冰箱的循环剖析.ppt

6-6 循循环过程程 卡卡诺循循环 历史上，史上，热力学理力学理论最初是在研究最初是在研究热机工作机工作过程程的基的基础上上发展起来的。展起来的。热机机发展展简介介 1698年年萨维利和利和1705年年纽可可门先后先后发明了明了蒸汽机，当蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低，蒸汽机的效率极低，1765年瓦特年瓦特进行了重大改行了重大改进，大大提高了效率。人大大提高了效率。人们一直在一直在为提高提高热机的效率而努力，从理机的效率而努力，从理论上研究上研究热机效率机效率问题，一方面，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推指明了提高效率的方向，另一方面也推动了了热学理学理论的的发展展。各种各种热机的效率机的效率液体燃料火箭液体燃料火箭柴油机柴油机汽油机汽油机蒸汽机蒸汽机1.工作物工作物质（工（工质）：）：热机中被利用来吸收机中被利用来吸收热量量并并对外做功的物外做功的物质.2.冰箱循冰箱循环示意示意图3.若循若循环的每一的每一阶段都是准静段都是准静态过程，程，则此循此循环可可用用P-V图上的一条上的一条闭合曲合曲线表示。箭表示。箭头表示表示过程程进行的方向。工行的方向。工质在整个循在整个循环过程中程中对外作的外作的净功等功等于曲于曲线所包所包围的面的面积。在在热机中被用来吸收机中被用来吸收热量并量并对外作功的物外作功的物质叫叫工工质。工。工质往往往往经历着循着循环过程，即程，即经历一系一系列列变化又回到初始状化又回到初始状态。沿沿顺时针方向方向进行的循行的循环称称为正循正循环或或热循循环。沿反沿反时针方向方向进行的循行的循环称称为逆循逆循环或制冷循或制冷循环。4.正循正循环的特征：的特征：一定一定质量的工量的工质在一次循在一次循环过程中要从高温程中要从高温热源吸源吸热Q1，对外作外作净功功|W|，又向低温，又向低温热源放源放出出热量量Q2。而工。而工质回到初回到初态，内能不，内能不变。如。如热电厂中水的循厂中水的循环过程（示意如程（示意如图）。）。Q1、Q2、|W|均表示数均表示数值大小。大小。工工质经一循一循环|W|=Q1-Q2T1 Q1T2 Q2泵|W|气缸PVabcd5.系系统经过一系列一系列变化状化状态过程后，又回到原来的程后，又回到原来的状状态的的过程叫程叫热力学循力学循环过程程.特征特征一一 循循环过程程热力学第一定律力学第一定律净功功AB总放放热（取取绝对值）总吸吸热6.二二 热机效率和致冷机的致冷系数机效率和致冷机的致冷系数热机机高温高温热源源低温低温热源源热机（机（正正循循环）AB热机效率机效率7.致冷致冷机机高温高温热源源低温低温热源源致冷机（致冷机（逆逆循循环）AB致冷机致冷系数致冷机致冷系数8.例例 1 1 mol 氦气氦气经过如如图所示的循所示的循环过程，其程，其中中 ,求求12、23、34、41各各过程中气体吸收的程中气体吸收的热量和量和热机的效率机的效率.解解 由理想气体物由理想气体物态方程得方程得14239.142310.三三 卡卡诺循循环 1824 年法国的年青工程年法国的年青工程师卡卡诺提出一个工提出一个工作在作在两两热源之源之间的的理想理想循循环卡卡诺循循环.给出了出了热机效率的理机效率的理论极限极限值;他他还提出了著名的卡提出了著名的卡诺定理定理.卡卡诺循循环是是理想气体理想气体为工工质由两个准静由两个准静态等温等温过程和两个准静程和两个准静态绝热过程程组成成.WABCD低温低温热源源高温高温热源源卡卡诺热机机11.理想气体卡理想气体卡诺循循环热机效率的机效率的计算算WABCD A B 等温膨等温膨胀 B C 绝热膨膨胀 C D 等温等温压缩 D A 绝热压缩卡卡诺循循环A B 等温膨等温膨胀吸吸热12.WABCDC D 等温等温压缩放放热 D A 绝热过程程B C 绝热过程程 13.WABCD 卡卡诺热机效率机效率 卡卡诺热机效率与工作机效率与工作物物质无关，只与两个无关，只与两个热源源的温度有关，两的温度有关，两热源的温源的温差越大，差越大，则卡卡诺循循环的效的效率越高率越高.14.在一次循在一次循环中，气体中，气体对外作外作净功功为|W|=Q1-Q2 （参参见能流能流图）T1T2Q1Q2W 可以可以证明在同明在同样两个温度两个温度T1和和T2之之间工作的各种工作的各种工工质的卡的卡诺循循环的效率都由上式的效率都由上式给定，而且是定，而且是实际热机可能效率的最大机可能效率的最大值。当用当用热力学温力学温标T1、T2表表示两个示两个热源的温度源的温度时，卡，卡诺循循环的效率的表示仍的效率的表示仍为上式。上式。15.卡卡诺致冷机（卡致冷机（卡诺逆循逆循环）WABCD高温高温热源源低温低温热源源卡卡诺致冷机致冷机卡卡诺致冷机致冷机致冷致冷系数系数16.逆向循逆向循环反映了制冷机反映了制冷机的工作原理，其能流的工作原理，其能流图如右如右图所示。所示。T1T2Q1Q2W工工质把从低温把从低温热源吸收的源吸收的热量和外界量和外界对它所作的功它所作的功以以热量的形式量的形式传给高温高温热源，其源，其结果可使低温果可使低温热源源的温度更低，达到制冷的目的。吸的温度更低，达到制冷的目的。吸热越多，外界作越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数功越少，表明制冷机效能越好。用制冷系数e表示表示之。之。17.介介绍：保保护臭氧臭氧层保保护地球表面地球表面免受某些具有破坏性的紫外免受某些具有破坏性的紫外线臭氧臭氧层：位于地面上空位于地面上空20-50km20-50km的同温的同温层中中作用：作用：辐射，控制地球气温（散射，控制地球气温（散热片）片）引起公害引起公害氟里昂氟里昂对臭氧臭氧层的破坏的破坏循循环反反应,游离氧原子游离氧原子18.后后 果：果：紫外紫外线辐射增射增强晒斑，雪盲，晒斑，雪盲，视力力损害，皮肤癌，白内障害，皮肤癌，白内障.植物生植物生长率下降，海洋生物减少率下降，海洋生物减少 温室效温室效应 气候异常，气候异常，农业、畜牧、畜牧业受受损，国土干燥化，国土干燥化北极冰帽熔化，海平面上升，大北极冰帽熔化，海平面上升，大陆被淹被淹.1987.9 蒙特利蒙特利尔1990.6 伦敦敦会会议决定决定2000年停止生年停止生产和消和消费氟里昂，氟里昂，发展中国家延展中国家延长10年。年。19.解决途径解决途径寻找找纯工工质替代物（无替代物（无Cl)Cl)磁致冷磁致冷半半导体致冷体致冷注意：注意：避免使用避免使用发达国家提供的达国家提供的过时、有害、有害环境的境的技技术来来实现发展。展。警惕以警惕以“援助、投援助、投资之名，行之名，行污染染转移之移之实”谨防防“输出自然出自然资源，留下源，留下环境破坏。境破坏。”20.图中两卡中两卡诺循循环 吗？讨 论21.例例2 一台一台电冰箱放在室温冰箱放在室温为 的房的房间里里，冰，冰箱箱储藏柜中的温度藏柜中的温度维持在持在 .现每天有每天有 的的热量自房量自房间传入冰箱内入冰箱内,若要若要维持冰箱内温度不持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功外界每天需作多少功,其功率其功率为多少多少?设在在 至至 之之间运运转的致冷机的致冷机(冰箱冰箱)的致冷系数的致冷系数,是卡是卡诺致冷机致冷机致冷系数的致冷系数的 55%.解解由致冷机致冷系数由致冷机致冷系数 得得房房间传入冰箱的入冰箱的热量量 热平衡平衡时22.房房间传入冰箱的入冰箱的热量量 热平衡平衡时保持冰箱在保持冰箱在 至至 之之间运运转,每天需作功每天需作功 功率功率23.5/27/202424.