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文档简介

5.8循环过程和卡诺循环,一、循环过程及其效率,蒸汽机的工作过程:,A-高温热源 B-锅炉 C-泵 D-汽缸 E-低温热源,水泵C将水打入加热器即锅炉B中,水在锅炉内加热,变成温度和压强较高的蒸汽吸热而使内能增加的过程。蒸汽通过传送装置进入汽缸D中,并在 汽缸中膨胀,推动活塞对外做功,同时蒸汽的内能减少,在这一过程中内能通过做功转化为机械能。最后蒸汽成为废气进入冷却器E中,经过冷却放热的过程而凝结成水,再经过水泵打入到锅炉中,这些过程循环不息地进行循环过程。,循环过程定义系统从某一状态出发,经历一系列过程后又回到初态的全过程。 循环过程图线表示法过程所经历的每一个中间态都无限接近平衡态,该过程在P-V 图上为一个闭合曲线 箭头表示过程进行方向, 过程曲线包围的面积表示循环过程中系统对外所做的净功。,T1 Q1,T2 Q2,泵,|A|,气缸,正循环,正循环的特点: 一定质量的工质在一次循环过程中要从 高温热源吸热Q1,对外作净功|A|,又向 低温热源放出热量Q2。而工质回到初态, 内能不变。 在循环过程中伴有吸热和放热过程,热机工作示意图,热机循环P-V 图,特征 (1)P-V 图中循环过程沿顺时针方向进行。 (2)工质经一循环从高温热源吸热Q1(0),在低温热源放热 Q2(绝对值), 对外输出净功A(0); (3)经一循环工质内能不变,其所吸收的热量不能100%地 转化为有用功。 U=0 ,净功A= Q1 - Q2,热机循环效率 (efficiecy of heat engine),卡诺循环,1824年卡诺(法国工程师1796-1832)提出了一个 能体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之 卡诺循环。,本节讨论以理想气体为工质的卡诺循环。 由4个准静态过程(两个等温、两个绝热)组成。,卡诺循环是在两个温度恒定的热源(一个高温热源,一个低温热源)之间工作的循环过程。 在整个循环中,工作物质和高温热源或低温热源交换能量,没有散热漏气等因素存在, 卡诺循环是由两个平衡的等温过程和两个平衡的绝热过程组成。,12:与温度为T1的高温 热源接触,T1不变, 体积 由V1膨胀到V2,从热源吸 收热量为:,23:绝热膨胀,体积 由V2变到V3,吸热为零。,34:与温度为T2的低温 热源接触,T2不变, 体积 由V3压缩到V4,从热源放热为:,41:绝热压缩,体积由V4变到V1,吸热为零。,在一次循环中,气体对外作净功为 |A|= Q1-Q2,效率为:,由上节例题结果知:,理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关,所以:,将证明在同样两个温度T1和T2之间工作 的各种工质的卡诺循环的效率都由上式给定,而 且是实际热机可能效率的最大值。,应为理想气体温标所定义的温度。 可证明,当用热力学温标表示两个热源的温度时, 因为T1和T2是在求理想气体热量时引进的, 卡诺循环的效率的表示仍为上式。,讨论: (1)要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源(有时分别叫做热源与冷源); (2)卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关,高温热源的温度愈高,低温热源的温度愈低, 卡诺循环的效率愈大,也就是说当两热源的温度差愈大,从高温热源所吸取的热量Q1 的利用价值愈大; (3)卡诺循环的效率总是小于1的(除非T。=0 K)。,1、奥托循环:,理想化的汽油内燃机循环过程,吸气过程(A-B) 压缩冲程(B-C绝热压缩) 点燃过程(C-D等体过程), 做功过程(D-E绝热膨胀过程) 排气过程(E-B-A),几个实例,奥托循环效率计算,利用BC,DE绝热过程(advabatic process)方程 恒量,可得:,式中 绝热压缩比。,随压缩比r增大而增大,通常 r 取值在69之间。,设计中如取 r6 ,1.4 内燃机的理想效率: =16-0.451% 考虑到摩擦,散热,漏气等因素,实际内燃机效率仅为25左右。,2、理想气体热机循环四冲程柴油机,以理想气体为工质的,经历无摩擦准静 态理想过程的循环过程。,狄塞尔循环:,(1)吸气过程(AB) (2)压缩过程(BC;绝热压缩) (3)柴油燃烧等压加热(CD) 绝热膨胀(DE)对外做功 (4)等容放热排气(EBA).,理想的柴油内燃机循环过程,由D-E,B-C的绝热过程方程 ( =恒量),得 由等压过程C-D,有 引入绝热压缩比r =VB/VC ,定压膨胀比=VD/VC 由、式最后得到,一定量的理想气体经历如图所示的循环过程。 设 , 求该循环过程效率,,,本题有几种解题思路: 1.利用理想气体状态方程和以 Cp、 Cv表达的热量公式,求循环过程吸收的热量Q1和放出

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