热力学循环过程

1、10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 系统或工作物质系统或工作物质(简称工质简称工质) ，经历一系列变化后又回到，经历一系列变化后又回到 初始状态的整个过程叫初始状态的整个过程叫循环循环 过程过程，简称，简称循环循环。 循环为准静态过程，在状态循环为准静态过程，在状态 图中对应闭合曲线。图中对应闭合曲线。 在在P-V图图 V P 10.3.1 循环过程循环过程 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 A=Q1 - Q20系统对外作净功系统对外作净功 正循环过程对应正循环过程对应热机热机 1 正循环正循环 顺时针方向顺时针方向的循环的循环 在在P-V图图

2、 V P 正循环正循环 一般从高温热库吸热一般从高温热库吸热Q1，向低温热库放热，向低温热库放热Q2 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 Working substance is water 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 2 逆循环逆循环 反时针反时针方向的循环方向的循环. 一般从低温热库吸热，一般从低温热库吸热， 向高温热库放热向高温热库放热 在在P-V图图 逆循环逆循环 V P 逆循环过程对应逆循环过程对应制冷机制冷机(refrigerator) 10-3 10-3 循环过程循

3、环过程 第10章 热力学定律 家家 用用 电电 冰冰 箱箱 循循 环环 家家家家 用用用用 电电电电 冰冰冰冰 箱箱箱箱 循循循循 环环环环 散热器散热器 冷冻室冷冻室 蒸发器蒸发器节节 流流 阀阀 储储 液液 器器 压压 缩缩 机机 20 0 C 10atm 3atm 70 0 C 10 0 C 2 Q Q1 1 2 A 高温热源高温热源 低温热源低温热源 Q Q ( (冷冻室冷冻室) ) ( (周围环境周围环境) ) 氟氟 利利 昂昂 氨氨 A外 外 例例: :电冰箱的工作原理电冰箱的工作原理 ：氨：氨 、氟利昂、氟利昂 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 10-3

4、 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 AaB为膨胀过程：为膨胀过程：Aa BbA为压缩过程：为压缩过程：-Ab P V B A b a PB VB PA VA 净功： ab AAA 在一个正循环过程中，系在一个正循环过程中，系 统所作的净功在数值上等统所作的净功在数值上等 于于P-V 图上循环曲线所包图上循环曲线所包 围的面积。围的面积。 3. 热机的效率热机的效率 (efficiency) 循环效率定义为：循环效率定义为： 1 A Q 1 2 1 Q Q 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 T 低温热源低温热源 高温热源高温热源 A 1 Q 2 Q 4.

5、 逆循环的致冷系数逆循环的致冷系数 21 22 QQ Q A Q w 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 1824年，法国青年科学家卡诺年，法国青年科学家卡诺*（N. L. S. Carnot, 1796 1832）发表了他）发表了他 关于热机效率的理论。为提高热机关于热机效率的理论。为提高热机 效率指明方向。效率指明方向。 卡诺循环卡诺循环 谈谈火的动力和能发动这种动力的机器。谈谈火的动力和能发动这种动力的机器。 10.3.2 几个特殊的循环过程几个特殊的循环过程 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 卡诺循环卡诺循环 由两条绝热线和两条等温线构

6、成由两条绝热线和两条等温线构成 (为双热源循环为双热源循环) 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 2 T 1 T 1 卡诺循环的效率卡诺循环的效率 A 1 Q 2 Q 低温热源低温热源 1 T 2 T 高温热源高温热源 b c a d P O V 1 Q 2 Q 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 P O 1 p 2 p 4 p 3 p 1 V 2 V 3 V 4 V V a b cd 1 Q 2 T 2 Q 1 T 12 TT bc 2234 lnQRTVV cd d0T da 21 TT ab 1121 lnQRTV V d0T 0Q 0Q

7、吸收热量吸收热量 放出热量放出热量 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 1、 12 ,TT12、 22 11 11 QTA QQT 12 12 QQ TT 11 321241122134 ,V VT TV VT TV VV V 122112 ln()AQQRV VTT 11 321241122134 ,V VT TV VT TV VV V 1121 lnQRTV V 2234 lnQRTVV 说明说明 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 2 逆向卡诺循环（卡诺制冷机）的制冷系数逆向卡诺循环（卡诺制冷机）的制冷系数 2 Tw A 1 Q 2 Q 低

8、温热源低温热源 1 T 2 T 高温热源高温热源 21 2 21 22 TT T QQ Q A Q w 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 奥托四冲程热机四冲程图：奥托四冲程热机四冲程图：abcdea 1） 吸气吸气 a b等压等压 c2） 压缩压缩b绝热绝热 3） 等容燃烧等容燃烧 等容等容 dc 爆炸爆炸 绝热绝热 ed 作功作功 5） 排气排气 babe等容等容等压等压 V V V P b d e 0 c a 定义压缩比：定义压缩比： 0 V r V 4） 爆炸作功爆炸作功 3 Otto cycle 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律 例例: 奥托循环由两条绝热线和两条等奥托循环由两条绝热线和两条等容容线构成，求效线构成，求效 率。率。 P V a b c d V1V2 Q2 Q1 计算计算Q1 同理同理 2 1 11 da cb TTQ QTT bcmV TTCQ ,1 admV TTCQ ,2 10-3 10-3 循环过程循环过程 第10章 热力学定律