循环过程 卡诺循环

§4.5

循环过程卡诺循环abc，膨胀，对外做功

A1；cda，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。V0paV1V2cbdA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Q2Q1-

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

Q1V0paV1V2cbdAQ1Q2三、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Q1Q2A1A2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。Q1Q2W高温热库T1低温热库T2工质§4.5.2卡诺循环

(Carnotcycle)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12过程，等温膨胀，吸热23过程，绝热膨胀，温度下降,34过程，等温压缩，放热41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：Q2Q1T1T2

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T2AQ1工质高温热库T1Q2Q1T1T2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:ab2)等容吸热过程:bc对应于点火爆燃过程3)绝热膨胀过程:cd对应于气体膨胀对外作功过程4)等容放热过程:da○○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V2时点火，混合气体急速升温(等容升温)， 吸热Q1。cd段：混合气体绝热膨胀，推动活塞做功W1。da段：等容放热（实际上是将废气从气缸中排出去,把热量带走， 最后进入大气，下一循环吸入同样体积的冷空气）。状态

a:T1,V1

；b:T2,V2

；

c:T3,V2

；

d:T4,V1.解:b-c

，等容吸热

Q1=CV(T3-T2),d-a，等容放热

|Q2|=CV(T4-T1)

，效率

a–b，绝热过程（TV

-1=常量）定义压缩比r=V1/V2

，则可得：奥托循环的效率决定于压缩比r。

c–d，绝热过程,

由此两式可得:

例8b

:

狄赛尔循环（Dieselcycle）的效率四冲程柴油内燃机进行的循环过程叫狄赛尔循环。经过准静态循环过程：（未画吸气冲程）(1)由状态V1、TA绝热压缩到状态V2、TB，温度升高。(2)由状态V2、TB经等压吸热过程达到状态V3、TC，等压燃烧膨胀(3)由状态V3、TC绝热膨胀到状态V1、TD。(4)由状态V1、TD经等体放热过程达到状态V1、TA。解：对于等体和等压过程，有效率Q1=Cp,m(TC-TB),|Q2|=CV,m(TD-TA),

对于两绝热过程,有

定义压缩比r=V1/V2

，定压膨胀比ρ=V3/V2，最后得到

对于等压过程,有

于是：解：例9:如图所示循环过程，c→a是绝热过程，pa、Va、Vc

已知，比热容比为，求循环效率。a→b

等压过程b→c

等容过程VpVaVcpaabcO吸热放热一、逆卡诺循环14：绝热膨胀，温度下降；32：绝热压缩，温度上升；Q1Q2OVpT1T21234V1V4V2V3A工质Q2低温热库T2高温热库T1Q1二、能流图三、制冷系数§4.5.3制冷循环

43：等温膨胀，从低温热库吸热Q2；21：等温压缩，向高温热库放热Q1。四、冰箱(Refrigerator)工作原理工质：氨和氟里昂。Q2A冷库节流阀散热片冷凝器Q1压缩机蒸发器经节流阀小口后，降压降温，再进入蒸发器，从冷库中吸热。工质蒸发为蒸气，被吸入压气机中。

工质被压缩机压缩，温度升高，进入