4.6-4.7热机与制冷机解析课件

1、第四章作业：4.6.1、 4.6.2(1,2,3)、 4.6.3、 4.6.4、4.7.14.6-4.7 热机、制冷机面向21世纪课程教材循环过程。4.6 热机问题的提出：18世纪,人们在研究热功转换问题时，希望能将热量源源不断地转换为有用功。最初认为等温膨胀最理想。事实表明行不通！1) 气缸长度是有限的，2) 即使气缸可以做得无限长，但当缸内人们又想：是否可以让气体在膨胀时对外多作如此循环往复Q=W一循环过程(循环)膨胀不可能无限制地进行下去。压强与外界一致时，膨胀也将停止。一点功，然后外界用较少的功将其压缩回去。系统经历一系列变化过程又回到初始状态的周而复始的过程。特征：经历一个循环，系统

2、复原,U=0按过程进行的方向分为两类正循环：在 p-V 图上按顺时针方向进行的循环热机逆循环：在 p-V 图上按逆时针方向进行的循环制冷机pV0W恒温热源T一循环过程(循环)1.热机蒸汽机的工作原理构造：WOBCDO：锅炉，B：气缸C：冷凝器，D：水泵工作过程： 水在锅炉内加热，产生高温高压气体(吸热过程)，进入气缸B;推动活塞对外作功(内能减少)，之后进入冷凝器C，(向低温热源放热)，尔后通过D泵将水泵入锅炉，进入第二循环.。由上可知：热机必须有工作物质、高温热源 (锅炉) 、低温热源(冷凝器、大气)通过循环过程不断把热转换为功的机器。热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作原理：工作物

3、质（工质）在热机中从外界吸收热量并对外做功，且向外界放出部分热量，过程循环不已.一循环过程(循环)1.热机通过循环过程不断把热转换为功的机器。热机必须有：工作物质、高温热源、低温热源高温热源低温热源热机Q1W|Q2|Vp0Q1|Q2|abcd经一个循环U0吸热Q1W|Q2|三者关系|Q1| = W + |Q2|输出净功W=|Q1| |Q2|p-V 图中循环曲线所围面积。W说明：1) Q1=Q吸整个循环过程的总吸热；Q2=Q放整个循环过程的总放热。2) 此前 W , Q 为代数值，在循环问题中，W 、|Q1| 、|Q2|为绝对值。高温热源低温热源热机Q1W|Q2|Vp0Q1Q2abcd输出净功W

4、=|Q1| |Q2|WQ1=Q吸总吸热Q2=Q放总放热热机作用：把(|Q1| |Q2|) 功热机效率 W热 = Q1 |Q1| |Q2|= Q1 |Q2|=1 |Q1|大量事实证明 Q2 0 热0Q12Q23= Cp,m(T3T2)= 2Cp,mT10Q34= CV,m(T4T3)= 2CV,mT10Q34Q41= Cp,m(T1T4)= Cp,mT10，bcQbc0，caQca0 判断各分过程的吸放热 Q2 =1 Q1Tb=600K VaTa= Tb=300K VbTc=300KQ1= Qab Q2=Qbc+Qca=8.7 Q2热=1 Q1 ( Tb Ta) 二. 卡诺循环如何进一步提高 卡

5、诺(27岁、法工程师)1824Y:? 热机效率在理论上有没有一个上限？最高效率卡诺循环：在两个恒温热源之间进行的循环。在循环过程中，工质只与高温或低温热源交换热量。T1高恒温热源T2低恒温热源卡诺热机Q1WQ2Vp0ABT1Q1CQ=0DT2Q2Q=0四个准静态过程组成：两个等温过程两个绝热过程热机效率1卡诺热机Vp0ABT1Q1CDT2Q2V1V2V3V4AB V2QAB= RT1 ln V1CD V4QCD = RT2 ln V30 K ,T1， WQ1 (3)卡诺循环效率指出了提高热机效率的方向：提高两个热源的温差！提高 T1，降低T2 。实际是:提高高温热源的温度。(4) 只是理想值电

6、厂：水蒸气T1=580K，冷凝水T2=303K；理论 = 48.5 ，实际=25 。V3相关问题：两个阴影面积大小间的关系如何？2卡诺制冷机T1高温热源T2低温热源卡诺制冷机WQ2Q1 Q2冷= W Q2= Q1 Q2Q1 = W +Q2Q1 Q2 = T1 T2 Vp0ADCQ2BQ1 Q2冷= Q1 Q2制冷系数 1= Q1 /Q2 1 1= T1 /T2 1 T2冷= T1 T2T2 , 冷 。即：低温热源温度越低，消耗的功就越多。例(1) 夏天室外37 ，为保持室内凉爽(27 )，须将热量以2000 J/s排出室外，求卡诺制冷机的最小功率P。(2) 冬天室外3 ，为保持室内温暖(27

7、)，将制冷机改变方向成为“热泵”(功率同上)，则每秒传给室内的热量为多少？解：(1) 制冷系数： T2冷= =30 T1 T21秒内制冷机从室内吸热 Q2=2000 J， Q2 2000W= = =66.7 J 冷 30P = W / t =66.7w T2冷= T1 T2(2) 270= =9， 300 270从室外吸热Q2= 冷W=600 J向室内放热Q1= Q2+W=666.7 J需要外界做的功为1秒内制冷机做功 W = 66.7w例3 已知理想气体在p-V图上的等温线与绝热线的斜率之比为 5/7，现1mol该种理想气体在p-T图上经历如下循环。 试问:（1）该气体的CV, m是多少？（2）该循环中的功是多少？（3）循环效率是多少？pV