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1、5.85.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环一、循环过程及其效率循环过程及其效率蒸汽机的工作过程：A-高温热源高温热源B-锅炉锅炉C-泵泵D-汽缸汽缸E-低温热源低温热源水泵水泵C将水打入加热器即锅炉将水打入加热器即锅炉B中，水在锅炉内加热，变成温中，水在锅炉内加热，变成温度和压强较高的蒸汽度和压强较高的蒸汽吸热而吸热而使内能增加的过程。蒸汽通过使内能增加的过程。蒸汽通过传送装置进入汽缸传送装置进入汽缸D中，并在中，并在汽缸中膨胀，推动活塞对外做汽缸中膨胀，推动活塞对外做功，同时蒸汽的内能减少，在功，同时蒸汽的内能减少，在这一过程中内能通过做功转化这一过程中内能通过做功转化为机械能。最后蒸
2、汽成为废气为机械能。最后蒸汽成为废气进入冷却器进入冷却器E中，经过冷却放热中，经过冷却放热的过程而凝结成水，再经过水的过程而凝结成水，再经过水泵打入到锅炉中，这些过程循泵打入到锅炉中，这些过程循环不息地进行环不息地进行循环过程。循环过程。循环过程定义系统从某一状态出发，经历一系列过程后又回到初态的全过程。循环过程图线表示法循环过程图线表示法过程所经历的每一个中间态都无限接近平衡态，该过程在P-V图上为一个闭合曲线箭头表示过程进行方向箭头表示过程进行方向,过程曲线包过程曲线包围的面积表示循环过程中系统对外所做的围的面积表示循环过程中系统对外所做的净功。净功。PVabcdT1Q1T2Q2泵泵|A|
3、气缸正正循环循环正循环的特点：正循环的特点：一定质量的工质在一次循环过程中要从一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热高温热源吸热Q1，对外作净功对外作净功|A|，又向又向低温热源放出热量低温热源放出热量Q2。而工质回到初态，而工质回到初态，内能不变。内能不变。在循环过程中伴有在循环过程中伴有吸热吸热和和放热放热过程过程热机工作示意图热机工作示意图T1T2Q1Q2A热机循环热机循环P-V 图图特征特征（1）P-V图中循环过程沿顺时针方向进行。图中循环过程沿顺时针方向进行。（2）工质工质经一循环从高温热源吸热经一循环从高温热源吸热Q1(0),在低温热源放热在低温热源放热Q2(绝对值绝对值)
4、,对外输出净功对外输出净功A(0)；（3）经一循环工质内能不变，其所吸收的热量不能经一循环工质内能不变，其所吸收的热量不能100%地地转化为有用功。转化为有用功。 U=0,净功净功A=Q1-Q2热机循环效率热机循环效率(efficiecyofheatengine)h1Q1A12QQ1= =工质对外做的净功工质对外做的净功从从高温热源吸的热高温热源吸的热卡诺循环卡诺循环18241824年卡诺（法国工程师年卡诺（法国工程师1796-18321796-1832）提出了一个）提出了一个能体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之能体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之卡诺循环。卡诺循环。本节讨论以理想
5、气体为工质的卡诺循环。本节讨论以理想气体为工质的卡诺循环。由由4 4个准静态过程（两个等温、两个绝热）组成。个准静态过程（两个等温、两个绝热）组成。卡诺循环是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）卡诺循环是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程。之间工作的循环过程。在整个循环中，工作物质和高温热源或低温热源交换能量，没有散在整个循环中，工作物质和高温热源或低温热源交换能量，没有散热漏气等因素存在，热漏气等因素存在，卡诺循环是由两个平衡的等温过程和两个平衡的绝热过程组成。卡诺循环是由两个平衡的等温过程和两个平衡的绝热过程组成。1234PQ0V1V4V2V
6、3T1T212：与温度为：与温度为T1的高温的高温热源接触，热源接触，T1不变，不变， 体积体积由由V1膨胀到膨胀到V2，从热源吸从热源吸收热量为：收热量为：23：绝热膨胀，体积：绝热膨胀，体积由由V2变到变到V3，吸热为零。吸热为零。34：与温度为：与温度为T2的低温的低温热源接触，热源接触，T2不变，不变， 体积体积由由V3压缩到压缩到V4，从热源放热为：从热源放热为：41：绝热压缩，体积由：绝热压缩，体积由V4变到变到V1，吸热为零。吸热为零。在一次循环中，气体对外作在一次循环中，气体对外作净功为净功为 |A|= Q1-Q2效率为：效率为：由由上节上节例题结果知：例题结果知：理想气体卡诺
7、循环理想气体卡诺循环的效率只与两热的效率只与两热源的温度有关源的温度有关所以：所以：将证明在同样两个温度将证明在同样两个温度T T1 1和和T T2 2之间工作之间工作 的各种工质的卡诺循环的效率都由上式给定，而的各种工质的卡诺循环的效率都由上式给定，而且是实际热机可能效率的最大值。且是实际热机可能效率的最大值。&应为理想气体温标所定义的温度。应为理想气体温标所定义的温度。&可证明，当用热力学温标表示两个热源的温度时，可证明，当用热力学温标表示两个热源的温度时，&因为因为T T1 1和和T T2 2是在求理想气体热量时引进的，是在求理想气体热量时引进的，&卡诺循环的效率的表示仍为上式。卡诺循环
8、的效率的表示仍为上式。讨论：讨论：（1）要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源（有时分）要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源（有时分别叫做热源与冷源）；别叫做热源与冷源）；（2）卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温）卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温度愈高，低温热源的温度愈低，度愈高，低温热源的温度愈低，卡诺循环的效率愈大，也就是说当两热源的温度差愈大，从高温热卡诺循环的效率愈大，也就是说当两热源的温度差愈大，从高温热源所吸取的热量源所吸取的热量Q1的利用价值愈大；的利用价值愈大；（3）卡诺循环的效率总是小于）卡诺循环的效率总是小于1的（除非的（除非T。
9、=0K）。）。1、奥托循环、奥托循环:理想化的汽油内燃机循环过程理想化的汽油内燃机循环过程1.吸气过程(A-B)2.压缩冲程(B-C绝热压缩)3.点燃过程(C-D等体过程),4.做功过程(D-E绝热膨胀过程)5.排气过程(E-B-A)几个实例几个实例奥托循环效率计算奥托循环效率计算利用B-C,D-E绝热过程(advabaticprocess)方程恒量，可得:式中式中绝热压缩比。绝热压缩比。随压缩比随压缩比r增大而增大，通常增大而增大，通常 r取值在取值在69之间。之间。设计中如取设计中如取r6,1.4内燃机的理想效率内燃机的理想效率: =16-0.451%考虑到摩擦，散热，漏气等因素，实际考虑
10、到摩擦，散热，漏气等因素，实际内燃机效率仅为内燃机效率仅为25左右。左右。2、理想气体热机循环理想气体热机循环四冲程柴油机四冲程柴油机以理想气体为工质的，经历无摩擦准静以理想气体为工质的，经历无摩擦准静态理想过程的循环过程。态理想过程的循环过程。狄塞尔循环：狄塞尔循环：（1）吸气过程（）吸气过程（A-B）（2）压缩过程（压缩过程（B-C;绝热压缩）绝热压缩）（3）柴油燃烧等压加热（）柴油燃烧等压加热（C-D)绝热膨胀（绝热膨胀（D-E）对外做功对外做功（4）等容放热排气）等容放热排气(E-B-A).理想的柴油内燃机循环过程理想的柴油内燃机循环过程由由D-E,B-C的绝热过程方程的绝热过程方程(
11、=恒量恒量)，得，得由等压过程由等压过程C-D,有有引入绝热压缩比引入绝热压缩比r =VB/VC，定压膨胀比定压膨胀比=VD/VC由由、式最后得到式最后得到一定量的理想气体经历如图所示的循环过程。设，求该循环过程效率，本题有几种解题思路：本题有几种解题思路：1.利用理想气体状态方程和以利用理想气体状态方程和以Cp、Cv表达的热量公式，求表达的热量公式，求循环过程吸收的热量循环过程吸收的热量Q1和放出的热量和放出的热量Q2,然后用然后用求求解解.2.用用求解，式中求解，式中A为为P-V图上过程曲线包围的图上过程曲线包围的面积面积.3.利用过程方程分别求出利用过程方程分别求出a、b、c、d各态的温度及摩尔数各态的温度及摩尔数,再再利用利用Cp、Cv表述的热量公式求出表述的热量公式求出Q1及及Q2，最后求效率。最后求效率。
