卡诺循环过程对热机效率研究的导向_不可逆热机的效率_卡诺热机 效率

循环过程卡诺循环热机发展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的精度极低 。 1765年瓦特进 行了重大优化 ，大大提高了强度 。 人们常常在 为提升热机的强度而拼命， 从理论上研究热机 效率难题， 一方面指明了提升效益的方向，另 一方面也促进了热学理论的演进 。各种热机的精度液体燃料火箭汽油机? ? 48% ? ? 25%柴油机蒸汽机? ? 37% ? ? 8%一 循环过程系统经过一系列变化状况过程后卡诺循环过程对热机效率研究的导向，又重回原先的 状态的过程叫热力学循环过程 。特征?E ? 0Q ?WpA热力学第一定律cWdB净功 W ? Q1 ? Q2 ? Q 总吸热 总放热Q1oVAVB VQ2（取绝对值）二 热机效率和致冷机的致冷系数pAc高温热源WdBQ1热机oQ2低温供热WVAVB V热机（正循环）W?0W Q1 ? Q2 Q2 ? ? 1? 热机效率 ? ? Q1 Q1 Q1热机 ：持续地将热量转变为功的机器 。工作物质（工质）：热机中被运用来吸收热量 并对外做功的物质 。pAc高温热源WdBQ1致冷机WoQ2低温热源VAVB V致冷机（逆循环）W 致冷机致冷系数?0Q2 Q2 e? ? W Q1 ? Q2冰箱循环1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其 中 p2 ? 2 p1 , V4 ? 2V1 求1—2、2—3、3—4、4—1 各过程中氧气吸收的糖分和热机的效率 。

例p2 p1P2Q23解 由理想气体物态方程得3Q121Q34Q414T2 ? 2T1 T3 ? 4T1T4 ? 2T1Q12 ? CV ,m (T2 ? T1) ? CV ,mT1Q23 ? C p,m (T3 ? T2 ) ? 2C p,mT1oV1V4 VQ34 ? CV ,m (T4 ? T3 ) ? ?2CV ,mT1p2 p1P2Q23Q12 ? CV ,mT1 Q23 ? 2C p,mT13Q121Q34Q414Q34 ? ?2CV ,mT1Q41 ? C p,m (T1 ? T4 ) ? ?C p,mT1oV1V4 VQ1 ? Q12 ? Q23 ? CV ,mT1 ? 2C p ,mT1C p ,m ? CV ,m ? RW ? ( p2 ? p1)(V 4 ?V 1) ? p1V 1 ? RT 1 RT ? Q Q 1 W 1 2 ? ?? ? ? 15。3% Q1 Q1 T1 (3CV ,m ? 2 R)三 卡诺循环 1824 年法国的年轻工程师卡诺提出一个工作 在两热源之间的理想循环—卡诺循环。 给出了热机 效率的理论极限值; 他还强调了著名的卡诺定理。 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 。

p T1 ? T2 高温热源 T1 p1 Ap2 p4T1DQ1WB卡诺热机C VWp3T2V2Q2低温热源 T2o V1 V4V3理想气体卡诺循环热机效率的推导p p1p2 p4AQabT1DT1 ? T2B C卡诺循环A — B 等温膨胀WB — C 绝热膨胀p3o V1 V4Qcd T2V2VV3C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩A — B 等温膨胀吸热Q1 ? Qabm V2 ? RT1 ln M V1p p1p2 p4AQabT1DT1 ? T2Bm V2 Q1 ? RT1 ln M V1C — D 等温压缩放热Wp3o V1 V4Qcd T2V2CQ2 ? QcdVV3 m ? RT2 ln M V4V3V3 ln Q2 T2 V4 ? ? 1? ? 1? Q1 T1 ln V2 V1B — C 绝热过程 ? ?1 ? ?1 V2 T1 ? V3 T2D — A 绝热过程V1 T1 ? V4 T2? ?1? ?1p p1p2 p4AQabT1DT1 ? T2BV2 V3 ? V1 V4卡诺热机效率Wp3o V1 V4Qcd T2V2CVV3T2 ? ? 1? T1卡诺热机效率与工作 物质无关，只与两个热源 的温度有关卡诺循环过程对热机效率研究的导向，两热源的温 差越大，则卡诺循环的效 率越高 。

V3 ln Q2 T2 V4 ? ? 1? ? 1? Q1 T1 ln V2 V1卡诺致冷机（卡诺逆循环）pAQ1T1DT1 ? T2B C高温热源T1Q1卡诺致冷机WWoQ2 T2Q2V低温热源 T2卡诺致冷机致冷系数Q2 T2 e? ? Q1 ? Q2 T1 ? T2讨 论图中两卡诺循环?1 ? ?2 吗 ？pT1pT1W1W1 ? W2W2T3W1W1 ? W2W2T2VT2ooV?1 ? ?2?1 ? ?2

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