《最新循环过程和卡诺循环PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新循环过程和卡诺循环PPT课件.ppt（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环一、几个概念一、几个概念1.1.循环过程循环过程循环过程循环过程 热力学系统经历了一系列热力学热力学系统经历了一系列热力学过程后又回到初始状态，这个过程为循环过程。过程后又回到初始状态，这个过程为循环过程。2.2.准静态循环过程准静态循环过程准静态循环过程准静态循环过程 循环过程中每一个状态都是由热循环过程中每一个状态都是由热平衡态构成的，这个过程为准静循环过程。平衡态构成的，这个过程为准静循环过程。进行循环的热力学系统叫工作物质。进行循环的热力学系统叫工作物质。3.3.工作物质工作物质工作物质工作物质4.4.正循环与逆循环正循环与逆循环正循环与逆循环正循环
2、与逆循环正循环正循环正循环正循环 P-V图循环曲线顺时针。图循环曲线顺时针。逆循环逆循环逆循环逆循环P-V图逆时针。图逆时针。正循环正循环逆循环逆循环1.卡诺循环卡诺循环是由两个是由两个(准静准静态态)等温过程和等温过程和两个两个(准静准静态态)绝热过程组成绝热过程组成2.需要两个热源，需要两个热源，高温热高温热源源 T1 和和低温热源低温热源 T2。3.不计摩擦、热损失及漏不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。气，视为理想热机。A B 等温膨胀等温膨胀 B C 绝热膨胀绝热膨胀 C D 等温压缩等温压缩 D A 绝热压缩绝热压缩五、卡诺正循环五、卡诺正循环卡诺热机卡诺热机WABCD四、卡诺循
3、环的特点四、卡诺循环的特点现在现在讨论讨论以理想气体为工作物质的卡诺循环的效率。以理想气体为工作物质的卡诺循环的效率。C D 等温压缩等温压缩放热放热WABCD D A 绝热过程绝热过程B C 绝热过程绝热过程 A B 等温膨胀等温膨胀吸吸热热 卡诺热机效率卡诺热机效率WABCD（2）只适用于卡诺机。只适用于卡诺机。（1）Q1指从高温热源指从高温热源T1吸热，吸热，Q2指对低温热源指对低温热源T2放热的放热的绝绝对值对值。W指作功的指作功的绝对值绝对值。（3）卡诺热机效率与工作物卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度质无关，只与两个热源的温度有关。有关。例例2：两个循环过程，两个循环过
4、程，过程过程1 12 等温、等温、23 绝热、绝热、34 等压、等压、41 绝热。绝热。过程过程2 12 等温、等温、23 等容、等容、34等压、等压、41 绝绝热。试比较哪个过程热机效率高。热。试比较哪个过程热机效率高。例例1图中两卡诺循环图中两卡诺循环吗吗？卡诺致冷机致冷系数卡诺致冷机致冷系数WABCD六、卡诺逆循环六、卡诺逆循环卡诺致冷机卡诺致冷机(2)只适用于卡诺机。只适用于卡诺机。(1)Q1指对高温热源指对高温热源T1放热放热的的绝对值绝对值，Q2指从低温热源指从低温热源T2吸热。吸热。W指作功的指作功的绝对值绝对值。(3)卡诺机致冷系数只与两个热源的温度有关。卡诺机致冷系数只与两个
5、热源的温度有关。3、提高热机效率的方法。、提高热机效率的方法。使使越小越好。越小越好。讨论讨论2、卡诺热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。、卡诺热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。例如：例如：波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采波音飞机不用价格较贵的高标号汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料。用航空煤油作燃料。要提高卡诺热机效率应尽量提高高温热源温度或尽量要提高卡诺热机效率应尽量提高高温热源温度或尽量降低低温热源温度。降低低温热源温度。1、卡诺机必须有两个热源。、卡诺机必须有两个热源。卡诺热机的工作物质不一定卡诺热机的工作物质不一定是理想气体，可以是其他物质。是理想气体，可
6、以是其他物质。而低温热源而低温热源的的温度常是室温或江、河、地下水的水温温度常是室温或江、河、地下水的水温 ，所以，所以，提高热机效率的主要途径是升高高温热源温度。提高热机效率的主要途径是升高高温热源温度。通常，通常，蒸汽机中加上一过热器，使湿蒸汽变为干蒸汽，蒸汽机中加上一过热器，使湿蒸汽变为干蒸汽，不仅利于它在绝热膨胀降温后不会有水冷凝出不仅利于它在绝热膨胀降温后不会有水冷凝出 ，而且这样能有效升高蒸汽压强，以便升高蒸汽温度。而且这样能有效升高蒸汽压强，以便升高蒸汽温度。目前目前3030万万kWkW汽轮机的蒸汽压强在汽轮机的蒸汽压强在20Mpa20Mpa以上，蒸汽温度以上，蒸汽温度为为400
7、 400 以上，这种蒸汽称为亚临界状态的蒸汽，其排气以上，这种蒸汽称为亚临界状态的蒸汽，其排气温度约温度约200200，热机效率为，热机效率为35-40%35-40%。超大型的汽轮机的高。超大型的汽轮机的高温蒸汽将处于超临界状态，其效率将更高。温蒸汽将处于超临界状态，其效率将更高。蒸汽机蒸汽机中，工作物质水中，工作物质水在每一次循环中都把向高温在每一次循环中都把向高温热源吸收的热量中的一部分热源吸收的热量中的一部分用于气缸对外作功，其余的用于气缸对外作功，其余的能量则以热量方式向低温热能量则以热量方式向低温热源释放。源释放。一般热机有一般热机有蒸汽机、蒸汽机、内燃机等。内燃机等。内燃机将燃料燃
8、烧过程移到汽缸内部，与蒸汽机相比内燃机将燃料燃烧过程移到汽缸内部，与蒸汽机相比较可明显升高高温热源温度，较可明显升高高温热源温度，其温度可达其温度可达800 800 以上，以上，因因而效率将高于蒸汽机。内燃机主要有奥托循环与狄塞尔循而效率将高于蒸汽机。内燃机主要有奥托循环与狄塞尔循环两种形式。环两种形式。蒸汽机：蒸汽机：如如图，为一简图，为一简单的活塞式蒸汽机的流程图。单的活塞式蒸汽机的流程图。内燃机：内燃机：使燃料在气缸中燃烧，以使燃料在气缸中燃烧，以燃烧燃烧的气体为工作的气体为工作物质，推动活塞作功的机械。物质，推动活塞作功的机械。例例3：奥托机的循环曲线是由奥托机的循环曲线是由两条绝热线
9、和两条等容线构两条绝热线和两条等容线构成。成。证明：热机效率为证明：热机效率为a 内燃机主要有奥托循环与狄塞尔循环两种形式。内燃机主要有奥托循环与狄塞尔循环两种形式。奥托循环奥托循环(定体加热循环定体加热循环)德国工程师奥托于德国工程师奥托于18761876年仿效卡诺循环设计使用气体燃料的火花塞点火式四冲程年仿效卡诺循环设计使用气体燃料的火花塞点火式四冲程内燃机。内燃机。所使用的工作物质主要是天然气体及汽油蒸汽，所使用的工作物质主要是天然气体及汽油蒸汽，这种内燃机也称为汽油机。这种内燃机也称为汽油机。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热机效率热机效率a
10、3-4为绝热膨胀过程为绝热膨胀过程1-2为绝热压缩过程为绝热压缩过程证毕证毕可见可见K K 越大，效率越高。越大，效率越高。讨论：讨论：一般为一般为 8，如采用双原子分子气体为工作物质，在，如采用双原子分子气体为工作物质，在理想的情况下，其热机效率为：理想的情况下，其热机效率为：称为称为绝热容积绝热容积压缩比压缩比但过大的但过大的 K K 将引起所谓爆震现象，对机件保养不利。将引起所谓爆震现象，对机件保养不利。一般认为，汽油机的一般认为，汽油机的 K K 不能大于不能大于1010。实际的汽油机其效率低于此数实际的汽油机其效率低于此数 ，一般最高仅，一般最高仅40%40%多左右。多左右。例例4：
11、狄塞尔循环狄塞尔循环(定压加热定压加热循环循环)曲线曲线是由绝热压缩、等是由绝热压缩、等压吸热、绝热膨胀和等容放压吸热、绝热膨胀和等容放热线构成。热线构成。求：热机效率。求：热机效率。狄塞尔循环狄塞尔循环(定压加热循环定压加热循环)德国工程师狄塞尔于德国工程师狄塞尔于18921892年提出了压缩点火式内燃机的原始设计。所谓压缩年提出了压缩点火式内燃机的原始设计。所谓压缩点火式就是使燃料气体在气缸中被压缩到它的温度超过点火式就是使燃料气体在气缸中被压缩到它的温度超过它自己的点火温度它自己的点火温度(例如，气缸中气体温度可升高到例如，气缸中气体温度可升高到600-700600-700，而，而 柴油
12、燃点为柴油燃点为335)335)。这时燃料气体在气。这时燃料气体在气缸中一面燃烧，一面推动活塞对外作功。缸中一面燃烧，一面推动活塞对外作功。18971897年最早制年最早制成了以煤油为燃料的内燃机，后改用柴油为燃料，这就成了以煤油为燃料的内燃机，后改用柴油为燃料，这就是我们通常所称的柴油机。是我们通常所称的柴油机。解：解：由于狄塞尔循环没有由于狄塞尔循环没有K K1010的限制，故其效率可大于的限制，故其效率可大于奥托循环。柴油机比汽油机笨重而能奥托循环。柴油机比汽油机笨重而能 发出较大功率，因发出较大功率，因而常用作大型卡车、工程机械、机车和和船舶的动力装置。而常用作大型卡车、工程机械、机车
13、和和船舶的动力装置。则则令令定压膨胀比定压膨胀比绝热压缩比绝热压缩比例例5：一热机以一热机以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为等温膨胀过为等温膨胀过程程B-C为等压压缩过程为等压压缩过程吸热吸热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.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：经过一个循环内能不
14、变。经过一个循环内能不变。吸热吸热补充：补充：气体制冷工质先后经压缩、冷却、节流膨胀等最后气体制冷工质先后经压缩、冷却、节流膨胀等最后制得低温液体的制冷机称为气体压缩式制冷机。它分两种：制得低温液体的制冷机称为气体压缩式制冷机。它分两种：(1)(1)蒸汽压缩式制冷机蒸汽压缩式制冷机 气体被压缩、冷却到室温后通气体被压缩、冷却到室温后通过节流膨胀能使气体液化的制冷机称为蒸汽压缩式制冷机。过节流膨胀能使气体液化的制冷机称为蒸汽压缩式制冷机。如冷库用的冷冻机以氨如冷库用的冷冻机以氨(沸点沸点-33.35)-33.35)为制冷工质、为制冷工质、冰箱与空调冰箱与空调.(2)(2)深度冷冻制冷机深度冷冻制
15、冷机 若工作气体被压缩冷却到室温后经节流尚不能使气体若工作气体被压缩冷却到室温后经节流尚不能使气体液化，其液化温度还远低于此节流后温度，这时必须改用液化，其液化温度还远低于此节流后温度，这时必须改用另一种称为深度冷冻的循环。属于这类制冷机的主要有液另一种称为深度冷冻的循环。属于这类制冷机的主要有液氮机氮机(0.101MPa(0.101MPa时的液氮温度为时的液氮温度为77K)77K)、液氦机、液氦机(0.101MPa(0.101MPa时时的液温度为的液温度为4.2K)4.2K)及制氧机。及制氧机。工业上制得氧气是先将空气液化，然后在气液共存情工业上制得氧气是先将空气液化，然后在气液共存情况下，
16、借助氧沸点况下，借助氧沸点(90K)(90K)较高，易于冷凝较高，易于冷凝 ，氮沸点，氮沸点(77K)(77K)较低易于蒸发的特点，利用分溜等方法将氧、氮分离的。较低易于蒸发的特点，利用分溜等方法将氧、氮分离的。电冰箱的工作原理：电冰箱的工作原理：工作开始时，一定量工作物质工作开始时，一定量工作物质(如干燥如干燥氟里昂氟里昂 )进入进入压缩机中，被绝热压缩成高温高压蒸汽压缩机中，被绝热压缩成高温高压蒸汽 ，再经管道进入冷凝器，通过水或空气，再经管道进入冷凝器，通过水或空气冷却散热变成低温高压液体冷却散热变成低温高压液体 ，然后通过过滤器滤掉水分和杂质然后通过过滤器滤掉水分和杂质,流入毛细管流入
17、毛细管,使其经节流使其经节流膨胀变为低温低压液体，随后进入冰箱的蒸发器，液态氟膨胀变为低温低压液体，随后进入冰箱的蒸发器，液态氟里昂在低压条件下里昂在低压条件下 迅速汽化，迅速汽化，从而从蒸发器中吸收大量的热量，使冷却室及其中的物体从而从蒸发器中吸收大量的热量，使冷却室及其中的物体降温，达到致冷的效果（以氟里昂为工作物质的冰箱可达降温，达到致冷的效果（以氟里昂为工作物质的冰箱可达 以下）。这些工作物质通过从冷却室内的物体吸热，温度以下）。这些工作物质通过从冷却室内的物体吸热，温度上升，然后进入压缩机，完成一个循环。这样重复前述过上升，然后进入压缩机，完成一个循环。这样重复前述过程，即可使冷却室维持在低温状态。程，即可使冷却室维持在低温状态。低温低低温低压液体压液体蒸蒸发发器器低温低低温低压气体压气体毛细管毛细管过滤器过滤器常温高常温高压液体压液体冷冷凝凝器器高温高高温高压气体压气体压缩机压缩机电冰箱的工作原理电冰箱的工作原理