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1、第八章第八章 热力学基础热力学基础( (8.5-8.5-8.6)8.6)本课时教学基本要求本课时教学基本要求1、理解循环过程的概念和特征。、理解循环过程的概念和特征。2、理解正循环、逆循环的能量转换特征，并、理解正循环、逆循环的能量转换特征，并能计算热效率和致冷系数。能计算热效率和致冷系数。3、理解卡诺循环的特点，掌握卡诺循环热效、理解卡诺循环的特点，掌握卡诺循环热效率和致冷系数的计算。率和致冷系数的计算。8-5 8-5 循环过程循环过程上页上页上页上页下页下页下页下页一、循环过程一、循环过程 系统经历一系列变化后又回到初始状态的整个系统经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫过程叫循环过程
2、循环过程，简称，简称循环循环。循环工作的物质称为循环工作的物质称为工作物质工作物质，简称，简称工质工质。循环过程的特点：循环过程的特点： E=0若循环的每一阶段都是准静态过若循环的每一阶段都是准静态过程，则此循环可用程，则此循环可用p-V 图上的一图上的一条闭合曲线表示条闭合曲线表示。pVabcd沿顺时针方向进行的循环称为沿顺时针方向进行的循环称为正循环正循环。沿逆时针方向进行的循环称为沿逆时针方向进行的循环称为逆循环逆循环。上页上页上页上页下页下页下页下页正循环正循环工质在整个循环过程中对外作工质在整个循环过程中对外作的的净功净功A等于曲线所包围的面积。等于曲线所包围的面积。整个循环过程整个
3、循环过程工质从外界吸收热量的总和为工质从外界吸收热量的总和为Q1放给外界的热量总和为放给外界的热量总和为Q2(取绝对值取绝对值)正循环过程是将吸收的热量中的一部分正循环过程是将吸收的热量中的一部分Q净净转化为转化为有用功，另一部分有用功，另一部分Q2放回给外界。放回给外界。A上页上页上页上页下页下页下页下页逆循环逆循环工质在整个循环过程中外界对系统工质在整个循环过程中外界对系统作的作的净功净功A等于曲线所包围的面积。等于曲线所包围的面积。整个循环过程整个循环过程工质放给外界的热量的总和为工质放给外界的热量的总和为Q1(取取绝对值绝对值)，从外界吸收热量总和为从外界吸收热量总和为Q2A二、热机效
4、率二、热机效率上页上页上页上页下页下页下页下页热机性能的标志之一是效率。热机性能的标志之一是效率。热机热机: :通过工质使热量不断转换为功的机器。通过工质使热量不断转换为功的机器。热机效率热机效率A例如：蒸汽机、例如：蒸汽机、 内燃机等内燃机等 下面我们以蒸汽机为例分析热机的工作过程下面我们以蒸汽机为例分析热机的工作过程上页上页上页上页下页下页下页下页水从水从CB成为蒸汽成为蒸汽D对外作功对外作功冷却冷却EC实用上，用效率表示热机的效能以实用上，用效率表示热机的效能以 表示表示上页上页上页上页下页下页下页下页热循环的特征：热循环的特征：一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热源一定质量的工质在
5、一次循环过程中要从高温热源吸热吸热Q1，对外作净功，对外作净功A，又向低温热源放出热量，又向低温热源放出热量Q2。而工质回到初态，内能不变。而工质回到初态，内能不变。工质经一循环工质经一循环 A= Q1- |Q2|解：解：例例: 如图所示理想气体的循环过程，如图所示理想气体的循环过程，c a 是绝热过程，是绝热过程，pa、Va、Vc 已知，摩尔热容比为已知，摩尔热容比为 ，求循环效率。求循环效率。a b 等压过程等压过程bc 等容过程等容过程VpVaVcpaabcO吸热吸热放热放热利用气体燃料在汽缸内直接燃烧获得热量而对活塞利用气体燃料在汽缸内直接燃烧获得热量而对活塞做功。做功。例：例：内燃机
6、内燃机-空气标准奥托循环的效率空气标准奥托循环的效率ab：绝热压缩：绝热压缩bc：等容吸热：等容吸热cd：绝热膨胀：绝热膨胀da：等容放热：等容放热三、致冷机及致冷系数三、致冷机及致冷系数上页上页上页上页下页下页下页下页制冷系数制冷系数外界对外界对工质工质作功作功, 从从低温热源吸收低温热源吸收的热量的热量传给高温热源，其结果可传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作功冷的目的。吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。越少，表明制冷机效能越好。制冷机制冷机：获得低温的装置。：获得低温的装置。A上页上页上页上页下页下页下页下页下
7、面我们以电冰箱为例分析致冷机的工作过程下面我们以电冰箱为例分析致冷机的工作过程工质：氨和氟里昂。工质：氨和氟里昂。Q2A冷库冷库节节流流阀阀散热片散热片冷凝器冷凝器Q1压缩机压缩机蒸发器蒸发器经节流阀小口后，降压经节流阀小口后，降压降温，再进入蒸发器，降温，再进入蒸发器，从冷库中吸热。工质蒸从冷库中吸热。工质蒸发为蒸气，被吸入压气发为蒸气，被吸入压气机中。机中。 工质被压缩机压缩，温工质被压缩机压缩，温度升高，进入冷凝器，度升高，进入冷凝器，放热而凝结为液态氨。放热而凝结为液态氨。工作过程：工作过程：致致冷冷循环的特征：循环的特征：工质把从低温热源吸收的热量和外界对它所作的工质把从低温热源吸收
8、的热量和外界对它所作的功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温功以热量的形式传给高温热源，其结果可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。热源的温度更低，达到制冷的目的。上页上页上页上页下页下页下页下页T1T2Q1Q2A吸热越多，外界作功越少，吸热越多，外界作功越少，表明表明致致冷机效能越好。用冷机效能越好。用致致冷系冷系数数 表示之。表示之。8-6 8-6 卡诺循环卡诺循环18241824年年卡卡诺诺（法法国国工工程程师师1796-18321796-1832）提提出出了了一一个个能能体体现现热热机机循循环环基基本本特特征征的的理理想想循循环环。后后人人称之为卡诺循环。称之为卡诺循环。本节讨论
9、以本节讨论以理想气体为工质理想气体为工质的卡诺循环。的卡诺循环。工作物质于两个恒温热源交换热量，整个循环工作物质于两个恒温热源交换热量，整个循环由两个等温过程和两个绝热过程组成由两个等温过程和两个绝热过程组成。上页上页上页上页下页下页下页下页一、卡诺热机及其效率一、卡诺热机及其效率上页上页上页上页下页下页下页下页高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2工质工质卡诺热机卡诺热机12：与温度为：与温度为T1的高温热源的高温热源接触，接触，T1不变，不变， 体积由体积由V1膨膨胀到胀到V2，从热源吸收热量为，从热源吸收热量为:23：绝热膨胀，体积由：绝热膨胀，体积由V2变到变到V3，吸热为零。，吸热
10、为零。34：与温度为：与温度为T2的低温热源接触的低温热源接触,T2不变，体积由不变，体积由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。对绝热线对绝热线23和和41：说明：说明：（1）完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源。和低温热源。（2）卡诺循环的效率只与两个热源温度有关。卡诺循环的效率只与两个热源温度有关。（3）卡诺循环效率总小于卡诺循环效率总小于1。（4）在相同高温热源和低温热源之间的工作的在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中，卡诺循环的效率最高。一切热机中，卡诺循环的效率最高。上页上页上页上页下页下页下页下页二、卡诺致冷机及其效率二、卡诺致冷机及其效率工质把从低温热源吸收的热量工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对和外界对它所作的功它所作的功A A 以热量的形式传给高温热源以热量的形式传给高温热源Q1. .高温热源高温热源T1低温热源低温热源T2工质工质逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示。逆向卡诺循环反映了制冷机的工作原理，其能流图如图所示。制冷系数制冷系数作业：作业：8.298.308.32
