热量并对外做功的物质系统称工作物质。,三、循环的特征,二、工作物质（工质）,：U0,一、循环过程,若物质系统由某

2、个状态出发，经过任意的一系列过程，最后回到原来的状态，这样的过程称为循环过程，或简称循环。,P-V图上的循环过程,如果循环的各阶段均为准静态过程，则循环过程可用闭合曲线表示：,正(热)循环,逆(致冷)循环,系统对外界做净功A,外界对系统做净功A,A=Q吸Q放,Q吸=Q放A,1.正循环（PV图上顺时针的循环）,四、循环效率,吸热Q1,放热Q2,正循环是把热量持续地转化为功的机器，这种机器称热机。例如：蒸汽机、内燃机、汽轮机等都是热机。,A,a,b,c,d,P,o,V,V1,V2,由热力学第一定律,定义热机效率为：,效率：在一次循环中，工质对外做的净功占它吸收的热量的比率。,工质经历循环是任意的，

3、包括非准静态过程。,工质复原内能不变，U0，,系统向外界放热,系统从外界吸热,系统对外界作功,2.正循环热机及其循环效率图示,系统对外界作功,如果取消低温热库（Q2=0),这种从单一热源吸热全部用于对外做功的热机，称为第二类永动机。,3.第二类永动机能制成吗？,致冷机工作原理示意图,逆循环致冷循环,五、逆循环（PV图上逆时针的循环）致冷循环,逆循环是利用外界做功从低温热库吸热，向高温热库放热的机器。这样的机器称致冷机，如冰箱。,由热力学第一定律,致冷系数：,例2-9：一定量的理想气体经历如图所示的循环过程。AD、BC是绝热过程。AB、CD是等压过程.试求此循环的效率?已知,解：分析,AD、BC

4、是绝热过程吸、放热仅在AB、CD,AD、BC是绝热过程,2-8 技术上的循环实例,一.内燃机,吸气过程,压缩过程,作功过程,排气过程,1.定体加热循环-奥托(Otto)循环,内燃机四冲程工作循环过程,摘自中国大百科全书 章又新绘,奥托热机装置简介,工质,奥托循环过程,吸入燃料过程,等压膨胀,V1,a,V2,e,绝热压缩,奥托循环过程,压缩,压缩较快，气缸散热较慢，可看作一绝热过程，温度升高，压强增大。,a,b,e,绝热压缩,点火,V1,V2,奥托循环过程,爆炸时间短促，活塞在这一瞬间移动的距离极小，这近似是个等体吸热过程。,c,a,b,e,绝热压缩,吸热Q1,作功,V1,V2,奥托循环过程,压

5、强随着气体的膨胀而降低，爆炸后的作功过程可看成一绝热过程（图中过程cd）。,c,a,d,b,e,绝热压缩,绝热膨胀,吸热Q1,放热,V1,V2,奥托循环过程,开放排气口，使气体压强突然降为大气压，这过程近似于一个等体放热过程（图中过程da）,a,e,b,绝热压缩,V1,奥托循环过程,排气,由飞轮的惯性带动活塞，排出废气，这是个等压过程（图中过程ae）。,奥托循环效率,c,a,d,b,e,绝热压缩,绝热膨胀,吸气,热机循环效率：,bc等体吸热,da等体放热,cd绝热膨胀过程：,ab绝热压缩过程：,当：,绝热压缩比：,四冲程汽油内燃机,四冲程汽油内燃机采用奥托循环(Otto),汽油机效率计算,1-

6、2,3-4 是绝热过程，由泊松公式,由泊松公式化简,Otto 循环效率与压缩比,比热比的关系,2.定压加热循环-狄塞尔(Diesel)循环,2、定压加热循环狄塞尔（Diesel）循环（四冲程柴油机）,1）特点：（1）燃料的燃烧不是靠火花点燃，而是靠压燃；（2）吸入的不是混合气体而是空气。仍有四个冲程：（1）吸气冲程等压（2）压缩冲程绝热（3）动力冲程（工作冲程）先等压膨胀然后绝热膨胀（4）排气冲程等体放热,(1)吸气过程 01,(2)压缩过程 1 2,(3)作功过程 2 3,(4)排气过程 4 1 0,2）四冲程柴油内燃机采用狄塞尔循环(Diesel),3）柴油机效率计算,1-2,3-4 是绝

7、热过程，由泊松公式,Diesel 循环效率与压缩比,定压膨胀比的关系,Diesel 循环效率,（一）家用电冰箱工作原理图,二、电冰箱和空调机,汽缸,放热,Q,1,吸热,Q,2,低温热库T2,高温热库T1,节流阀,空调器工作原理示意图（,夏季,）,外界对气体做功,A,（二）电冰箱和制冷空调机原理,1、工质：低温不液化物质！NH3氟里昂（R12，CF2C2破坏臭氧层）R134a（C2H2F4四氟代乙烷）2、原理：工质被压缩至放热后液化经膨胀阀压强下降而进入蒸发器，工质沸腾，从冷冻室内吸收汽化热降温工质蒸汽进行下一循环。,汽缸,放热Q1,吸热Q2,高温热库T1,节流阀,空调器工作原理示意图（冬季）,

8、室外,低温热库T2,外界对气体做功A,（三）冬季空调机致热工作原理,冬季,使被压缩的蒸汽先通过室内换热器经凝结而向室内空气(高温热源)放热,然后变成低压液体通过室外换热器经蒸发而从室外空气(低温热源)吸热,把设备用作热泵,给室内供热.,（四）空调机工作原理,逆向循环也可用于一种称为热泵的供热装置，热泵与致冷机的原理相同,只是用于不同的目的。致冷机是从低温热源吸热使其致冷,热泵则用于给高温热源供热.空调机就是集两种用途于一身的设备。,把热量从低温物体抽到高温物体的装置叫热泵。空调器，其工作原理与致冷机相同。冰箱的工作目的在于从低温物体吸出热量使之温度更低；空调 器的工作目的在于夏季使低温热库温度

9、更低，冬季使高温热库温度更高。,思考问题：,1.夏季能否用打开冰箱的门方法使房间降温？,2.什么叫热泵？空调器与冰箱有什么不同？,例 2-10 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程组成，先把工质由初态 c 等温压缩到 d 状态，再等体降温到 a 状态，然后经等温膨胀达到 b 状态，最后经等体升温回到初态 c，完成一个循环。试求该致冷循环的致冷系数。,bc、da 是等体过程,ab、cd 是等温过程,b、c；a、d 温差相等，所以两过程中的吸、放热的量值相等。只计算ab、cd 过程的吸、放热，然后做差值即为功。,在过程中 cd 中，向外界放出的热量为：,整个循环中外界对工质

10、所作的功为：,所以循环的致冷系数为,解：,过程 ab 中，从冷库吸取的热量为：,冷库与外界环境的温差越大，或者环境温度一定时，冷库温度越低，越小，致冷效果越差。,练习1：一摩尔单原子理想气体所经历的循环 过程如图所示,其中 ab为等温过程,设V2/V1=2,求循环效率,答案：,ca等体过程,工质吸热,解：,ab等温过程,工质吸热,2.9 循环练习题及标准解答,热机循环的效率为：,bc等压过程,工质放热,bc等压过程,练习2:一摩尔氧气作如图所示循环,此循环由两个等体过程和两个等温过程组成,已知V2=2V1,求循环效率。(答案:15.1),da等体过程,工质吸热,ab等温过程,工质吸热（做功）,

11、cd等温过程,工质做功,练习3:一定量的理想气体,经历如图所示的循环过程,ab和cd是等压过程,bc和da是绝热过程,已知Tc=300K,Tb=400K,求此循环的效率。(答案:25),ab等压过程,工质吸热,cd等压过程,工质放热,bc绝热过程,da绝热过程,练习4:摩尔的理想气体,经历如图所示的循环过程,ab是等温过程，bc是等体过程,ca是绝热过程,已知a 点温度为T1 体积V1,b点体积V2,CV,m和均为已知量。求(1)C点的温度;(2)此循环的效率。,(1)ca为绝热过程,（2）ba为等温过程,工质吸热,（3）bc为等体过程,工质放热,热机循环的效率为：,练习1：一摩尔单原子理想气

12、体所经历的循环 过程如图所示,其中 ab为等温过程,设V2/V1=2,求循环效率,答案：,ca等体过程,工质吸热,解：,ab等温过程,工质吸热,2.9 循环练习题及标准解答,热机循环的效率为：,bc等压过程,工质放热,bc等压过程,练习2:一摩尔氧气作如图所示循环,此循环由两个等体过程和两个等温过程组成,已知V2=2V1,求循环效率。(答案:15.1),da等体过程,工质吸热,ab等温过程,工质吸热（做功）,cd等温过程,工质做功,练习3:一定量的理想气体,经历如图所示的循环过程,ab和cd是等压过程,bc和da是绝热过程,已知Tc=300K,Tb=400K,求此循环的效率。(答案:25),ab等压过程,工质吸热,cd等压过程,工质放热,bc绝热过程,da绝热过程,练习4:摩尔的理想气体,经历如图所示的循环过程,ab是等温过程，bc是等体过程,ca是绝热过程,已知a 点温度为T1 体积V1,b点体积V2,CV,m和均为已知量。求(1)C点的温度;(2)此循环的效率。,(1)ca为绝热过程,（2）ba为等温过程,工质吸热,（3）bc为等体过程,工质放热,热机循环的效率为：,