循环过程 卡诺循环

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5.3循环过程 卡诺循环

5.3循环过程 卡诺循环
5-3 循环过程及其在工程中的应用
循环过程应用非常常见,如 汽车发动机、蒸汽机等,还有冰 箱、空调等,它们分别以不同的 方式利用了不同种类的循环过程, 最终具有了各自不同的功能。
那么,这些机器和设备是怎 样利用循环过程来达到各自的目 的?对于它们什么是最关键的指 标?工程师设计高性能的机器和 设备以及提高其性能的依据是什 么呢?
E BC m' CV (TC TB ) M
Tc 300K
B
0 .5
5
V (m )
3
5 1 8.31 (300 1300) 20775 J 2
WBC P (VC VB )
P
A
m R (TC TB ) M
1 8.31 (300 1300)
高温热源T1
Q1
热机
Q2
W
热机效率
W Q1
低温热源T2
W Q1 Q2 ,
Q1 Q2 Q2 1 1 Q1 Q1
热机 :持续地将热量转变为功的机器 .
工作物质(工质):热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质 .
三、致冷机
致冷机的工作物 质作逆循环。通过外 界对系统作功将系统 由低温源吸收的热量 传递到高温源,从而 使低温源温度降低。
P
A
等温线 TA 1300K
29085 J
C
o
放热 CA为等容升压过程
WCA 0 QCA ECA
Tc 300K
B
0 .5
5
V ( m3 )
m' CV (TA TC ) M
5 QCA ECA 1 8.31 (1300 300) 2 吸热 20775 J

7.5循环过程 卡诺循环

7.5循环过程 卡诺循环

有摩擦存在的卡诺循环叫作不可逆卡诺循 环,相应的热机叫不可逆卡诺热机,它的效 率低于可逆卡诺热机的效率。关于这一点的 详细分析,见下一节的内容。 卡诺循环为提高热机效率指明了方向。通 过提高高温热源或降低低温热源的温度都可 以提高热机的效率,实际应用中总是采取前 者,这是因为热机大多是以外界环境作为低 温热源的,而要想降低整个外界环境的温度 是得不偿失的!
Q2 Q2 A Q1 Q2
3. 能流图 制冷循环也可使用能流图表示。
高温热源
A
工质
Q1 A Q2
Q2
低温热源
4. 热泵 制冷机也可以用来达到升温的目的。例如 我们家中的空调器。夏季,将室内作为低温 热源使用,可以达到致冷的效果;冬季,将 室内作为高温热源使用,又可以达到供热的 效果。以此原理设计的制冷机叫热泵。
T1V1
1
T2V4
1
V2 V3 V1 V4
Q2 T2 1 1 Q1 T1
要特别注意,在上述卡诺循环中,我们没 有考虑循环过程中存在摩擦的情况。无摩擦 准静态卡诺循环又被称作可逆卡诺循环,相 应的热机叫可逆卡诺热机。
可逆卡诺循环的效率只由两个单一热源的 温度决定,与工质无关。
V1 V4 V2 V3
c V
O
2. 可逆卡诺循环的效率
V2 Q1 RT1 ln V1
V3 Q2 RT2 ln V4
T2 ln( V3 / V4 ) Q2 1 1 Q1 T1 ln( V2 / V1 )
对 b → c 、d → a 两过程使用绝热过程方 程,则有:
T1V2 1 T2V3 1
A Q2 1 Q1 Q1
3. 能流图 经常使用能流图来直观反映热机工作时的 能量转换关系。

§19.3 循环过程 卡诺循环

§19.3 循环过程  卡诺循环

注意:
A净 1 Q2
Q吸
Q1
w Q2 A
对一切循环适用
1 T2
T1 w T2
T1 T2
只对卡诺循环适用
说明:


1
T2 T1
(1)完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源
(2)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1
(4)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。V2 V1M源自RT2lnV3 V4
M
RT1ln
V2 V1
T1 T2 T1
1 T2 T1
1 T2
T1
仅由T1 ,T2决定
T1 T2 0 1
提高 途径,升高T1, 降低T2
2) 逆循环致冷系数
pp
等温过程:
2 1
Q1
A1
M
RT1ln
V2 V1
43
Q2
M
RT2ln
V3 V4
o
绝热过程:
(5)提高热机效率的途径 T1 或 T2 (提高 e :T1 ,T2 )
练习1. 一卡诺机进行如图两个循环, 下列表述正确的是:
(1) 1 2 A1 A2
(2) 1 2 A1 A2
c
(3) 1 2 A1 A2
c
(4) 1 2 A1 A2
答案:(4)正确
练习2 将一台家用电冰箱视为理想卡诺致冷机,放在
T1 T2
T2 V
32 1 4
T1V2r1 T2V3r1 T1V1r1 T2V4r1
V2 V3 V1 V4
w Q2 Q2
M
RT2
ln
V3 V4

循环过程卡诺循环

循环过程卡诺循环
循环过程 卡诺循环
热机发展简介
1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ,当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进 行了重大改进 ,大大提高了效率 . 人们一直在 为提高热机的效率而努力, 从理论上研究热机
效率问题, 一方面指明了提高效率的方向, 另
一方面也推动了热学理论的发展 .
各种热机的效率
Q2 T2 V o
Q2
低温热源 T 2
卡诺致冷机致冷系数
e Q2 T2 Q1Q2 T1T2
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ?
p
W1 W2
T1
W1
T2
W2
o
V
1 2
p
T1
o
T3 W1
W1W2
W2
T2
V
1 2
Q 2 3 C p ,m (T 3 T 2 ) 2 C p ,m T 1
Q 3 4 C V ,m ( T 4 T 3 ) 2 C V ,m T 1
P
p2
2
Q12
p1
1
o V1
Q 23 3 Q 34
4
Q 41
V4 V
Q12CV,mT1 Q232Cp,mT1
Q342CV,m T1
Q 4 1 C p ,m (T 1 T 4 ) C p ,m T 1
o VA
VB V
热机(正循环)W0
高温热源
Q1
热机
W
Q2
低温热源
热机效率 WQ 1Q21Q2
Q 1 Q 1
Q 1
热机 :持续地将热量转变为功的机器 .
工作物质(工质):热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质 .
pA

卡诺循环的四个过程公式

卡诺循环的四个过程公式

卡诺循环的四个过程公式卡诺循环是热力学中一个重要的循环过程,用来描述热机的理想工作原理。

它由四个过程组成,分别是绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩和等温压缩。

下面将详细介绍卡诺循环的四个过程和相应的公式。

1. 绝热膨胀(ADIABATIC EXPANSION)绝热膨胀过程是指在不与外界交换热量的情况下,系统从高温状况下膨胀至低温状态。

这一过程中系统不进行热传导和热交换,只进行功的转换。

根据理想气体状态方程PV^γ = 常数(γ为比热容比),绝热过程的理想气体功公式为:W_ad = (P_1V_1 - P_2V_2)/(γ - 1)其中, W_ad 表示绝热过程所做的功, P_1 和 V_1 表示初始状态下的压力和体积,P_2 和 V_2 表示终态下的压力和体积。

2. 等温膨胀(ISOCHORIC EXPANSION)等温膨胀过程是指在恒温条件下,系统从高温状态膨胀至低温状态。

这一过程中系统与外界交换热量,但不进行功的转换。

根据理想气体状态方程 PV = nRT,等温过程中热量 Q 的转移公式为:Q = nRΔTln(V_2/V_1)其中, Q 表示等温过程中的热量转移量, n 表示气体的摩尔数, R 表示理想气体常数,ΔT 表示温度差, V_1 和 V_2 表示初始状态下的体积和终态下的体积。

3. 绝热压缩(ADIABATIC COMPRESSION)绝热压缩过程是指在不与外界交换热量的情况下,系统从低温状态进行压缩至高温状态。

与绝热膨胀相似,绝热压缩过程中也不进行热传导和热交换,只进行功的转换。

绝热过程的理想气体功公式与绝热膨胀过程相同。

W_ad = (P_2V_2 - P_1V_1)/(γ - 1)其中, W_ad 表示绝热过程所做的功, P_1 和 V_1 表示初始状态下的压力和体积,P_2 和 V_2 表示终态下的压力和体积。

4. 等温压缩(ISOCHORIC COMPRESSION)等温压缩过程是指在恒温条件下,系统从低温状态压缩至高温状态。

循环过程和卡诺循环

循环过程和卡诺循环

Q吸正循环
Q放
W
V
T1 T2
二、热机、热机效率
1.什么是热机 把热能转换为机械能的装 置称为热机,如蒸汽机、内燃 机等。
A Qab
T1
D
o
W
B C
V
Qcd T2
2.工作示意图 高温热源T1 工作物质从高温热源吸取热 量,内能增加,通过对外作功使 Q吸 内能减小,再通过向低温热源放 热,系统内能进一步减小而回到 热机 W 原来的状态。 Q放 3.热机效率 在热机工作的一个循环过程 低温热源T2 中,吸收的热量转化为机械功的 百分比称为该热机的效率。 W 功和热的量值一般均指绝对值。 由能量守恒 W Q吸 |Q放 |, Q

CV (T4 T1 )

12为绝热压缩过程
V T C
T1 V1 V2 1 T2 T4 V1 T3 V2
1
1
V T V T
34为绝热膨胀过程
1 1
1 2 1
1 1 2
V1 T3 V2 T4
例1
图中两卡诺循环
W1 W2
W1
W2
1 2 吗 ?
p
T3 W1
T1
p
T2
W1 W2
W2
T1
T2
o
1 2
V
o
1 2
2
V
等温线 绝热线
例2:两个循环过程,过程1 1—2 1 等温、2—3 绝热、3—4 等压、 P 4—1 绝热。过程2 1—2 等温、 2—3’ 等容、3’—4等压、4—1 绝 热。试比较哪个过程热机效率高。
V2 T1 V3 T2
D — A 绝热过程

大学物理7-5循环过程 卡诺循环

大学物理7-5循环过程   卡诺循环
愈低或T1愈高,卡诺循环的效率愈大。工程上 一般采取提高高温热源温度的方法。 c.卡诺循环的效率总是小于1的。
卡诺循环
卡诺循环: 只和两个恒温 热库交换热量,由两个等温过 程和两个绝热过程组成。
高温热库T1 Q1 A Q2
低温热库T2
卡诺循环
2.1 正向卡诺循环的效率推导
1-2 等温膨胀:
Q1
M M mol
高温热源
Q1 A
Q2
低温热源
卡诺循环
例题7-4 有一卡诺制冷机,从温度为-100C的冷藏室吸
取热量,而向温度为200C的物体放出热量。设该制冷
机所耗功率为15kW,问每分钟从冷藏室吸取热量为多
少? 解:T1=293K,T2=263K,则
T2 T1 T2
263 30
每分钟作功为 A=15 103 60J 9 105 J
所以每分钟作功从冷藏室中吸取的热量为
Q2 A
Q2=23603 9 105 J 7.89 106 J
此时,每分钟向温度为200C的物体放出的热量为
Q1 Q2 A 8.79 106 J
§7-5 循环过程 卡诺循环
1. 循环过程:
循环过程:系统经过一系列状态变化过程以后, 又回到原来状态的过程。
循环特征:系统经历一个循环之后,内能不改变。
热 机:通过工作物质连续不断地将热转化为功 的装置。
正 循 环:热机循环。利用工作物质连续不 (热机) 断地把热转换为功。
循环过程
循环效率
A Q1
RT1
ln
V2 V1
3-4 等温压缩:
p
p1
1 Q1
p2
2
A
pp34
4 3
Q2

循环过程 卡诺循环

循环过程  卡诺循环
卡诺循环:卡诺热机的工作循环。它是由两个 等温过程和两个绝热过程组成。
本节讨论以理想气体为工质的卡诺循环。
上页
下页
1.卡诺热机(正循环)的效率:
卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成。
ab:等温膨胀 p
过程,和高温热
P 1
源交换热量为
P 2
Qab
Wab
nRT1
lnV2 V1
P P4
3
(>0,吸热)
吸热 Q1
a 等温线 b
绝热线
d
C
V1 V4 V2
V3 V 放热 Q2
bc:绝热膨胀过程 Qbc Fra bibliotek0上页
下页
c→d,等温压缩过程,
工质和低温热源交换热量为
Qcd
Wcd
nRT2
lnV4 V3
da:绝热压缩过程,Qda 0
(<0,放热)
在一次循环中,工质从
T1
高温热源吸热:
Q1
Qab
nRT1
lnV2 V1
P1V2
)
5 2
P1V1
< 0,放热
上页
下页
整个循环过程中,吸热
Q1
Q12
Q23
3 2
P1V1
5P1V1
13 2
P1V1
放热 (绝对值)
Q2
Q34 Q41
3P1V1
5 2
P1V1
11 2
P1V1
循环效率
= 1 Q2 15.38%
Q1
上页
下页
P
例2. 1摩尔氦气经历图示循环过程, A
其中AB为等温过程。己知VA = 3升,
Q1
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吸 热
节流过程
放 热
高压液体
7
§3 循环过程 卡诺循环
循环过程
循环过程,简称循环. 重要特征:经历循环回到初始状态
系统内能不变. 热机(正循环), 致冷机(逆循环).
p
Q1 p
O Q2
VO
V
高温热源
高温热源
Q1 A
A
Q1
Q2
Q2
低温热源
低温热源
8
卡诺循环
PV图. p
卡诺正循环
p
abc d
绝热过程.吸热在cd过程,放热在eb过程. 49
等容过程(cd)吸热 M
Q1 CV (Td Tc )
汽缸开口放气(eb)放热
效率:
Q2
M
CV (Te
Tb )
1 Q2 1 Te Tb
Q1
Td Tc
再利用两个绝热过程的过程方程
pd Q1c
p0 a O V0
e Q2 b VV
de过程:TeV 1 TdV0 1 ; 二式双方相减后解出

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
例题2.内燃机的循环之一—奥托(N.A.Otto)循环,内燃 机利用气体或液体燃料直接在汽缸中燃烧,产生巨大
的压强而做功.奥托循环如图所示(abcdeba).试分析各
Q1
T1
ln
Vb Va
Vb 1T1 Vc 1T2
Va 1T1 Vd 1T2
比 Vb Vc Va Vd
的效率只与两热 源的温度有关
1 T2
T1
4
后面将证明在同样两个温度T1和T2之间工作 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。
逆向循环反映了制冷机的
工作原理,循环方向a d c b;其能流图如右图所示。
高温恒温热源 T1
热 机
Q1 A Q2
P
Pa
a
Q1
Pb
Pd
PC
b
A
T1
d
c T2
V a
V d
VQ2 b
VC
V
A Q1 Q2 Q2
低温恒温热源 T2 致冷系数:定义为 Q2 Q2
A Q1 Q2
5
Q2 Q2
A Q1 Q2
工质把从低温热源吸收的 热量和外界对它所作的功 以热量的形式传给高温热 源,其结果可使低温热源 的温度更低,达到制冷的 目的。吸热越多,外界作 功越少,表明制冷机效能
活 塞

奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

吸P d
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

排P d

装 置
a
在循环过程中,Q2代 表放出的热量.
p
bp pd
卡诺循环的效率: 1 T2 OC
T1
绝热线 a
Q1 等温线 b
d c
Q2 Va V V Vc V
db
卡诺循环的小结: (1)高温、低温两个热源; (2) 效率只决定于两个热源的温度; (3) 效率总是小于1的.
9
卡诺致冷机:循环方向ad c b a

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
Q1、Q2、|A|均表示数值大小。 工质经一循环
T1 Q1
|A|= Q1-Q2

实用上,用效率表示
热机的效能以 表示 A
Q1
T2 Q2
|A|
气 缸
2
3.2 理想气体的卡诺循环及效率
1824年卡诺(法国)提出了一个能体现热机循环基本特征的理
想循环卡诺循环。由4个准静态过程(两个等温、两个绝热)
组成。
da :绝热压缩,体积由Vd变到Va,吸热为零。
Vc Vd
3
在一次循环中,气体对 外作净功为
|A|= Q1-Q2 ( 参见能流图)
高温恒温热源 T1
热 机 Q2
Q1
A Q1 Q2
低温恒温热源 T2
热机效率为:
A Q1 Q2
1
Q2
1
T2
ln
VC Vd
Q1
Q1
由绝热方程
b c、d a
理想气体卡诺循环
§3 循环过程 卡诺循环
3.1 循环过程
历史上,热力学理论最初是在研究热机工作过程的基础
上发展起来的。在热机中被用来吸收热量并对外作功的
物质叫工质。工质往往经历着循环过程,即经历一系
列变化又回到初始状态。
若循环的每一阶段都是准静态过程, P
E 0
则此循环可用P-V图上的一条闭合曲
AQ
线表示。箭头表示过程进行的方向。
奥托循环

压P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

压P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

压P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

压P d

装 置

e
c
a
b
V0
VV
爆奥 托 循 环
点 火 装
炸P d

e
c
a
b
V0
VV
奥托循环
点作P dຫໍສະໝຸດ 火装 置功
e
c
a
b
V0
VV
奥托循环

作P d
V
工质在整个循环过程中对外作的净功
等于曲线所包围的面积。
沿顺时针方向进行的循环称为正循环或热循环。 沿反时针方向进行的循环称为逆循环或制冷循环。 1
正循环的特征:
一定质量的工质在一次循环过程中要从高温热
源吸热Q1,对外作净功|A|,又向低温热源放 出热量Q2。而工质回到初态,内能不变。如热 电厂中水的循环过程(示意如图)。
分过程的特征,并计算其效率.
pd
解:(1)ab—等压膨胀(吸入燃料) (2) bc—绝热压缩(升温)
Q1 c
(3) cd—爆炸(等体吸热);de — 做功(绝热)
p0 a
(4) eb—汽缸开口降压;ba—排气 O V0
e Q2 b VV
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