(2)循环过程.ppt

§ 循环过程卡诺循环一、循环过程热机: 通过某种工作物质(如气体)不断把从外界吸收的热量转变成机械功的装置。如蒸汽机、内燃机、汽轮机等。工作物质: 在热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质。简称工质。循环过程: 工作物质组成的系统经历一系列变化过程又回到初始状态,这样周而复始的过程叫做循环过程,简称循环。热机就是实现这种循环的机器。准静态循环过程的描述以蒸汽机为例在整个循环过程中系统对外做净功: 系统吸收的净热量: 21AAA?? 21QQQ??整个循环过程的特征循环过程回到原来状态后,系统的内能不变从初态出发经过一个 0 12????EEE Q 1Q 2A 1A 2汽缸泵冷凝器锅炉高温热源(热库) 低温热源(冷库) 水蒸汽根据热力学第一定律 AQ?准静态循环过程的 P-V 图是一条闭合曲线正循环:顺时针方向逆循环:逆时针方向在正循环过程中: A1>A2 0 21???AAA0??AQ系统从外界吸收净热量且对外做净功在逆循环过程中: A1< A2 , 0 21???AAA 该闭合曲线所包围的面积 AS?PV ?A OV 1V 2a bcd ???逆循环正循环负功或外界对系统做净正功逆循环又叫致冷循环, (电冰箱、冷空调等) 二、循环效率致冷系数 1、热机效率(正循环的效率) 1Q A?? 1 2 1 211Q Q Q QQ????2、致冷系数在逆循环(致冷循环)中,外界对工质做净功 A, 工质从外界低温热源所吸收的热量为 Q 2,向高温热放出的热量为 Q 1,则工质向外界放出净热量为 0??AQ系统向外界放出净热量且对外做净, 21QQQ??整个过程 0??E 根据热力学第一定律, AQ? AQQ?? 21即致冷机的效率用致冷系数表示致冷系数三、卡诺循环及其效率卡诺循环是一种准静态循环,在循环过程中工质只和两个恒温热源交换热量,它由四个分过程组成。(两个等温过程,两个绝热过程。) 以下讨论以理想气体为工质的卡诺循环工作过程为卡诺循环的热机称为卡诺热机 21 22QQ QA Qw???卡诺热机热流图 1T 2T 1QA 2Qba?等温膨胀①V 1→V 2 , P 1 →P 2T 1不变, 从高温热源吸收热量(1) ln 1 211V V RT Q?? Q1Q2 A PV O P 1P 2P 3P 4V 1V 2V 3V 4abc d卡诺循环 P -V 图 T 1T 2 ② b→ c 绝热膨胀 T1 → T2 , V2 → V3 , P2 → P3 , (2) 132 121 ?????VTVT③ c→d 等温压缩 T2 不变, V3 → V4 , P3 → P4 , (3) ln 4 322V V RT Q?? PV O P 1P 2P 3P 4V 1V 2V 3V 4abc d卡诺循环 P -V 图向低温热源放出热量④ d→ a 绝热压缩 T2 → T1 , V4 → V1 , P4 → P1 , (4) 142 111 ?????VTVT Q1Q2 A T1 T2 :)4()2(得比 142 132111 121?????????VT VTVT VT -1 -1 3 2 1 4 VV V V ? ?? ???? ?? ???? ???(5) 4 31 2V VV V??(5) 代入(3) 得)3( ln 1 222??V V RT Q? 1 21Q Q???)/ ln( )/ ln( 1 121 122VV RT VV RT ???? 1 21T T??理想气体卡诺循环效率 1 21T T c???和 (3 ')得 ln 1 211V V RT Q??由(1) 式只与 T1 和 T2 有关与物质种类、膨胀的体积无关??????? 2 1T T c?提高提高高温热源的温度现实些 2 ) 理论指导作用讨论 1 ) 卡诺热机效率 1 21T T c???进一步说明 3)理论说明低温热源温度 0 2?T1? c?说明热机效率且只能 1? c?1?? 4)疑问:由热一定律,在循环过程中,如果相当于把吸收的热量全作功。从能量转换看不违反热力学第一定律,但为什么实际做不到? 热机循环不向低温热源放热是不可能的热机循环至少需要两个热源说明:必然还有一个独立于热力学一定律的定律存在。这就是热力学第二定律。且有 12TT?