循环过程卡诺循环讲解.pptVIP

§4.5 循环过程 卡诺循环 a ? b ? c，膨胀，对外做功 A1； c ? d ? a，外界对系统做功 ?A2 ?； 一、循环过程：一系统(或工质)，经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。准静态循环过程可在状态图上表现为一闭合曲线。 循环过程总功(净功) A = A1 - ?A2? 等于p-V 图上闭合曲线围的面积。 V 0 p a V1 V2 c b d A 热机：循环沿顺时针方向，正循环(热循环)，系统对 外界做净功 A； 致冷机：循环沿逆时针方向，逆循环（致冷循环）, 外界对系统做净功 A 。 §4.5.1 循环过程及其效率 循环过程一周：?E = 0 循环过程系统总吸热为 Q1 循环过程系统总放热为 ?Q2 ? ? Q1 - ?Q2 ?= A 二、热机效率 热机效率 一次循环工质对外做的净功 A 一次循环工质从高温热源吸收的热量 Q1 V 0 p a V1 V2 c b d A Q1 Q2 三、典型的热循环：蒸汽机的循环 一定量的水从蒸发器（锅炉）中吸热 Q1 变成高温水 蒸汽； 2. 水蒸汽在蒸汽涡轮机中膨胀，推动叶轮对外做功 A1， 同时降温，变成废汽； 3. 废气进入冷凝器 ，向 低温热库放热 Q2，同时 自身凝结为水； 4. 最后水泵对冷凝水做 功 A2，将水压回到锅 炉中去，完成循环。 蒸发器 水泵 冷凝器 蒸汽 涡轮机 Q1 Q2 A1 A2 燃煤电厂中的蒸汽循环 化学能 高温蒸汽 电能 动能 势能 热能 气轮机 泵 凝结器 冷却水 发电机 烟气 燃烧炉 燃烧枪 循环水 预热 装置 热能 热能 热能 热能 河流 燃 烧 炉 锅炉 管道 气 轮 机 发 电 机 化学能 高温蒸汽 电能 动能 势能 热能 气轮机 泵 凝结器 冷却水 发电机 燃烧炉 燃烧枪 循环水 预热 装置 热能 热能 热能 热能 河流 燃 烧 炉 锅炉 管道 气 轮 机 发 电 机 化学能 高温蒸汽 电能 动能 动能 热能 气轮机 泵 冷却水 发电机 燃烧炉 燃烧枪 循环水 热能 热能 热能 热能 河流 燃 烧 炉 锅炉 管道 气 轮 机 发 电 机 烟气 凝结器 为了提高热机效率，1824年法国青年工程师卡诺提出了一个理想循环，它体现了热机循环的基本特征，我们称它为卡诺循环。 一、卡诺循环条件 1. 准静态循环，可以正、逆循环。 2. 工质为理想气体。 3. 工质只和两个温度不同的恒 温热库交换热量。 二、卡诺循环组成 两个等温过程1-2 和 3-4 两个绝热过程2-3和 4-1 顺时针转组成正卡诺循环， 逆时针转组成逆卡诺循环。 Q1 Q2 W 高温热库T1 低温热库T2 工质 §4.5.2 卡诺循环 (Carnot cycle) 卡诺循环过程动态图示 a-b等温膨胀，吸热 c-d等温压缩，放热 b-c绝热膨胀，降温 d-a绝热压缩，升温 1?2过程，等温膨胀，吸热 2?3过程，绝热膨胀，温度下降, 3?4过程，等温压缩，放热 4?1过程，绝热压缩，温度上升, 三、卡诺循环的热机效率 热机循环过程效率： Q2 Q1 T1 T2 卡诺循环热机效率只与两个恒温热库温度 T1 和 T2 有关，与工质无关。 它指明提高热机效率的方向，即提高 T1 值或降低 T2 值。实际降低 T2 是困难的，热电厂尽可能地提 高 T1 温度。 卡诺循环是理想循环， 实际循环效率要小很多。 能流图，卡诺循环中 能量交换与转化关系。 Q2 低温热库T2 A Q1 工质 高温热库T1 Q2 Q1 T1 T2 例7.有一卡诺循环，当热源温度为 100℃，冷却器温度为 0℃ 时，一循环作净功 8000 J，今维持冷却器温度不变，提高热源温度，使净功增为 10000 J。若此两循环都工作于相同的二绝热线之间，工作物质为同质量的理想气体，则热源温度增为多少?前后效率分别为多少？ 解： 升温前： 升温后： 奥托(N.A.Otto)循环: 汽车四冲程发动机中的循环过程为奥托循环 ○ ○ 火花塞 作功 ○ ○ 排气门 排气 进气门 ○ ○ 进气 ○ ○ 压缩 (32) 空气(理想气体)标准奥托循环: 1)绝热压缩过程: a ? b 2)等容吸热过程: b ? c 对应于点火爆燃过程 3)绝热膨胀过程: c ? d 对应于气体膨胀 对外作功过程 4)等容放热过程: d ? a ○ ○ 压缩 ○ ○ 火花塞 作功 ○ ○ 排气门 排气 进气门 ○ ○ 进气 例 8a: 奥托循环的效率 燃烧汽油的四冲程内燃机进行的循环过程叫奥托循环。它由两条绝热线和两条等容线组成。如图。 ab段：将空气和汽油的混合气体进行绝热压缩。 bc段：压缩到体积 V