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文檔簡介
1698年塞萊斯和1712年紐科門先后發(fā)明了蒸汽機(jī),當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的效率極低.瓦特在1763~1781年期間對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行了重大改進(jìn),大大提高了效率.從理論上研究熱機(jī)效率問題,一方面指明了提高效率的方向,另一方面也推動(dòng)了熱學(xué)理論的發(fā)展.各種熱機(jī)的效率液體燃料火箭柴油機(jī)汽油機(jī)蒸汽機(jī)§6-3循環(huán)過程卡諾循環(huán)火力發(fā)電廠外貌冷凝塔發(fā)電機(jī)水泵除塵器汽輪機(jī)傳送帶鍋爐空氣碾磨機(jī)煙筒水管噴射給水器火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)示意圖熱機(jī)的三個(gè)要素:熱機(jī):持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)器.
工作物質(zhì)(工質(zhì)):熱機(jī)中被利用來吸收熱量并對(duì)外做功的物質(zhì).1)工作物質(zhì)2)兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度不同的熱源3)對(duì)外作功的機(jī)械裝置
系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后,又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程
.熱力學(xué)第一定律(取絕對(duì)值)凈功特征一、循環(huán)過程AC總吸熱總放熱1.正循環(huán)(熱機(jī)循環(huán))過程曲線沿順時(shí)針方向,系統(tǒng)對(duì)外作正功。循環(huán)效率:一次循環(huán)過程中系統(tǒng)對(duì)外做的功占它從高溫?zé)嵩次鼰岬谋嚷?。在一正循環(huán)中,系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次鼰酫1,向低溫?zé)嵩捶艧酫2(Q2>0),系統(tǒng)對(duì)外作功AC2.逆循環(huán)(制冷循環(huán))過程曲線沿逆時(shí)針方向,系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功.
循環(huán)曲線所包圍的面積等于循環(huán)過程中系統(tǒng)對(duì)外做的凈功。正循環(huán)A>0,逆循環(huán)A<0.
AC1423
例1
1mol
理想氣經(jīng)過如圖所示的循環(huán)過程,其中,求1—2、2—3、3—4、4—1過程中熱機(jī)的效率.解:分析吸熱與放熱過程1-2等體升壓,吸熱2-3等壓膨脹,吸熱3-4等體降壓,放熱4-1等壓壓縮,放熱14231423與工作物質(zhì)有關(guān)單原子剛性雙原子
在一循環(huán)中,若系統(tǒng)只和高溫?zé)嵩?溫度T1)與低溫?zé)嵩?溫度T2)交換熱量,這樣的循環(huán)稱卡諾循環(huán).二、卡諾循環(huán)
低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)
1824年法國的年青工程師卡諾提出一個(gè)工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機(jī)效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.1、卡諾熱機(jī)
以一理想氣體為工作物質(zhì),計(jì)算卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率??ㄖZ循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成。A1423
1—2等溫膨脹
2—3絕熱膨脹
3—4等溫壓縮
4—1絕熱壓縮A14234與1在同一絕熱線2與3在同一絕熱線稱為閉合條件
-卡諾熱機(jī)效率
熱機(jī)至少要在兩個(gè)熱源間進(jìn)行循環(huán)。從高溫?zé)嵩次鼰崛缓筢尫乓徊糠譄崃康降蜏責(zé)嵩慈?,因而兩個(gè)熱源的溫度差才是熱動(dòng)力的真正源泉.1)
卡諾熱機(jī)的效率只與T1、T2有關(guān),與工作物無關(guān),與氣體的質(zhì)量無關(guān),與P、V的變化無關(guān)。3)現(xiàn)代熱電廠中,高溫?zé)嵩礈囟萒1=900K,低溫?zé)嵩醇创髿?,T2=300K。由理論計(jì)算得出熱機(jī)效率
~65%,但實(shí)際上熱機(jī)效率
40%。其原因:是:非卡諾循環(huán),有摩擦存在,過程非準(zhǔn)靜態(tài)。討論2)
兩個(gè)熱源的溫差越大,熱機(jī)的效率越高。實(shí)際方法是提高高溫?zé)嵩吹臏囟萒1
。
2、卡諾致冷機(jī)(卡諾逆循環(huán))制冷循環(huán)工作物質(zhì)從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚?duì)它所做的功全部以熱量的形式傳給高溫?zé)嵩础5蜏責(zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)A14234
—3等溫膨脹
3—2絕熱壓縮2—1等溫壓縮
1—4絕熱膨脹A1423閉合條件
定義致冷系數(shù)
卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)3)低溫?zé)嵩吹臒崃渴遣粫?huì)自動(dòng)地傳向高溫?zé)嵩吹?,要以消耗外功為代價(jià)。1)卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)與工作物質(zhì)無關(guān),只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)。討論2)兩個(gè)熱源的溫差越小,卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)越大。思考:由已知條件判斷圖中兩個(gè)卡諾熱機(jī)的效率是否相等。1)工作在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的兩個(gè)卡諾熱機(jī),已知A1>A2卡諾熱機(jī)的效率可知兩個(gè)卡諾熱機(jī)的效率相等2)工作在不同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的兩個(gè)卡諾熱機(jī),已知A1=A2卡諾熱機(jī)的效率可知兩個(gè)卡諾熱機(jī)的效率不等,且例1
如圖,MT為等溫線,MQ為絕熱線,則在AM,BM,CM三種準(zhǔn)靜態(tài)過程中,問哪個(gè)過程溫度升高,哪個(gè)過程是吸熱過程?解:VPACOBMTQ
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