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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?zé)嵩碆-鍋爐 C-泵 D-汽缸E-低溫?zé)嵩?水泵C將水打入加熱器即鍋爐B中，水在鍋爐內(nèi)加熱，變成溫度和壓強較高的蒸汽吸熱而使內(nèi)能增加的過程。蒸汽通過傳送裝置進(jìn)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(nèi)能減少，在這一過程中內(nèi)能通過做功轉(zhuǎn)化為機械能。最后蒸汽成為廢氣進(jìn)入冷卻器E中，經(jīng)過冷卻放熱的過程而凝結(jié)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(jìn)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(jìn)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(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過程中要從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對外作凈功|A|，又向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。而工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)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(jìn)行。 （2）工質(zhì)經(jīng)一循環(huán)從高溫?zé)嵩次鼰酫1(0),在低溫?zé)嵩捶艧?Q2(絕對值), 對外輸出凈功A(0)； （3）經(jīng)一循環(huán)工質(zhì)內(nèi)能不變，其所吸收的熱量不能100%地 轉(zhuǎn)化為有用功
3、。 U=0 ,凈功A= 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(zhì)的卡諾循環(huán)。 由4個準(zhǔn)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?zé)嵩矗粋€低溫?zé)嵩矗┲g工作的循環(huán)過程。 在整個循環(huán)中，工作物質(zhì)和高溫?zé)嵩椿虻蜏責(zé)嵩唇粨Q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
4、V2，從熱源吸 收熱量為：,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(jié)果知：,理想氣體卡諾循環(huán) 的效率只與兩熱 源的溫度有關(guān),所以：,將證明在同樣兩個溫度T1和T2之間工作 的各種工質(zhì)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(yīng)為理想氣體溫標(biāo)所定義的溫度。 可證明，當(dāng)用熱力學(xué)溫標(biāo)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(jìn)的， 卡諾循
5、環(huán)的效率的表示仍為上式。,討論： （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(guān)，高溫?zé)嵩吹臏囟扔?，低溫?zé)嵩吹臏囟扔停?卡諾循環(huán)的效率愈大，也就是說當(dāng)兩熱源的溫度差愈大，從高溫?zé)嵩此〉臒崃縌1 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(nèi)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-
6、-E絕熱過程(advabatic process)方程 恒量，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(shè)計中如取r6,1.4 內(nèi)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(nèi)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(zhì)的，經(jīng)歷無摩擦準(zhǔn)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(nèi)燃機循環(huán)過程,,,
7、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(shè) ， 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(dá)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。,
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