循环过程-卡诺循环.ppt
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1、13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础第一节13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 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循环过程 .由热力学第一定律特征特征:一一 循环过程循环过程AB净功总吸热净吸热总放热(取绝对值)取绝对值)2Q13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础/19AB正正循环循环:p-V p-V图上按顺时针方向进行的循环图上按顺时针方向进行的循环过程过程.如右图所示的如右图所示的循环循环AcBdAAcBdA是正循环是正循环.正正循环中系统对外界所做功的净功等于循
2、循环中系统对外界所做功的净功等于循环所包围的面积环所包围的面积.逆循环逆循环:p-V p-V图上按逆时针方向进行的循图上按逆时针方向进行的循环过程环过程.如右图所示的如右图所示的循环循环AdBcAAdBcA是是逆循环逆循环.逆逆循环中系统对外界所做功的净功等于循环所包围的面积的循环中系统对外界所做功的净功等于循环所包围的面积的负负值值.二、热机和致冷机二、热机和致冷机热机热机:利用工作物质持续地将热量转变为功的机器:利用工作物质持续地将热量转变为功的机器.热机热机的工作过程对应着的工作过程对应着p-V图的一个图的一个正循环过程正循环过程AcBdA.热机(热机(正正循环)循环)13-5 循环过程
3、 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础热机热机热机效率热机效率高温热源高温热源低温热源低温热源AB13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础热机发展简介热机发展简介 1698年萨维利和年萨维利和1705年纽可门先后发明了年纽可门先后发明了蒸蒸气机气机,当时蒸气机的效率极低,当时蒸气机的效率极低.1765年瓦特进年瓦特进行了重大改进行了重大改进,大大提高了效率,大大提高了效率.人们一直在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为提高热机的效率而努力,从理论上研究热机效率问题,率问题,一方面指明了提高效率的方向,一方面指明了提高效率的方向,另一方另一方
4、面也推动了热学理论的发展面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率各种热机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础热机热机:持续地将热量转变为功的机器持续地将热量转变为功的机器.13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源致冷机致冷系数致冷机致冷系数AB致冷机致冷机 :利用外界对工作物质做功使热量持续地由低温处流入高温处,从而获得低温的机器.如冰箱,空调等.致冷机的工作过程对应着p-V图的一个逆循环过程AdBcA.13-5 循环过程 卡诺循
5、环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础冰箱循环示意图冰箱循环示意图13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础三三 卡诺循环卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在个工作在两两热源之间的热源之间的理想理想循环循环 卡诺卡诺循环循环.给出了热机效率的理论极限值给出了热机效率的理论极限值;他他还提出了著名的卡诺定理还提出了著名的卡诺定理.卡诺卡诺循环是由两个准静态循环是由两个准静态等温等温过程和过程和两个准静态两个准静态绝热绝热过程组成过程组成.13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础卡诺热机卡诺热机WA
6、BCD低温热源低温热源T2高温热源高温热源T121TT 卡诺循环的工作物质可以是各种物质卡诺循环的工作物质可以是各种物质,为简便起见为简便起见,设为理想气体设为理想气体.卡诺卡诺循环中循环中,理想气体从高温热源吸收热量理想气体从高温热源吸收热量,对外做功对外做功,在低温热源处放在低温热源处放出剩余的热量出剩余的热量.卡诺卡诺循环是正循环循环是正循环ABCDA.按卡诺按卡诺循环工作的热机称为循环工作的热机称为卡诺热机卡诺热机.13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 理想气体卡诺循环热机效率的计算理想气体卡诺循环热机效率的计算 A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀
7、绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩卡诺循环卡诺循环WABCD13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础A B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热C D 等温压缩放热等温压缩放热WABCD等温过程的吸热公式等温过程的吸热公式 13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 D A 绝热过程绝热过程B C 绝热过程绝热过程 所以所以WABCD由绝热由绝热过程方程过程方程13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 卡诺热机效率卡诺热机效率 卡诺热机效率与工卡诺热机效率与工作物质无关,只与两个作物质无关,只与两个热源的
8、温度有关,两热热源的温度有关,两热源的温差越大,则卡诺源的温差越大,则卡诺循环的效率越高循环的效率越高.13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础/19由两个绝热由两个绝热过程和两个等温过程组成的过程和两个等温过程组成的逆循环逆循环称为称为卡诺卡诺逆逆循环循环.如图所示如图所示.卡诺卡诺逆逆循环循环WABCD卡诺逆循环过程卡诺逆循环过程:设工作物质为理想气体设工作物质为理想气体.(i)A D,绝热膨胀绝热膨胀;系统对外做功系统对外做功,气气体温度体温度T1 T2(降低降低).(ii)D C,等温膨胀等温膨胀;此过程中气体从此过程中气体从低温热源中吸收热量低温热源中吸收热
9、量Q2;系统对外系统对外界做功界做功.(iii)C B,绝热压缩绝热压缩;外界对气体做外界对气体做功功,气体温度气体温度T2 T1(升高升高),.(iv)最后最后,B A,等温压缩等温压缩;此过程中外界对气体做功使气体将此过程中外界对气体做功使气体将气量气量Q1传传 递给高温热源递给高温热源,从而完成一个逆循环从而完成一个逆循环.13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础/19按卡诺按卡诺逆逆循环工作的热机称为循环工作的热机称为卡诺致冷机卡诺致冷机.WABCD等温过程DC吸收的热量为等温过程BA放出的热量为因为AD和CB是绝热过程,因此有由以上三式可得 卡诺致冷机(卡诺
10、逆循环)卡诺致冷机(卡诺逆循环)高温热源高温热源卡诺致冷机卡诺致冷机低温热源低温热源13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础/19得到卡诺致冷机的致冷系数为:可见卡诺致冷机的可见卡诺致冷机的致冷系数也致冷系数也只与只与高低温热源的温度有关高低温热源的温度有关.将上式代入致冷系数定义式将上式代入致冷系数定义式13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗?讨讨 论论13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 例例 1 汽油机可近似看成如图循环过程汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环循环
11、),其中,其中AB和和CD为绝热过程,求为绝热过程,求此循环效率此循环效率.解解吸吸放放CDBApV1V2o13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础又又BC和和DA是绝热过程:是绝热过程:所以所以V吸吸放放CDBApV1V2o13-5 循环过程 卡诺循环第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 例例2 一电冰箱放在室温为一电冰箱放在室温为 的房的房 间里间里,冰箱储藏柜中的温度维持在,冰箱储藏柜中的温度维持在 .现每天有现每天有 的热量自房间传入冰箱的热量自房间传入冰箱 内内 ,若要维持冰箱内温度不变若要维持冰箱内温度不变,外界每天外界每天 需作多少功需作多少功,其功率
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