热机制冷机以及卡诺循环ppt课件.ppt

热机制冷机以及卡诺循环 1 2 循环过程应用非常常见 如汽车发动机 蒸汽机等 还有冰箱 空调等 它们分别以不同的方式利用了不同种类的循环过程 最终具有了各自不同的功能 那么 这些机器和设备是怎样利用循环过程来达到各自的目的 对于它们什么是最关键的指标 工程师设计高性能的机器和设备以及提高其性能的依据是什么呢 循环过程及其在工程中的应用 2 1 循环过程 循环过程 系统由某一状态出发 经过任意一系列的状态 最后又回到原来状态的过程 E 0 2 准静态循环过程 只有准静态过程在P V图上有对应的过程曲线 准静态循环过程对应于P V图上一封闭的曲线 3 正循环与逆循环 正循环 在P V图上按顺时针方向进行的循环 逆循环 在P V图上按逆时针方向进行的循环 3 对如图示的正循环 由1 2的膨胀过程中系统对外作正功 4 正循环过程的功能转换 由2 1的压缩过程中系统对外作负功 正循环过程中 系统对外作的总功 净功 为 正循环 可见 正循环过程中系统对外作正功 4 逆循环 5 逆循环过程的功能转换 系统对外作的净功W W1 W2 0即外界对系统作功 系统从外界吸收的净热Q Q1 Q2 0即系统向外 高温热源 放热 由热力学第一定律 Q W 0 Q1 Q2 W 由此可见 在逆循环过程中 外界对系统作功 把热量由低温热源传递到高温热源 那么 外界对系统作的功可使多少热量由低温热源传到高温热源呢 这就是致冷机的效率问题 5 1 热机 把热能转换成机械能的装置称为热机 如蒸汽机 汽车发动机等 2 热机工作特点 需要一定工作物质 至少需要两个热源 工作物质作正循环 正循环 6 3 工作示意图 高温热源T1 低温热源T2 热机从高温热源吸取热量 一部分转变成功 另一部分放到低温热源 4 热机效率 热机效率 如果从高温源吸取的热量转变成的功越多 则热机效率就越大 7 热机 持续地将热量转变为功的机器 工作物质 工质 热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质 8 致冷机的工作物质作逆循环 通过外界对系统作功将系统由低温源吸收的热量传递到高温源 从而使低温源温度降低 逆循环 例如 电冰箱 空调都属于致冷机 9 高温热源T1 低温热源T2 1 工作示意图 致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中 使低温源温度降低 2 致冷系数 如果外界做一定的功 从低温源吸取的热量越多 致冷效率越大 室外 室内 致冷系数 10 由能量守恒 电冰箱的工作物质为氟里昂12 CCL2F2 氟里昂对大气的臭氧层有破坏的作用 2005年我国将停止使用氟里昂作致冷剂 以保护臭氧层 溴化锂致冷和半导体致冷已进入市场 11 节流阀 冷凝器 压缩机 冰室 3 电冰箱工作原理 12 冰箱循环示意图 13 空调机不仅可以制冷 而且也可制热 将其称为热泵 高温热源T1 低温热源T2 室外 室内 热泵是通过外界作功 将低温源 室外 的热量泵到高温源 室内 与制冷机顺序相反 14 1 供暖系数 如果外界做一定的功 泵到高温源的热量越多 供暖系数就越大 由能量守恒 15 16 1 卡诺正循环与卡诺热机 卡诺循环 工作物质只与两个恒温热源交换热量的循环 正 逆循环分别对应于卡诺热机和制冷机 准静态卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程构成的循环 2 理想气体准静态卡诺循环及其效率 在此仅限于讨论准静态卡诺循环 17 正循环与功能转换 吸热 3 4等温收缩过程 放热 1 2的等温膨胀过程 18 2 3的绝热膨胀过程 4 1的绝热压缩过程 整个循环过程中系统吸收的净热等于系统对外的功 效率 19 由2 3和4 1的绝热膨胀和压缩过程方程 上两式相比 即 20 可见 理想气体准静态卡诺循环的效率只由高低温热源的热力学温度决定 与具体的工作物质无关 卡诺热机的效率 21 3 提高热机效率的方法 T2 T1越小越好 但低温热源的温度通常为外界大气的温度 难以人为地改变 因此通常以提高高温热源的温度来提高热机的效率 22 23 解 根据卡诺热机的循环效率可得 地热发电机的热机效率为 则发电机每小时对外做的功为 发电机的输出功率为 23 24 汽车发动机 热机 汽油机的循环过程 一般汽车发动机的循环过程由两个等容过程和两个绝热组成 其中AB和CD为绝热过程 该循环过程决定了发动机的关键性技术指标 热机效率 24 25 汽车发动的热机效率为 其中 TA为燃料燃烧前的温度 TA为燃料燃烧后的温度 V1为气体压缩前的体积 V2为气体压缩后的体积 25 26 提高汽车发动机效率的途径 1 提高高温热源的温度 发动机本身的温度 陶瓷外壳的发动机 2 提高发动机的压缩比 用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积 26