04-2 热机与 循环过程.ppt

第二讲热机与循环过程 2 0 回顾2 1 热机与循环2 2 循环过程 正循环和逆循环2 3 热机效率和制冷系数2 5 卡诺循环 2 0回顾 2 1热机与循环1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机 当时蒸汽机的效率极低 1765年瓦特进行了重大改进 大大提高了效率 人们一直在为提高热机的效率而努力 从理论上研究热机效率问题 一方面指明了提高效率的方向 另一方面也推动了热学理论的发展 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 实例 火力发电厂的热力循环 现代火力发电厂结构示意图 冰箱循环示意图 系统经过一系列变化状态过程后 又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 热力学第一定律 特征 2 2循环过程 循环过程中每一个状态都是由热平衡态构成的 这个过程为准静循环过程 2 3热机效率和致冷机的致冷系数 热机效率 热机 正循环 高温热源T1 低温热源T2 致冷机致冷系数 致冷机 逆循环 高温热源T1 低温热源T2 室外 室内 热泵 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 供暖系数 例如 一台制冷系数为3的空调 其供暖系数为4 即压缩机做一份功 可获得4份热量 例11mol氦气经过如图所示的循环过程 其中 求1 2 2 3 3 4 4 1各过程中气体吸收的热量和热机的效率 解由理想气体物态方程得 例2 奥托机是德国物理学家奥托发明的一种热机 以其原理制造的发动机现仍在使用 奥托机的循环曲线是由两条绝热线和两条等容线构成 证明 热机效率为 解 2 3为等容吸热过程 4 1为等容放热过程 热机效率 1 2为绝热压缩过程 3 4为绝热膨胀过程 讨论 一般为8 如采用双原子分子气体为工作物质 在理想的情况下 其热机效率为 称为压缩比 2 4卡诺循环 萨迪 卡诺是法国青年工程师 热力学的创始人之一 是第一个把热和动力联系起来的人 他出色地 创造性地用 理想实验 的思维方法 提出了最简单 但有重要理论意义的热机循环 卡诺循环 并假定该循环在准静态条件下是可逆的 与工质无关 创造了一部理想的热机 卡诺热机 卡诺的目标是揭示热产生动力的真正的 独立的过程和普遍的规律 1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理 指出了提高热机效率的有效途径 揭示了热力学的不可逆性 被后人认为是热力学第二定律的先驱 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 A B等温膨胀B C绝热膨胀 C D等温压缩D A绝热压缩 理想气体卡诺循环热机效率的计算 D A绝热过程 B C绝热过程 与工作物质无关 只与两个热源的温度有关 两热源的温差越大 则卡诺循环的效率越高 1 热机效率不能大于1或等于1 只能小于1 如果为1则或 均不能实现 因此热机效率只能小于1 如果大于1 W Q1则违反了能量守恒定律 2 提高热机效率的方法 使 越小越好 提高高温热源温度 如 陶瓷发动机 讨论 卡诺致冷机 卡诺逆循环 卡诺致冷机致冷系数 高温热源T1 低温热源T2 室外 室内 图中两卡诺循环吗 例3一台电冰箱放在室温为的房间里 冰箱储藏柜中的温度维持在 现每天有的热量自房间传入冰箱内 若要维持冰箱内温度不变 外界每天需作多少功 其功率为多少 设在至之间运