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1、5.8循環(huán)過程和卡諾循環(huán),一、循環(huán)過程及其效率,蒸汽機的工作過程：,A-高溫熱源B-鍋爐 C-泵 D-汽缸E-低溫熱源,水泵C將水打入加熱器即鍋爐B中，水在鍋爐內加熱，變成溫度和壓強較高的蒸汽吸熱而使內能增加的過程。蒸汽通過傳送裝置進入汽缸D中，并在 汽缸中膨脹，推動活塞對外做功，同時蒸汽的內能減少，在這一過程中內能通過做功轉化為機械能。最后蒸汽成為廢氣進入冷卻器E中，經(jīng)過冷卻放熱的過程而凝結成水，再經(jīng)過水泵打入到鍋爐中，這些過程循環(huán)不息地進行循環(huán)過程。,循環(huán)過程定義系統(tǒng)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列過程后又回到初態(tài)的全過程。 循環(huán)過程圖線表示法過程所經(jīng)歷的每一個中間態(tài)都無限接近平衡態(tài)，該過程在P

2、-V 圖上為一個閉合曲線 箭頭表示過程進行方向, 過程曲線包圍的面積表示循環(huán)過程中系統(tǒng)對外所做的凈功。,T1 Q1,T2 Q2,泵,|A|,氣缸,正循環(huán),正循環(huán)的特點：一定質量的工質在一次循環(huán)過程中要從高溫熱源吸熱Q1，對外作凈功|A|，又向低溫熱源放出熱量Q2。而工質回到初態(tài)，內能不變。在循環(huán)過程中伴有吸熱和放熱過程,熱機工作示意圖,熱機循環(huán)P-V 圖,特征（1）P-V圖中循環(huán)過程沿順時針方向進行。 （2）工質經(jīng)一循環(huán)從高溫熱源吸熱Q1(0),在低溫熱源放熱 Q2(絕對值), 對外輸出凈功A(0)； （3）經(jīng)一循環(huán)工質內能不變，其所吸收的熱量不能100%地 轉化為有用功。 U=0 ,凈功A=

3、 Q1 - Q2,熱機循環(huán)效率(efficiecy of heat engine),卡諾循環(huán),1824年卡諾（法國工程師1796-1832）提出了一個 能體現(xiàn)熱機循環(huán)基本特征的理想循環(huán)。后人稱之 卡諾循環(huán)。,本節(jié)討論以理想氣體為工質的卡諾循環(huán)。 由4個準靜態(tài)過程（兩個等溫、兩個絕熱）組成。,卡諾循環(huán)是在兩個溫度恒定的熱源（一個高溫熱源，一個低溫熱源）之間工作的循環(huán)過程。 在整個循環(huán)中，工作物質和高溫熱源或低溫熱源交換能量，沒有散熱漏氣等因素存在， 卡諾循環(huán)是由兩個平衡的等溫過程和兩個平衡的絕熱過程組成。,12：與溫度為T1的高溫 熱源接觸，T1不變， 體積 由V1膨脹到V2，從熱源吸 收熱量為

4、：,23：絕熱膨脹，體積 由V2變到V3，吸熱為零。,34：與溫度為T2的低溫 熱源接觸，T2不變， 體積 由V3壓縮到V4，從熱源放熱為：,41：絕熱壓縮，體積由V4變到V1，吸熱為零。,在一次循環(huán)中，氣體對外作凈功為 |A|= Q1-Q2,效率為：,由上節(jié)例題結果知：,理想氣體卡諾循環(huán) 的效率只與兩熱 源的溫度有關,所以：,將證明在同樣兩個溫度T1和T2之間工作 的各種工質的卡諾循環(huán)的效率都由上式給定，而且是實際熱機可能效率的最大值。,應為理想氣體溫標所定義的溫度。 可證明，當用熱力學溫標表示兩個熱源的溫度時， 因為T1和T2是在求理想氣體熱量時引進的， 卡諾循環(huán)的效率的表示仍為上式。,討

5、論： （1）要完成一次卡諾循環(huán)必須有高溫和低溫兩個熱源（有時分別叫做熱源與冷源）； （2）卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源的溫度有關，高溫熱源的溫度愈高，低溫熱源的溫度愈低， 卡諾循環(huán)的效率愈大，也就是說當兩熱源的溫度差愈大，從高溫熱源所吸取的熱量Q1 的利用價值愈大； （3）卡諾循環(huán)的效率總是小于1的（除非T。=0 K）。,1、奧托循環(huán):,理想化的汽油內燃機循環(huán)過程,吸氣過程(A-B) 壓縮沖程(B-C絕熱壓縮) 點燃過程(C-D等體過程), 做功過程(D-E絕熱膨脹過程) 排氣過程(E-B-A),幾個實例,奧托循環(huán)效率計算,利用B-C,D-E絕熱過程(advabatic process)方程 恒

6、量，可得:,式中 絕熱壓縮比。,隨壓縮比r增大而增大，通常 r 取值在69之間。,設計中如取r6,1.4 內燃機的理想效率: =16-0.451% 考慮到摩擦，散熱，漏氣等因素，實際內燃機效率僅為25左右。,2、理想氣體熱機循環(huán)四沖程柴油機,以理想氣體為工質的，經(jīng)歷無摩擦準靜 態(tài)理想過程的循環(huán)過程。,狄塞爾循環(huán)：,（1）吸氣過程（A-B） （2）壓縮過程（B-C;絕熱壓縮） （3）柴油燃燒等壓加熱（C-D) 絕熱膨脹（D-E）對外做功 （4）等容放熱排氣(E-B-A).,理想的柴油內燃機循環(huán)過程,由D-E,B-C的絕熱過程方程 ( =恒量)，得 由等壓過程C-D,有 引入絕熱壓縮比r =VB/VC ，定壓膨脹比=VD/VC 由、式最后得到,一定量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程。 設 ， 求該循環(huán)過程效率,，,本題有幾種解題思路： 1.利用理想氣體狀態(tài)方程和以 Cp、 Cv表達的熱量公式，求循環(huán)過程吸收的熱量Q1和放出的熱量Q2,然后用 求解. 2.用 求解，式中A為P-V 圖上過程曲線包圍的面積. 3.利用過程方程分別求出a、b、c、d各態(tài)的溫度及摩爾數(shù),再利用Cp、Cv表述的熱量公式求出Q1及Q2，最后求效率。,