4.6-4.7热机与制冷机.ppt

第四章 作业：4.6.1、 4.6.2(1,2,3)、 4.6.3、 4.6.4、4.7.1 §4.6-4.7 热机、制冷机 ——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 p V 0 W 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： W O B C D O：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 Q1 W |Q2| V p 0 Q1 |Q2| a b c d 经一个循环 ?U＝0 吸热Q1 W |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 Q1 W |Q2| V p 0 Q1 Q2 a b c d 输出净功 W=|Q1| ?|Q2| W Q1=?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 1 液体燃料火箭?热＝0.48 燃气轮机?热＝0.46 柴油机?热＝0.37 汽油机?热＝0.25 蒸汽机车?热＝0.08 逆循环？ 2.致冷机 从低温热源吸收热量传递到高温热源的机器。 冰 箱 O O：电动压缩泵 B B：冷凝器 C C：毛细管 D D：蒸发器 工作物质(制冷剂)：R-12(CCl2F2) (现已不用，用无氟制冷剂） 原理： 电动压缩泵将致冷剂(氟里昂,沸点?29.8℃)压缩成高温高压气体，送至冷凝器，向空气(高温热源)中放热。经过毛细管减压膨胀，进入蒸发器D吸收冰箱(低温热源)的热量，之后变为低压气体再一次循环…….。 由上可知： 致冷机是在外界作功的条件下，从低温热源吸收热量传向高温热源。 制冷机（冰箱）循环示意图 工作原理：工作物质在制冷机中从低温处吸收热量并对内做功，且向高温处放出热量，过程循环不已. 低温热源 高温热源 制冷机 W Q2 Q1 V p 0 Q2 Q1 a b c d 经一个循环?U＝0 外界作功W W 从低温热源吸热Q2 ， 同时W 转化为热量， 向高温热源放出热量Q1 |Q1|=|Q2|+|W| 希望: W 少，Q2 多。 为描述制冷机的性能，定义 致冷系数 从低温热源提取的热量与所消耗的外功的比值。 η冷 =0.3 ： W=1J , Q2 =0.3J； Q1=W+ Q2=1.3J η冷=5 ： W=1J , Q2 =5J； Q1=W+ Q2=6J η冷? 省功 强调说明： 制冷机的作用与热机正相反！ Q1、Q2 、W 的含义也与热机相反！ 讨论循环过程： 1) 正循环(热机)： W ? = — Q1 (a) Q