卡诺循环过程对热机效率研究的导向

卡诺循环 原理 卡诺循环原理 卡诺原理(Carnotcycle)是由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环 简介 卡诺循环包括四个步骤:等温膨胀在这个过程中系统从环境中吸收热量;绝热膨胀在这 个过程中系统对环境作功;等温压缩在这个过程中系统向环境中放出热量;绝热压缩系统恢复原来状态在这个过程中系统对环境作负功。卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程其高温热源的温度为 T1低温热源的温度为 T2。这一概念是 1824 年 N.L.S卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程同样向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机 卡诺循环的效率 通过热力学相关定理我们可以得出卡诺循环的效率η c=1-T2/T1由此可以看出 卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关如果高温热源的温度 T1愈高低温热源的温度 T2 愈低则卡诺循环的效率愈高。

因为不能获得 T1→∞的高温热源或 T3=0K(-273℃)的低温热源所以卡诺循环的效率 必定小于 1。 任何工作物质作卡诺循环其效率都一致 可以证明以任何工作物质作卡诺循环其效率都一致;还可以证明所有实际循环的效率都低于同样条件下卡诺循环的效率也就是说如果高温热源和低温热源的温度确定之后卡诺循环的效率是在它们之间工作的一切热机的最高效率界限。因此提高热机的效率应努力提高高温热源的温度和降低低温热源的温度低温热源通常是周围环境降低环境的温度难度大、成本高是不足取的办法。现代热电厂尽量提高水蒸气的温度使用过热蒸汽推动汽轮机正是基于这个道理。 提高热机效率的方向 卡诺定理阐明了热机效率的限制指出了提高热机效率的方向(提高 T1降低 T3减少散热、漏气、摩擦等不可逆损耗使循环尽量接近卡诺循环)。成为热机研究的理论依据、热机效率的限制。实际热力学过程的不可逆性及其间联系的研究导致热力学第二定律的建立。在卡诺定理基础上建立的 卡诺循环 与测温物质及测温属性无关的绝对热力学温标使温度测量建立在客观的基础之上。此外应用卡诺循环和卡诺定理还可以研究表面张力饱和蒸汽压与温度的关系及可逆电池的电动势等。

电热水壶的结构与工作原理 电热水壶接通电源加热后,水温逐步上升到100度,水开始沸腾,蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片,由于热胀冷缩的作用,双金属片膨胀变形,顶开开关触点断开电源.如果蒸汽开关失效,壶内的水会一直烧下去,直到水被烧干,发热元件温度急剧上升,位于发热盘底部的有两个双金属片,会因为热传导作用温度急剧上升,膨胀变形,断开电源.因此电热水壶的安全保护装置是设计的非常科学与可靠的.这也就是电热水壶的三重安全保护原理.。工作原理 电热水壶接通电源加热后,水温逐步上升到100度,水开始沸腾,蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片,由于热胀冷缩的作用,双金属片膨胀变形,顶开开关触点断开电源.如果蒸汽开关失效,壶内的水会一直烧下去,直到水被烧干,发热元件温度急剧上升,位于发热盘底部的有两个双金属片,会因为热传导作用温度急剧上升,膨胀变形,断开电源.因此电热水壶的安全保护装置是设计的非常科学与可靠的.这也就是电热水壶的三重安全保护原理。由褐煤中脱出的水分形成过热蒸汽，进入高效粉尘除尘器进行除尘后一部分过热蒸汽通过循环蒸汽压缩机压缩后再次进入内加热流化床干燥机作为流化介质进行循环利用，多余的过热蒸汽进入余热利用系统，进行回收利用，其特点是采用蒸汽干燥，安全性高、干燥后褐煤成型性能好，但效率相比烟气干燥较低。

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"。 卡诺根据热质守恒思想和永动机不可能制成的原理进一步证明了在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切实际热机其效率都不会大于在同样的热源之间工作的可逆卡诺热机的效率。卡诺由此推断:理想的可逆卡诺热机的效率有一个极大值这个极大值仅由加热器和冷凝器的温度决定一切实际热机的效率都低于这个极值。 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。克拉珀珑的工作为卡诺理论的进一步发展创造了条件。

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