热学教学大纲5-4-第五章之四.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章热力学第一定律,第五章之四,直线过程中的吸放热转变点和升降温转变点,*任意过程中的吸放热转变点和升降温转变点,地球表面上干洁大气的典型数据,*行星表面上大气的典型数据,(当,g,=9.806 65 m,s,-2,p,=101 325 Pa,T,=288.150 K =15.000,C,时),分子摩尔质量,=28.964410,-3,kgmol,-1,气体,质量,密度,=,p/,(,RT,),=,1.2250 kgm,-3,绝热指数,=,c,p,/c,v,=1.400,声音传播速度,c,=(,RT/,),1,/,2,=340.29 ms,-1,*行星大气粒子的逃逸*金斯逃逸的条件 *大气逃逸临界高度*逃逸锥 *逃逸速度 *逃逸时间,行星大气的逃逸,粒子从行星大气中逃逸的条件,一、粒子在大气逃逸临界高度以上的大气外层里,二、粒子位于逃逸锥内向外运动,三、粒子速度达到该处的逃逸速度,金斯定则,如果行星表面的逃逸速度,v,逃逸,高于行星大气中给定粒子的方均根速率,v,方均根,的 5 倍，即,v,逃逸,5,v,方均根,，,金斯定则的表述形式金斯定则的物理解释金斯定则的适用范围金斯定则的现实意义,*外太阳系天体 *奥尔特云 *半人马族 *柯伊伯带 *太阳系外行星 *地外生命与文明,循环 热机的工作原理 正循环的效率 制冷机与热泵的工作原理 逆循环的制冷系数,奥托循环,*萨根特循环,狄塞尔循环,*勃莱顿循环,斯特林循环 埃里克森循环,*朗肯循环,回热式循环,热机与热泵的组合应用,*常见热机循环效率的比较 *变热源循环,计算任意循环的效率和制冷系数时，必需考虑有无回热。无论循环有无回热，计算效率和制冷系数的公式本身并无不同。,但是对于回热式循环，因为循环中系统在回热器里交换热量完全是在边界内进行的，经过一个循环后，回热器又回到原来状态，对外界没有影响。,所以，在回热器里交换的热量就不应再计入求效率和制冷系数的公式中的,Q,1,和,Q,2,.,由此可见，循环有无回热，所得结果会截然不同。,例如，回热式斯特林循环（或回热式埃里克森循环）由两个等温过程和两个等体过程（或等压过程）组成。,若循环是可逆的，当实现了理想回热时，系统在一个等体过程（或等压过程）中所放出的热量经过回热器又在另一个等体过程（或等压过程）中被吸收回来。,这时，理想的回热器起了在边界内储能器的作用，一个循环里系统在回热器内交换的热量互相抵消，系统在这两个等体过程（或等压过程）中与外界没有热交换，就象在绝热过程中一样。,于是，系统通过边界与外界交换热量就完全在可逆与等温的条件下进行，因此在计算效率和制冷系数时就不必考虑回热器里交换的热量。,实际上，这种实现了理想回热的可逆斯特林循环（或可逆埃里克森循环）已经成了二热源循环，其效率和制冷系数跟可逆卡诺循环完全相同。,对于由两个等温过程和两个等体过程（或等压过程）组成的可逆理论循环，如果没有指明已实现了理想回热，它就不是二热源循环。,这时，计算其效率和制冷系数就不能只算两个等温过程中的吸热和放热，所求得的效率会比相同条件下有理想回热的正循环的效率小，而求得的制冷系数会比相同条件下有理想回热的逆循环的制冷系数大。,因此，对于这样由两个等温过程和两个等体过程（或等压过程）组成的可逆理论循环，就不能统统按已实现了理想回热的二热源循环处理。,显然，可以实现回热的循环很多，并不限于上述这两种循环。由此可见，对于循环是否为回热式，是否已实现了理想回热，都应该明确加以区分。,即使一个循环具有利用回热器的可能性，也并不意味着它必定是回热式循环，更不可断言它已实现了理想回热。,通常对于一个理论循环，除非明确指出了此循环是回热式循环（或指明了该循环中利用了回热），否则仍宜按无回热的循环处理。,实现了理想回热的可逆斯特林循环（或可逆埃里克森循环）的制冷系数与可逆卡诺逆循环的制冷系数完全相同，因此其制冷系数必然特别小。,它一定比在,p,-,V,图中具有同样循环曲线但却没有实现理想回热的可逆斯特林循环（或可逆埃里克森循环）的制冷系数小。,看来好像实现了回热以后制冷效果反而变差了。其实，不能仅从制冷系数的大小来衡量制冷设备的优劣。,例如，电冰箱的制冷系数主要决定其在给定制冷量下的耗电量，冷冻室所能维持的最低温度则决定其冷冻级别（即星级），而与制冷量相关的冷冻室容积和总容积，往往也是选择冰箱时要考虑的重要因素。,实现回热时虽然制冷系数有可能会变小，但由于循环中被冷却对象的平均温度降低，更容易达到制冷的目的。,对于电冰箱，这就意味着，虽然它的耗电量也许会增加，但是它的星级却有可能提高。,其实，当一台制冷机实现了回热以后，它在,p,-,V,图中的循环曲线就要改变，有无回热就成了两个不同的循环。,实际上，实现了回热以后有时甚至还可能提高整个循环的制冷系数。,当然，并非任何循环中在某一过程所吸热量与在另一过程所放热量的代数和为零时，就可用回热器使之完全在边界内进行。,如果要实现回热，就得利用热传导，因而必需满足热力学第二定律的克劳修斯表述。,例如，对由两个等温过程和两个等体过程（或等压过程）组成的可逆理论循环，因为这两个等体过程（或等压过程）中存在着一一对应的吸热与放热代数和为零的、相同的温度间隔，因此才有可能实现理想回热。,可见，并非任何循环都能实现回热。在计算循环的效率和制冷系数时，对于循环有无回热，是否已实现了理想回热，都宜明确加以区分。,第五章小结,