第二節(jié) 卡諾循環(huán)和卡諾定理 前面可知：熱機(jī)循環(huán)的熱效率為 可見任何熱機(jī)循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于 1。 思考：在一定的條件下，熱機(jī)循環(huán)的熱效率最 高可以達(dá)到多少？影響循環(huán)熱效率的因素有哪 些？又如何提高循環(huán)熱機(jī)的效率？下面通過卡 諾循環(huán)和卡諾定理的分析將回答以上問題。 0 12 11 t w QQ QQ 一、熱力循環(huán)及特點(diǎn) (13頁 ) 1. 熱力循環(huán)： 工質(zhì)從某一初始平衡狀態(tài)出發(fā) ， 經(jīng) 歷一系列的狀態(tài)變化后又回到初態(tài)的熱力過程 ， 稱 為熱力循環(huán) ， 簡稱循環(huán) 。 特點(diǎn)：整個(gè)循環(huán)在參數(shù)坐標(biāo)圖上表示為一條封 閉的曲線 。 而且經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后 ， 工質(zhì)的任意一個(gè) 狀態(tài)參數(shù)的變化量都等于零 ， 可用數(shù)學(xué)式表示為： 0dx 式中： x-任意一個(gè)狀態(tài)參數(shù)； -循環(huán)積分符號(hào)。 2、循環(huán)分類 （ 1） 按循環(huán)進(jìn)行的方向和效果不同： 正向循環(huán)： 按順時(shí)針方向進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn) 熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的循環(huán)，也稱為 熱機(jī) 循環(huán) 。如電廠的蒸汽動(dòng)力循環(huán)等。 W0 逆向循環(huán)： 按逆時(shí)針方向進(jìn)行的，消耗 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能的循環(huán)，如制冷循環(huán) 等。 W0 Q1 Q2 1 2 a b 正向循環(huán) （ 2）按組成循環(huán)的熱力過程的可逆性 可逆循環(huán)： 如果組成循環(huán)的全部熱力過程都是 可逆過程。 不可逆循環(huán)： 如果組成循環(huán)的熱力過程包含有 不可逆過程。 （ 3）按循環(huán)的的工質(zhì)分： 有蒸汽動(dòng)力循環(huán)、燃?xì)?動(dòng)力循環(huán)、氨氣制冷循環(huán)等。 3、正向循環(huán) 1、正向循環(huán)概念 ： 順時(shí)針方向進(jìn)行，正向循環(huán)的任務(wù)是 將熱變?yōu)楣?，也稱為熱機(jī)循環(huán)。 循環(huán)凈功 :W0=W1a2-W2b1 =在 P-V圖中面積 1a2341-面積 2b1432 p v 0 2 1 3 4 a b W0 循環(huán)凈熱 :Q0=Q1-Q2=W00 =在 T-S圖中面積 1a2341-面積 2b1432 3 4 T 0 2 1 a b s Q0 二、卡諾循環(huán)及其熱效率 1、卡諾循環(huán)概念： 工作于兩個(gè)熱源間的，由兩個(gè)可 逆的定溫過程和兩個(gè)可逆的絕熱過程組成的理想可 逆循環(huán)。 1-2可逆定溫吸熱過程： q1 = T1(s2-s1), 2-3可逆絕熱膨脹過 程， 3-4可逆定溫放熱過程： q2 = T2(s2-s1) ， 4-1可逆絕熱壓 縮過程。 2、卡諾循環(huán)的熱效率 12212100 ssTTqqqw 循環(huán)凈功和凈熱為 ： 循環(huán)熱效率為： 1 2 211 2121 1 21 1 0 , 1 T T ssT ssTT q qq q w ct T1 T2 Rc q1 q2 w0 卡諾循環(huán)的熱效率只與兩 熱源溫度有關(guān)，而與工質(zhì)性 質(zhì)無關(guān)。 三、卡諾定理 定理一： 在兩個(gè)溫度不同的恒溫?zé)嵩粗g 工作的一切可逆熱機(jī)，都具有相同的熱效 率，且與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。 定理二： 在兩個(gè)溫度不同的恒溫?zé)嵩粗g 工作的一切可逆熱機(jī)的熱效率恒高于不可 逆熱機(jī)的熱效率，即： tct , 結(jié)論： （ 1）在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆循環(huán)，其熱 效率均為 ,其值只與熱源和冷源的溫 度有關(guān)，且與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。 （ 2）提高 熱源 T1，降低冷源 T2，可以使卡諾循環(huán)的 熱效率提高。 （ 3）卡諾循環(huán)的熱效率 t,c總是小于 1。 （ 4） T1 T2時(shí)， t,c 0，說明沒有溫差（單一熱源） 是不可能連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的。 )/1( 12 TTt 四、等效卡諾循環(huán) 實(shí)際的循環(huán)中，熱量交換不可能在等溫下進(jìn)行， 如圖所示為變溫的可逆循環(huán)。為了分析和比較方便， 對(duì)變溫?zé)嵩吹目赡嫜h(huán)引入平均吸熱溫度和平均放熱 溫度的概念，將其轉(zhuǎn)換成等效卡諾循環(huán)進(jìn)行分析。 四、等效卡諾循環(huán) 任意循環(huán) a-b-c-d-a 等效卡諾循環(huán) A-B-C-D-A。 平均吸熱溫度 ： 任意循環(huán)的等效卡諾循環(huán)熱效率： 平均放熱溫度 ： 11 qqsT a b cAB m1 m2 m1 m2 1 2 t 1)( )(11 T T ssT ssT q q ac ac 為何火電廠向高溫高壓參數(shù)發(fā)展？ 22 qqsT c d aCD