内可逆工质恒比热Meletis-Georgiou循环有限时间热力学建模与性能优化
工程热力学第二章lm

理想气体
O2, N2, Air, CO, H2
三原子分子(H2O, CO2)一般不能当作理想气体 特殊可以,如空调的湿空气,高温烟气的CO2
理想气体状态方程
Ideal-gas equation of state
宏观试验与微观分析均可导出理想气体状态方程
pv RT
克拉贝龙方程
四种形式的理想气体状态方程
i 1
n
mi m
R0 M
i
i 1
n
g i Ri
R
R0 M
R0
i 1
n
1
ri m i
i 1
n
ri Ri
分压力与比热容
分压力
pi g i
i
p gi
M M
i
p gi
Ri R
p
比热容
c
i 1 n
n
g ici
c
i 1
ri c i
Mc M
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
作业
思考题 2-5 习题 2-5,2-6,2-9,2-15,
简单可压缩系统的能量转换与传递
可逆过程的膨胀功
2
w
pdv
1
2
可逆过程的热量
如何求出 膨胀功 和热量?
q Tds
1
第二章 理想气体的性质
1000 5 ( 1) 1.013 10 1.0 28 pVM m 760 2.658kg RmT 8.3143 1000 293.15
热力学的奇迹热力学循环与热功

热力学的奇迹热力学循环与热功热力学的奇迹:热力学循环与热功热力学是研究热能转化与传递规律的学科,它是自然科学中重要的一支。
在人类的探索中,热力学起到了至关重要的作用,为我们揭示了许多关于能量转化的奥秘。
本文将介绍热力学循环和热功,展示热力学在工程和科学领域中的应用。
一、热力学循环热力学循环是一种能量转化的过程,其中热量从一个热源传递到工作介质,再由工作介质传递到冷源。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和黄金循环等。
1. 卡诺循环卡诺循环是一种理想化的热力学循环,它由四个步骤组成:等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
在卡诺循环中,工作介质通过与热源和冷源接触,实现了能量的转化。
卡诺循环被认为是最高效的热能转化过程,被广泛应用于发电厂和热工系统中。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种可逆热力学循环,也是一种外部燃烧机械热机。
在斯特林循环中,工作介质通过与热源和冷源进行热交换,实现能量的转化。
斯特林循环通常用于制冷和发电等领域,它具有高效率、低噪声和环保的特点。
3. 黄金循环黄金循环是一种改良的斯特林循环,它利用金属中的化学反应释放出的热量,实现能量的转化。
黄金循环被广泛应用于太空航天等高科技领域,具有高功率密度和长寿命的特点。
二、热功热功指的是通过热能转化而产生的功。
在热力学中,热功是指热量在热力学循环中被转化为机械功的过程。
热功可以表示为热力学循环所做的功,也可以表示为单位热量所做的功。
热功的计算通常使用热效率来衡量,即热功输出与输入热量之比。
热功的计算公式为:热功 = 输入热量 - 输出热量热功在实际工程和应用中具有重要意义。
在发电厂中,热力学循环通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽,再通过汽轮机实现能量转化,最终产生电能。
热功的提高可以提高发电效率,降低能源消耗。
此外,热功在制冷和空调系统中也起到至关重要的作用。
制冷系统通过吸收热量,使空气温度降低,从而实现制冷效果。
热功的提高可以提高制冷效率,减少能源消耗,保护环境。
第5章 有限时间热力学

中南大学能源科学与工程学院
中南大学能源科学与工程学院
结论: 1.若不增加不可逆传热温差所造成的损 失,降低 可提高制冷率 R Q 。 方法:增大蒸发器面积或传热系数以 提高 k 2 ,降低 等; 2. 在 及 R Q相同的条件下,为减少不 可逆损失应减小 ,在环境温度 TH 不变 的条件下,应提高冷源温度。
中南大学能源科学与工程学院
第二节 内可逆卡诺循环的效率
中南大学能源科学与工程学院
内可逆卡诺循环: 不考虑工质的粘性摩阻,工质在循环 过程内部是可逆的。然而,工质在吸热 过程和放热过程中与热源间存在温差。
中南大学能源科学与工程学院
图1 内可逆卡诺循环
中南大学能源科学与工程学院
工质在吸热和放热过程中的吸热量 Q1和放热量Q 2 分别 (1)
1
(18)
得到最佳x和y。
中南大学能源科学与工程Biblioteka 院中南大学能源科学与工程学院
例:50MW汽轮机发电机组,所配置锅炉HG220/100-1型锅炉。
TH 1356 .6K
PN 0.33
K1 5429 .4kW / K K 2 8516 .0kW / K
TL 278K
由牛顿法求的y=0.98,从而有:
中南大学能源科学与工程学院
二 蒸气压缩制冷循环工质与热源间的最 佳温差
研究对象:蒸气压缩式制冷机
T d e
T1
c
TH
TL
a 0
T2
b S
中南大学能源科学与工程学院
有限时间热力学的主要研究内容:
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 卡诺热机的最佳效率与功率间的关系; 卡诺热机的效率与最大功率间的关系; 循环工质与热源间的工作温度; 功率与效率的谱分析; 制冷循环的有限时间热力学分析; 动力循环的有限时间热力学分析; 斯特林机的有限时间热力学分析; 其他循环与过程的有限时间热力学分析。
0060 第2章 热力学第一定律 第2节 可逆过程 第3节 第一定律 第4节 等容过程与等压过程

2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 思考:两次等压压缩过程?
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程stry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 总结:
(1) 功与变化的途径有关。始终态相同,但 途径不同,所作的功也大不相同。 (2) 可逆膨胀,体系对环境作最大功; (3) 可逆压缩,环境对体系作最小功。
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.4 等容过程与等压过程的热量探讨 等压过程的热Qp
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 从准静态过程到可逆过程 体系经过某一过程从状态1变到状态2之后, 如果能通过原过程的反向变化,使体系和 环境都恢复到原来的状态而未留下任何痕 迹,则该过程称为热力学可逆过程。否则 为不可逆过程。 可逆过程中的每一步都接近于平衡态,可以 向相反的方向进行,从始态到终态,再从 终态回到始态,系统和环境都能恢复原状 。
2 热力学第一定律 2.4 等容过程与等压过程的热量探讨 等压过程的热Qp
2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官

大学物理课件卡诺循环福州大学李培官大学物理课件——卡诺循环1.引言卡诺循环是热力学领域中最基本的理想热机循环,由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出。
卡诺循环具有高效、简洁、普适的特点,被广泛应用于各种实际热机的设计与分析。
本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为蓝本,对卡诺循环进行详细阐述。
2.卡诺循环的基本原理卡诺循环包括四个基本过程:等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
在一个卡诺循环中,工作物质从高温热源吸收热量,在等温膨胀过程中做功,然后通过绝热膨胀过程降低温度,接着在等温压缩过程中向低温热源放热,通过绝热压缩过程回到初始状态。
3.卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率η表示为:η=1T2/T1其中,T1和T2分别为高温热源和低温热源的绝对温度。
根据卡诺定理,任何工作在相同高温热源和低温热源之间的热机,其热效率都不可能高于卡诺循环。
因此,卡诺循环的热效率为最大效率,也称为卡诺效率。
4.卡诺循环的实际应用虽然卡诺循环是一个理想化的热机循环,但在实际工程中,许多热机的设计与分析都借鉴了卡诺循环的原理。
例如,汽车发动机、蒸汽轮机、制冷空调等设备的工作原理都与卡诺循环有着密切的关系。
通过优化热机的工作过程,使其接近卡诺循环,可以提高热机的效率,降低能源消耗。
5.结论卡诺循环作为热力学领域的基础理论,对于理解和分析实际热机的工作原理具有重要意义。
本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为参考,对卡诺循环进行了详细的阐述。
通过对卡诺循环的研究,可以为我国能源领域的科技创新和节能减排提供理论支持。
参考文献:[1]李培官.大学物理[M].福州:福州大学出版社,2010.[2]丰.热力学与统计物理[M].北京:科学出版社,2008.[3].能源与环保[M].上海:上海交通大学出版社,2015.需要重点关注的细节是卡诺循环的热效率。
卡诺循环的热效率是热力学领域中的一个重要概念,它为理解和分析实际热机的工作原理提供了理论依据。
可逆热力学循环的研究与性能分析

可逆热力学循环的研究与性能分析引言:热力学循环是能量转换的重要方式之一,而可逆热力学循环则被认为是能量转换效率最高的循环方式。
本文将探讨可逆热力学循环的研究和性能分析,以期进一步了解其在能源领域的应用前景。
一、可逆热力学循环的定义与原理可逆热力学循环是指在理论上可以完全逆转的热力学循环过程。
其基本原理是根据热力学第一定律和第二定律,通过合理的能量转换方式,使得系统在循环过程中不产生任何熵增。
这种循环过程所达到的效率称为可逆循环效率。
二、可逆热力学循环的类型与特点1. 卡诺循环:卡诺循环是最早被提出的可逆热力学循环模型,其特点是由两个等温过程和两个绝热过程构成。
卡诺循环的效率被称为卡诺效率,是所有可逆循环中效率最高的。
2. 斯特林循环:斯特林循环是一种由等温膨胀和等温压缩两个过程组成的可逆循环。
它的特点是工作流体在膨胀过程中与热源接触,而在压缩过程中与冷源接触,能量转换效率较高。
3. 布雷顿循环:布雷顿循环是蒸汽动力机的基本循环,由等压加热、等压膨胀、等温冷凝和等温压缩四个过程组成。
布雷顿循环在工业和交通领域得到广泛应用。
三、可逆热力学循环的性能分析1. 效率分析:可逆热力学循环的效率是衡量其能量转换效率的重要指标。
通过对循环过程中各个环节的能量损失进行分析,可以评估循环的性能,并提出改进措施。
2. 热力学分析:利用热力学原理对循环过程中的熵变、功和热量进行计算,可以得到循环的热力学性质,如热机效率、制冷系数等。
这些参数对于循环的设计和优化具有重要意义。
3. 实验验证:通过实验对可逆热力学循环进行验证,可以验证理论模型的准确性,并提供实际操作过程中的参考数据。
实验结果对于改进循环的效率和性能具有指导作用。
结论:可逆热力学循环是一种能量转换效率最高的循环方式,其研究和性能分析对于提高能源利用效率具有重要意义。
通过对不同类型的可逆循环进行研究和优化,可以实现能源的高效利用和环境的可持续发展。
因此,进一步深入研究可逆热力学循环的理论与实践,对于推动能源领域的创新与发展具有重要意义。
空调系统能效的有限时间热力学评价方法及算例

到[8]。
质量流量为 mref 的制冷剂逐时进入压缩机的状态 为 1,排出时为 2,由于压缩机压缩过程的不可逆性,产
生了过程的熵增和火用损失,其火用平衡方程为[9]:
窑×
窑× 窑×
e1+ w = e2 + icomp
(6)
压缩机逐时输入的火用量即有用功为:
窑×
窑× 窑× 窑× 窑×
ein,comp = w = mref × (h2 - h1)
(10)
图 1 空调系统工质的 T-S 图
1.1 冷凝器的火用分析
设总冷凝热为 Qcond,其逐时的冷凝量等于从 2 状 态到状态点 4 的焓降[5]。
Qcond=H 2-H 4
(1)
当室外环境温度变化时,冷凝温度随之变化。根
据 T-S 图,冷凝温度即 4 点的状态可以确定[6]。
窑× 窑× 窑×
Icond = mref ×icond
第 40 卷第 6 期 2021 年 6 月
文章编号:1003-0344(2021)6-057-4
建筑热能通风空调 Building Energy & Environment
Vol.40 No.6 Jun. 2021.57~59
空调系统能效的有限时间热力学评价方法及算例
陈飞虎 1、2 廖曙光 2 王程 2
(7)
不可逆压缩过程的熵增为:
窑× 窑× 窑×
sgen,12 = s2 - s1
(8)
则压缩机压缩过程的火用损失为:
窑×
窑× 窑× 窑× 窑×
Icomp = mref ×T 0× (s2 - s1)
(9)
理想可逆压缩时,压缩机耗功为:
窑× 窑× 窑× 窑×
CTHP循环系统有限时间热力学模型及分析

第36卷,总第210期2018年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.36,Sum.No.210Jul.2018,No.4 CTHP循环系统有限时间热力学模型及分析金 鑫1,谭羽非1,赵 麒2(1.哈尔滨工业大学建筑学院,黑龙江 哈尔滨 150090;2.长春工程学院能源动力工程学院,吉林 长春 130012)摘 要:为解决凝汽电厂热电联产改造过程中因需使用减温减压器降温减压而造成的高品位能量的浪费问题,本文以将凝汽电厂减温减压器中的高品位能量利用起来,从而回收电厂循环冷却水的余热的汽机热泵联合循环(CTHP)系统作为研究对象,基于有限时间热力学的方法,以系统获得最佳供热能力为目标,以最小总热导率为约束条件,通过建立CTHP循环系统有限时间热力学模型,计算分析了CTHP循环系统热力学参数的变化规律,以及最佳供热率的相关影响因素。
结果表明,汽机低温侧蒸汽出口温度及性能参数a2、a3是对系统无量纲供热率最低的影响因素,该结论为CTHP循环系统设计及实际运行时的性能优化提供理论依据。
关键词:CTHP循环系统;有限时间热力学模型;最佳供热能力;优化;计算与分析中图分类号:TK112 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)04-0296-04 Finite Time Thermodynamic Model and Analysis of CTHP Cycle SystemJIN Xin1,TAN Yu-fei1,ZHAO Qi2(1.The School of Architecture,Harbin Institute of Technology,Harbin150090,China;2.The School of Energy and Power,Changchun Institute of Technology,Changchun130012,China)Abstract:The temperature and pressure combined reducer is used to reduce the temperature and pressure in the retrofit cogeneration of condensing power plant,which is a waste of the high grade energy.To solve this problem,the high grade energy in the temperature and pressure combined reducer should be used step by step and the waste heat of the circulating cooling water in the power plant should be recovered. This paper focuses on related factors of optimum heating rate of CTHP cycle system by establishing CTHP finite time thermodynamic model and limiting thermal conductivity.The result shows that the steam outlet temperature and performance parameters a2and a3at the low temperature side of the steam turbine have the most important impact on the dimensionless heating rate of the system,which is a guidance of the practical application and improvement of system performance.Key words:CTHP cycle system;finite time thermodynamic model;optimum heating capacity;optimiza⁃tion;calculation and analysis收稿日期 2018-01-20 修订稿日期 2018-02-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(51578177);省自然科学基金资助项目(E2016029)作者简介:金鑫(1994~),女,硕士研究生,研究方向为供热节能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
自有 限时 问热力 学 。 用 于 实 际热 机 的性 能 分 析和优 化 以来 , 得 了一 系列成 果 。近年 来 , 取 对
性 ;ai Shn等 和 A.aki 1 rh 等 分 别 在 不 计 任 何 S
损失 的前 提 下 研 究 了 D a、 l r 环 的功 率 密 u lMie 循 l
传 热模 型时 Dee 循 环 的性 能 。 i l s 转 子发 动 机 虽 然 不 如 往 复 式 内燃 机 使 用 广
析 了传 热损失 对循 环功 及其 相应 的最 优压 缩 比 的 影 响 ; l k和 Wu5研究 了 内可逆 Ot 环功 率 Ba n t o循
和平均 有效 压 力 优化 的问 题 ; 林 根等 导 出 轮 转子 MG发 动 机 的简 图 ¨ 如 图 1所
示 。它包括 圆 盘状 的定 子 外 壳 和 内部 转 动 的 转
体积 、 质量减 小 , 程 8— 过 9为定容 放 热 , 程9—1 过
为定压 放热 。
子 。转 子转动 时 , 动 机 内腔 形 成进 气 室 V 压 发 缩 室 V 膨胀室 V 、 排气 室 V 等 气室 , 这些气 室 由转子外 表面 、 子 内表面 、 定 可径 向移 动 的隔板 和
在传热 损失 时 Ot 6、 i e 循 环 的功率 效率 特 t j De l o s
收 稿 日期 :0 0—1 21 2—2 5
基金 项 目 : 国家 自然 科 学基 金 (0 0 0 3 ; 育 部 新 世 纪优 秀 人才 支 持 计 划 项 目 ( C T一0 19 5 9 ) 教 N E 4—10 ) 全 国 优 秀 博 士 学 位 论 文 作 者 专 项 06 ; 资 金 资 助 项 目( 0 16 20 3 )
Fi ie Ti e The m o na i o ei g a d Optm ia i n o do e e sbl nt - m r dy m c M d ln n i z to fEn r v r i e M ee i- o g o ce wih Co sa tS cfc H e to o k ng Fl d lts Ge r i u Cy l t n t n pe i a fW r i ui i
( 当 : 时 ) 压缩 室容 积从 V = + + , c △ 被压 缩到 = = 。 图 2和 3给 出 了 M G循 环 T—s图 和 P— 图 。其 中 , 程 1—2和 3— 过 4为 绝 热 压 缩 , 程 过
2—3 为膨 胀室 内一部分 气体 ( ) △ 和燃烧 室 ( 。 ) 内的气体 与压缩 室 内气体混 合 , 过程 4— 5为定 容 燃烧, 过程 5—6和 7—8为绝 热 膨 胀 , 程 6— 过 7 为 膨胀室 内气 体被 分 离 , 体 的压 力 、 度 不 变 , 气 温
排气 再 循 环 ( G 过 程 , 采 用 压 燃 方 式 。 E R) 可 G og u e ri o 在不计 任何 损失 的情 况下 对 M G循 环进 行 了经典 热 力 学分 析 。本 文 将 在 文 献 [ 5 1]
的基础 上 , 建立 考虑传 热损失 的 内可逆循环 模 型 , 并 对循环 性能进 行分 析和优化 。
P
子外壳上 另嵌 有 一 个 气 室 , 为 燃 烧 室 V 称
一
隔
板 1 2对称 分 布在 燃 烧 室两 边 , 、 在任 意 时刻 只有 个进入 发动 机并 与转 子 接触 , 一个 呈 抬 起状 另
图 3 MG循 环模 型 P — V图 5 ]
态 。进入 发动机 的隔板 将原 图 1 a中左侧 V 分 隔 成压 缩 室 V 和膨胀 室 V 两 部 分 。隔 板 3将 右 侧V 分成进气 室 V 排气 室 V X 部分 , 们分 E两 它 别通过 进 、 气 口与大气相 连 。最 初 , 子封住 联 排 转 通发动 机 内腔 和燃烧 室 的通 道 ( otedn e P r laigt t oh
刘 畅, 陈林根 , 丰瑞 孙
( 军 工程 大 学 船 舶 与 动 力 学 院 , 汉 4 0 3 ) 海 武 3 0 3
摘 要 : 用有 限 时 间 热 力 学理 论 建 立 内可 逆 工 质 恒 比 热 Me t — er o ( 应 l i G og u MG) 环 模 型 , 出循 环 各 点 温 es i 循 导
cmb so hm e) 工 质 在 燃烧 室 经 历 定 容 燃 o ut nc a b r , i 烧 过程 ; 转子继 续转 动 , 工质 充人膨 胀室并 对转 子
析 了传 热损 失及 循 环 各 参 数 对循 环 性 能 与优 化 结 果 的 影 响 。所 得 结 果 对 实 际 MG发 动 机 的设 计 优 化 有 一 定
指导作 用。
关 键 词 : 限 时 间 热 力 学 ; l i G og u循 环 ; 能 分 析优 化 有 Me t— eri es o 性 中 图分 类 号 : K 2 T I 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :6 2— 5 9 2 1 )2一 l5— 6 17 5 4 (0 1O o 1 0
b e esa ls e a d he n l t a fr u a o p ro ma e a a tr i cudng a h ont e e aur , wo k en tb ih d n t a a yi l om le f e r nc p r mee s n l i e c p i tmp r t es c f r o t ta d efce c r e i e y usn he fnt i h r d n upu n f in y a e d rv d b i g t ie tme t e mo y ami h oy. Th ro ma c ft e M G y l s i i cte r e pef r n e o h c c e i a a y e n ptmie n l z d a d o i z d.The rl t n b t e r u p n f ce y i b an d by d tie me c le a eai ewe n wo k o t uta d ef inc so t ie eal d nu r a x mpls o i i e.
作 者 简 介 : 畅 ( 9 7一) 男 , 士 研究 生 , 刘 18 , 硕 主要 从 事 能 源 利 用 与 能 量 转 换 理 论及 装 置 的研 究 。
¥I 圜 I 1
第 2期
内可 逆 工 质 恒 比 热 Me t— er o 环 有 限 时 间 热力 学建 模 与 性 能 优 化 l iG og u循 es i
L U a g , C I Ch n HEN i ge L n— n,SUN n r i Fe g—u
( l g f a a Arh e t r n o r a a U i ri f n i e ig W u a 3 0 3 C i ) Col e o v l c i cue a d P we ,N v l n e s y o gn r , e N t v t E e n h n4 0 3 , hn a Ab t a t A n oees l Me t . e ri M sr c : ne d rvri e l i G og u( G)ccem d l i o s n s e ich a o okn ud h s b es o y l o e w t c nt t p c e t f rigf i a h a i f w l
c mp e s n r t . h n e v r r t a d v r e p n i n ai . T e f c s f te h a rn fr l s a d d sg o s i ai c a g o e a i n o e— x a so r t r 0 o o o h ef t e o h e t ta s o s n e in e
泛 , 随着 内燃 机 技 术 的发 展 , 的 发 明不 断 产 但 新
生 ¨ j 卜 。其 中 , lt 和 G ogo 出 了一种新 Me i es eri u提 的转子 发动 机概念 并取 得 专利 。 , 发动 机 采用 。 该 辐 向对 称 的转 子结 构 使 运 行 更加 平 稳 ; 同时 引入
Tkn e w r up tad efiny a ojci s e e fot a rsl r o tn d b pii n h a i t ok o t n fc c s b t e ,asr so pi l eut ae b ie y ot z g t gh u ie e v i m s a m i e
度、 循环 功、 效率等性能参数表达式 , 并对 MG循环性能进行 分析和优 化。应 用数值 计算 方法 , 到循环功 与 得
效 率 特 性 关 系 ; 别 以循 环 功和 效 率 为 目标 , 压 缩 比、 分 对 转换 比 、 膨 胀 比进 行 优 化 并 得 到 一 系列优 化 结 果 ; 过 分
第4 0卷 第 2期 21 0 1年 6月