第9章循环过程改..ppt

1 9-3 循环过程循环过程:循环过程在循环过程在p-V 图上图上 有什么特点？有什么特点？所以曲线所包围的面积等于净功的大小。所以曲线所包围的面积等于净功的大小。正循环系统吸热，对外做功正循环系统吸热，对外做功 -热机循环热机循环 逆逆循环（逆时针）外界做功循环（逆时针）外界做功 -致冷循环致冷循环 什么是热机？什么是热机？-系统系统(工质工质)吸热、吸热、对外做功的机器。（例：蒸汽机，内燃机等）对外做功的机器。（例：蒸汽机，内燃机等）1.正循环正循环 热机的效率热机的效率 9.3.1准静态的循环过程准静态的循环过程2 热机的循环过程热机的循环过程热机能量转换和传递的一般特征是：热机能量转换和传递的一般特征是：一定量的工质在一次循环过程中要一定量的工质在一次循环过程中要从高温热源吸热，对外做净功（指从高温热源吸热，对外做净功（指正功、负功的代数和），同时向低正功、负功的代数和），同时向低温热源放出热量温热源放出热量 系统在一正循环中系统在一正循环中,从高温热源吸热从高温热源吸热 向低向低温热源放热温热源放热对外做的净功为对外做的净功为 系统内能增量系统内能增量 热机的效率热机的效率 A高温热库高温热库Q2Q1低温热库低温热库工工质质31.式中的式中的A:循环循环2.过程中各吸、放热分过程系统做功的过程中各吸、放热分过程系统做功的代数和代数和；2.式中的式中的Q1:各个吸热分过程各个吸热分过程吸热的总和吸热的总和，与放，与放热分过程无关；热分过程无关；3.式中的式中的Q2:各个放热分过程各个放热分过程放热的绝对值的总和放热的绝对值的总和，与吸热分过程无关；与吸热分过程无关；说明：说明：泵泵气气缸缸T1 Q1T2 Q2A1锅炉（高温热库）锅炉（高温热库）冷凝器（低温热库）冷凝器（低温热库）A2 例例.火力发电厂火力发电厂目的目的代价代价取绝对值取绝对值4解：先画出对应的解：先画出对应的 p pV V 图图例例：1 1molmol单原子分子理想气体作如图单原子分子理想气体作如图循环，已知循环，已知V V2 2=2=2V V1 1,求：循环效率。求：循环效率。5 例题例题：某理想气体经历图示的循环过程，：某理想气体经历图示的循环过程，AB为等为等压过程，吸收热量压过程，吸收热量500J，BC为绝热过程，为绝热过程，CA为等为等温过程，且已知该循环效率温过程，且已知该循环效率20，求：，求：（1）CA过程气体所吸收的热量过程气体所吸收的热量Q2（2）ABC过程气体对外做功过程气体对外做功AVpOABC 解：(1)CA为等温放热过程 (2)A=100J 为净功6例：例：奥托机是德国物理学家奥托发明的一种热机，以奥托机是德国物理学家奥托发明的一种热机，以其原理制造的发动机现仍在使用。奥托机的循环曲线其原理制造的发动机现仍在使用。奥托机的循环曲线是由两条绝热线和两条等容线构成。是由两条绝热线和两条等容线构成。证明：热机效率为证明：热机效率为绝热线绝热线解：解：2-3为等容吸热过程为等容吸热过程4-1为等容放热过程为等容放热过程效率效率7a1-2为绝热压缩过程为绝热压缩过程3-4为绝热膨胀过程为绝热膨胀过程一般为一般为8，如采用双原，如采用双原子分子气体为工作物质，子分子气体为工作物质，在理想情况下，其热机在理想情况下，其热机效率为：效率为：称为压缩比称为压缩比8例：例：一热机以一热机以1mol双原子分子气体为工作物质，循双原子分子气体为工作物质，循环曲线如图所示，其中环曲线如图所示，其中AB为等温过程，为等温过程，TA=1300K，TC=300K。求求.各过程的内能增量、功、和热量；各过程的内能增量、功、和热量；.热机效率。热机效率。解：解：A-B为等温膨胀过程为等温膨胀过程吸热吸热B-C为等压压缩过程为等压压缩过程9放热放热或由热力学第一定律或由热力学第一定律C-A为等容升压过程为等容升压过程放热放热吸热吸热10.热机效率热机效率一个循环中的内能增量为：一个循环中的内能增量为：11 致冷系数致冷系数定义定义:2.2.逆循环逆循环 致冷系数致冷系数 将待冷却物体作为低温热源，反向进行循环，可实将待冷却物体作为低温热源，反向进行循环，可实现现致冷循环。致冷循环。外界对系统做功外界对系统做功 A（净功（净功0，这里已取，这里已取绝对值绝对值)；工质从低温热源工质从低温热源(即待冷却物体即待冷却物体)吸热吸热 Q2，向高温热源放热向高温热源放热Q1（Q1已取绝对值已取绝对值)。Q2追求的效果追求的效果A付出的付出的“成本成本”冰箱外冰箱外冷冻室冷冻室高温热库高温热库低温热库低温热库AQ1Q2工质工质致致冷冷系系数数：对对工工质质做做一一份份功功可可从低温热源提取多少份热量从低温热源提取多少份热量取绝对值取绝对值取绝对值取绝对值12 1.1.卡卡诺诺循循环环：工工质质只只和和两两个个恒恒温温热热库库交交换热量的准静态循环。换热量的准静态循环。按卡诺循环工作的热机按卡诺循环工作的热机卡诺热机卡诺热机 pVT1Q1等温膨胀等温膨胀1绝绝热热膨膨胀胀T2绝绝热热压压缩缩A243Q2等温压缩等温压缩工质工质A高温热库高温热库T1Q2Q1低温热库低温热库T213以理想气体工质为例，计算卡诺循环的效率以理想气体工质为例，计算卡诺循环的效率等温膨胀等温膨胀1 12 2等温压缩等温压缩3 34 4从从高温热库吸热高温热库吸热向低温热库放热绝对值向低温热库放热绝对值绝热膨胀绝热膨胀2 23 3绝热压缩绝热压缩4 41 1因此因此14实际最高效率：实际最高效率：例例.热电厂热电厂按卡诺循环计算：按卡诺循环计算：非卡诺循环、散热、摩擦等非卡诺循环、散热、摩擦等冷凝塔冷凝塔锅炉锅炉发电机发电机原因：原因：152.2.卡诺逆循环的致冷系数：卡诺逆循环的致冷系数：可见可见,低温热源的温度低温热源的温度T2 越低越低,则致冷系数则致冷系数 越小越小,致冷越困难。致冷越困难。一般致冷机的致冷系数约一般致冷机的致冷系数约:27.若若T1=293 K(室温室温),),273 223 100 5 1 13.6 3.2 0.52 0.0170.0034下面比较下面比较和和w的能流图的能流图取绝对值取绝对值取绝对值取绝对值161.热机循环热机循环目的：吸热对外做功目的：吸热对外做功1)pV 图图正正2)热流图热流图高温热源高温热源低温热源低温热源3)效率效率2.致冷循环致冷循环目的：通过外界做功目的：通过外界做功 从低从低温热源吸热温热源吸热1)pV 图图逆逆2)热流图热流图高温高温低温低温3)致冷系数致冷系数17例例:一卡诺机在温度为一卡诺机在温度为400K和和300K的两个热源之间运转，问的两个热源之间运转，问(1)如果在每一循环中，该机从高温热源得到如果在每一循环中，该机从高温热源得到6000J的热量，的热量，其对外作净功多少？其对外作净功多少？(2)如果该机反向运转，当作致冷机，从低温热源吸收如果该机反向运转，当作致冷机，从低温热源吸收6000J的热的热量，要向高温热源放热多少？量，要向高温热源放热多少？(3)如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与(1)相同的两条相同的两条绝热线之间，但每次循环净功比绝热线之间，但每次循环净功比(1)增加增加20，求此时高温热源的温，求此时高温热源的温度。度。18例题例题：有一暖气装置如下：用一热机带动一制冷机，制冷：有一暖气装置如下：用一热机带动一制冷机，制冷机从河水中吸热而供给暖气系统中的水，同时暖气中的水机从河水中吸热而供给暖气系统中的水，同时暖气中的水又作为热机的冷凝器。热机的高温热源温度是又作为热机的冷凝器。热机的高温热源温度是210，河，河水温度是水温度是15，暖气系统的水温是，暖气系统的水温是60。设热机和制冷机。设热机和制冷机分别以卡诺正循环和卡诺逆循环工作，暖气系统中的水得分别以卡诺正循环和卡诺逆循环工作，暖气系统中的水得到的热量是煤所发热量的几倍？到的热量是煤所发热量的几倍？热机效率：热机效率：热机做功：热机做功：热机向暖气系统的水放热：热机向暖气系统的水放热：解：设热机高温热源温度是解：设热机高温热源温度是，暖气系统水温是，暖气系统水温是河水温度是河水温度是，一个循环煤燃烧所发热量，一个循环煤燃烧所发热量19 制冷机致冷系数：制冷机致冷系数：制冷机从河水中吸热：制冷机从河水中吸热：制冷机向暖气系统的水放热：制冷机向暖气系统的水放热：暖气系统中的水得到的热量是：暖气系统中的水得到的热量是：暖气系统中的水得到的热量是是煤所发热量的暖气系统中的水得到的热量是是煤所发热量的2.99倍。倍。