卡诺循环

由两个定温过程和两个绝热过程（见热力过程）所组成的可逆的热力循环。卡诺循环是19世纪法国工程师S.卡诺提出的，因而得名。卡诺循环分正、逆两种。在压-容( p- V)图和温-熵( T- S)图中（见图）, ɑ- b- c- d- ɑ为正卡诺循环， ɑ- b为可逆定温吸热过程，工质在温度 T1下从相同温度的高温热源吸入热量 Q1； b- c为可逆绝热过程,工质温度自 T1降为 T2； c- d为可逆定温放热过程，工质在温度 T2下向相同温度的低温热源排放热量 Q2； d- ɑ为可逆绝热过程,工质温度自 T2升高到 T1，完成一个可逆循环,对外作出净功 W。逆卡诺循环与上述正向循环反向,沿 ɑ- d- c- b- ɑ方向,因而 Q2是工质从低温热源吸入的热量(通称制冷量), Q1是工质排放给高温热源的热量, W是完成逆向循环所需的外界输入的净功。

正卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率 ηt表示，

卡诺循环

逆卡诺循环的热经济指标用卡诺制冷系数 ε表示或用卡诺供暖系数 ε′表示

卡诺循环

根据热力学第二定律，在相同的高、低温热源温度 T1与 T2之间工作的一切循环中,以卡诺循环的热效率为最高，称为卡诺定理。卡诺循环具有极为重要的理论和实际意义。虽然，完全按照卡诺循环工作的装置是难以实现的，但是卡诺循环却为提高各种循环热效率指明了方向和给出了极限值。

创建背景

卡诺循环

19世纪初，蒸汽机在工业、交通运输中的作用越来越重要，但关于控制蒸汽机把热转变为机械运动的各种因素的理论却未形成。法国军事工程师萨迪·卡诺（S． Carnot，1796—1832）于1824年出版了《关于火的动力的思考》一书，总结了他早期的研究成果。卡诺以找出热机不完善性的原因作为研究的出发点，阐明从热机中获得动力的条件就能够改进热机的效率。卡诺分析了蒸汽机的基本结构和工作过程，撇开一切次要因素，由理想循环入手，以普遍理论的形式，作出关于消耗热而得到机械功的结论。他指出，热机必须在高温热源和低温热源之间工作，“凡是有温度差的地方就能够产生动力；反之，凡能够消耗这个力的地方就能够形成温度差，就可能破坏热质的平衡。”他构造了在加热器与冷凝器之间的一个理想循环：汽缸与加热器相连，汽缸内的工作物质水和饱和蒸汽就与加热器的温度相同，汽缸内的蒸汽如此缓慢地膨胀着，以致在整个过程中，蒸汽和水都处于热平衡。卡诺循环然后使汽缸与加热器隔绝，蒸汽绝热膨胀到温度降至与冷凝器的温度相同为止。然后活塞缓慢压缩蒸汽，经过一段时间后汽缸与冷凝器脱离，作绝热压缩直到回复原来的状态。这是由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，即后来所称的“卡诺循环”。

但是，我们无法制造出可逆热机，因而无法测出可逆热机从高温热源吸收的热量与向低温热源放出热量之比。研究结果表明，当用环境空气作热源，0℃环境进水温度8℃，热水出水温度为60℃时，该系统cop值高达4.3.一个更大优点是毫无困难的产出90℃的热水cop值仍较高。因而无法测出可逆热机从高温热源吸收的热量与向低温热源放出热量之比。

卡诺意义

卡诺的研究具有多方面的意义。他的工作为提高热机效率指明了方向；他的结论已经包含了热力学第二定律的基本思想，只是热质观念的阻碍，他未能完全探究到问题的最终答案。由于卡诺英年早逝，他的工作很快被人遗忘。后来，由于法国工程师克拉珀珑（B．P．E．Clapeyron，1799—1864）在1834 年的重新研究和发展，卡诺的理论才为人们所注意。克拉珀珑将卡诺循环在一种“压（力）-容（积）图”上表示出来，并证明卡诺热机在一次循环中所做的功，其数值恰好等于循环曲线所围的面积。卡诺循环克拉珀珑的工作为卡诺理论的进一步发展创造了条件。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-97228-1.html