1、5.8循环过程和卡诺循环,一、循环过程及其效率,蒸汽机的工作过程：,A-高温热源 B-锅炉 C-泵 D-汽缸 E-低温热源,水泵C将水打入加热器即锅炉B中，水在锅炉内加热，变成温度和压强较高的蒸汽吸热而使内能增加的过程。蒸汽通过传送装置进入汽缸D中，并在 汽缸中膨胀，推动活塞对外做功，同时蒸汽的内能减少，在这一过程中内能通过做功转化为机械能。最后蒸汽成为废气进入冷却器E中，经过冷却放热的过程而凝结成水，再经过水泵打入到锅炉中，这些过程循环不息地进行循环过程。,循环过程定义系统从某一状态出发，经历一系列过程后又回到初态的全过程。 循环过程图线表示法过程所经历的每一个中间态都无限接近平衡态，该过程
2、在P-V 图上为一个闭合曲线 箭头表示过程进行方向, 过程曲线包围的面积表示循环过程中系统对外所做的净功。,T1 Q1,T2 Q2,泵,|A|,气缸,正循环,正循环的特点： 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。 在循环过程中伴有吸热和放热过程,热机工作示意图,热机循环P-V 图,特征 （1）P-V 图中循环过程沿顺时针方向进行。（2）工质经一循环从高温热源吸热Q1(0),在低温热源放热 Q2(绝对值), 对外输出净功A(0)； （3）经一循环工质内能不变，其所吸收的热量不能100%地 转化为有用功。 U
3、=0 ,净功A= Q1 - Q2,热机循环效率 (efficiecy of heat engine),卡诺循环,1824年卡诺（法国工程师1796-1832）提出了一个 能体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之 卡诺循环。,本节讨论以理想气体为工质的卡诺循环。 由4个准静态过程（两个等温、两个绝热）组成。,卡诺循环是在两个温度恒定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程。 在整个循环中，工作物质和高温热源或低温热源交换能量，没有散热漏气等因素存在， 卡诺循环是由两个平衡的等温过程和两个平衡的绝热过程组成。,12：与温度为T1的高温 热源接触，T1不变， 体积 由V1膨胀到V2，
4、从热源吸 收热量为：,23：绝热膨胀，体积 由V2变到V3，吸热为零。,34：与温度为T2的低温 热源接触，T2不变， 体积 由V3压缩到V4，从热源放热为：,41：绝热压缩，体积由V4变到V1，吸热为零。,在一次循环中，气体对外作净功为|A|= Q1-Q2,效率为：,由上节例题结果知：,理想气体卡诺循环 的效率只与两热 源的温度有关,所以：,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。,应为理想气体温标所定义的温度。 可证明，当用热力学温标表示两个热源的温度时， 因为T1和T2是在求理想气体热量时引进的， 卡诺循环的效率的
5、表示仍为上式。,讨论：（1）要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源（有时分别叫做热源与冷源）；（2）卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，高温热源的温度愈高，低温热源的温度愈低， 卡诺循环的效率愈大，也就是说当两热源的温度差愈大，从高温热源所吸取的热量Q1 的利用价值愈大；（3）卡诺循环的效率总是小于1的（除非T。=0 K）。,1、奥托循环:,理想化的汽油内燃机循环过程,吸气过程(A-B) 压缩冲程(B-C绝热压缩) 点燃过程(C-D等体过程), 做功过程(D-E绝热膨胀过程) 排气过程(E-B-A),几个实例,奥托循环效率计算,利用BC,DE绝热过程(advabatic process)
6、方程 恒量，可得:,式中 绝热压缩比。,随压缩比r增大而增大，通常 r 取值在69之间。,设计中如取 r6 ,1.4 内燃机的理想效率:=16-0.451% 考虑到摩擦，散热，漏气等因素，实际内燃机效率仅为25左右。,2、理想气体热机循环四冲程柴油机,以理想气体为工质的，经历无摩擦准静 态理想过程的循环过程。,狄塞尔循环：,（1）吸气过程（AB） （2）压缩过程（BC;绝热压缩） （3）柴油燃烧等压加热（CD) 绝热膨胀（DE）对外做功 （4）等容放热排气(EBA).,理想的柴油内燃机循环过程,由D-E,B-C的绝热过程方程 ( =恒量)，得 由等压过程C-D,有引入绝热压缩比r =VB/VC ，定压膨胀比=VD/VC 由、式最后得到,一定量的理想气体经历如图所示的循环过程。设 ， 求该循环过程效率,，,本题有几种解题思路：1.利用理想气体状态方程和以 Cp、 Cv表达的热量公式，求循环过程吸收的热量Q1和放出的热量Q2,然后用 求解.2.用 求解，式中A为P-V 图上过程曲线包围的面积.3.利用过程方程分别求出a、b、c、d各态的温度及摩尔数,再利用Cp、Cv表述的热量公式求出Q1及Q2，最后求效率。,
