大学物理第9章热力学循环过程.ppt

* * 9-3 循环过程: ? 循环过程在p-V 图上 有什么特点？ 所以曲线所包围的面积等于净功的大小。 ? 正循环系统吸热，对外做功 --热机循环 逆循环（逆时针）外界做功 --致冷循环 ?什么是热机？---系统(工质)吸热、 对外做功的机器。（例：蒸汽机，内燃机等） 1.正循环 热机的效率? 9.3.1准静态的循环过程 ? 热机的循环过程 热机能量转换和传递的一般特征是：一定量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热，对外做净功（指正功、负功的代数和），同时向低温热源放出热量 系统在一正循环中, 从高温热源吸热 向低温热源放热 对外做的净功为 系统内能增量 ? 热机的效率? A 高温热库 Q2 Q1 低温热库 工质 式中的A: 循环 过程中各吸、放热分过程系统做功的代数和； 2. 式中的Q1 : 各个吸热分过程吸热的总和，与放热分过程无关； 3.式中的Q2 : 各个放热分过程放热的绝对值的总和，与吸热分过程无关； 说明： 泵 气缸 T1 Q1 T2 Q2 A1 锅炉（高温热库） 冷凝器（低温热库） A2 ?例. 火力发电厂 目的 代价 取绝对值 解：先画出对应的 p－V 图 例：1mol单原子分子理想气体作如图循环，已知V2=2V1,求：循环效率。 例题：某理想气体经历图示的循环过程，AB为等压过程，吸收热量500J，BC为绝热过程，CA为等温过程，且已知该循环效率η＝20％，求： （1）CA过程气体所吸收的热量Q2 （2）ABC过程气体对外做功A V p O A B C 解：(1)CA为等温放热过程 (2) A =100J 为净功 致冷系数定义: 2. 逆循环 致冷系数 将待冷却物体作为低温热源，反向进行循环，可实现致冷循环。外界对系统做功 A（净功0，这里已取绝对值)； 工质从低温热源(即待冷却物体)吸热 Q2，向高温热源放热Q1 （ Q1已取绝对值) 。 Q2—追求的效果 A—付出的“成本” 冰箱外 冷冻室 高温热库 低温热库 A Q1 Q2 工质 致冷系数：对工质做一份功可从低温热源提取多少份热量 取绝对值 取绝对值 9.3.2 卡诺循环 1.卡诺循环：工质只和两个恒温热库交换热量的准静态循环。 按卡诺循环工作的热机—卡诺热机 p V T1 Q1 等温膨胀 1 绝热膨胀 T2 绝热压缩 A 2 4 3 Q2 等温压缩 工质 A 高温热库T1 Q2 Q1 低温热库T2 以理想气体工质为例，计算卡诺循环的效率 等温膨胀 1 2 ? 等温压缩 3 4 ? 从高温热库吸热 向低温热库放热绝对值 绝热膨胀 2 3 ? 绝热压缩 4 1 ? 因此 实际最高效率： 例.热电厂 按卡诺循环计算： 非卡诺循环、散热、摩擦等 冷凝塔 锅炉 发电机 原因： 2.卡诺逆循环的致冷系数： 可见,低温热源的温度T2 越低,则致冷系数 越小, 致冷越困难。 一般致冷机的致冷系数约: 2?7. 若T1 = 293 K(室温), 273 223 100 5 1 13.6 3.2 0.52 0.017 0.0034 下面比较η和w的能流图 取绝对值 取绝对值 1. 热机循环 目的：吸热对外做功 1) pV 图 正 2)热流图 高温热源 低温热源 3)效率 2.致冷循环 目的：通过外界做功 从低温热源吸热 1) pV 图 逆 2)热流图 高温 低温 3)致冷系数 例: 一卡诺机在温度为400K和300K的两个热源之间运转，问 (1) 如果在每一循环中，该机从高温热源得到6000J的热量，其对外作净功多少？ (2) 如果该机反向运转，当作致冷机，从低温热源吸收6000J的热量，要向高温热源放热多少？ (3) 如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与 (1)相同的两条绝热线之间，但每次循环净功比(1)增加20?，求此时高温热源的温度。 例题：有一暖气装置如下：用一热机带动一制冷机，制冷机从河水中吸热而供给暖气系统中的水，同时暖气中的水又作为热机的冷凝器。热机的高温热源温度是210℃，河水温度是15℃，暖气系统的水温是60℃。设热机和制冷机分别以卡诺正循环和卡诺逆循环工作，暖气系统中的水得到的热量是煤所发热量的几倍？ 热机效率： 热机做功： 热机向暖气系统的水放热： 解：设热机高温热源温度是 ，暖气系统水温是 河水温度是 ，一个循环煤燃烧所发热量 制冷机致冷系数： 制冷机从河水中吸热： 制冷机向暖气系统的水放热： 暖气系统中的水得到的热量是：