第四章 热力学第一定律 4.ppt

§4.6 热机 §4.6.1 热机 · 蒸汽机 一、热机及热机循环： 1. 定义： 热机是能连续不断地利用燃料燃烧时产生的热量对外做功的机器。 因而热机是能连续不断地把热量转化为功的机器。 热机要能工作应该至少包括3个部分： ⑴ 工作物质（工质）； ⑵ 两个以上不同温度的热源，使工作物质从高温热源吸热， 向低温热源放热； ⑶ 对外做功的机械装置。 系统经过一系列变化后回到原来状态，这样的过程称为循环过程，简称循环。 所以，热机的工作就是循环过程的重复。 2. 特征： 经过一个循环后， 在P-V状态图上，准静态循环过程是一条闭合曲线。 3. 分类： 按照工质工作效果的不同，热力学循环可分为顺时针的正向循环和逆时针的逆向循环。 ⑴ 正向循环： a1b过程系统作正功； b2a过程外界作正功 循环过程中系统对外所做净功就是P-V图上循环曲线所围面积。 整个循环中，系统由高温热源吸热Q1，用以对外做功W’及向低温热源放热Q2。 P-V图上正向循环的是从外界吸热后对外做功的热机。 外界对系统所做功 净吸热 ⑵ 逆向循环： P-V图上逆时针逆向循环的是制冷机。 整个循环中，系统从低温热源经a1b过程吸热Q2，向高温热源放热Q1 同时，外界对工质做功W。 二、热机效率： 热机从高温热源吸热Q1用以对外做功W′及向低温热源放热Q2 ， 即：热机从高温热源吸取的热量绝不会全部转化为对外做的功。 热机效率： 热机对外输出的净功的数值 热机从高温热源吸取的总热量 设循环中系统向低温热源放热为︱Q2 ︱，由热一律有： 对外所做功 即： 热机效率： 则有： ——热机效率 说明 若循环存在m个高温热源，n个低温热源，热机的吸放热为： 则热机效率公式中的吸放热为： §4.6.2 卡诺热机 为了对热机的最大可能效率进行理论研究，1824年法国工程师卡诺设想了一种理想的热机，称为卡诺热机； 这种热机的循环过程称为卡诺循环。 卡诺循环在温度为T1、T2的两个热源间工作，由两个等温过程和两个绝热过程构成。 一般所说的卡诺循环是准静态的，且无摩擦等耗散现象。 当工质是气体时，卡诺循环可以用P-V图表示。 可见：在卡诺循环中，工质从T1热源吸热Q1，向T2热源放热 ，向外输出功W′ 。 一、计算理气准静态卡诺循环的效率： 一、计算理气准静态卡诺循环的效率： a→b 等温膨胀： 系统从高温热源吸热 ： c→d 等温压缩： 系统向低温热源放热 ： b → c、 d →a 绝热准静态过程： 因而只要两热源温度相同，任意卡诺热机的效率相等。 低温热源T2 高温热源T1 理气的正向或逆向卡诺循环都适用 ? 理想气体卡诺热机的效率： ?卡热= 二、讨论： 卡诺热机效率只与高温、低温热源的温度T1、T2有关而与工质 的类型无关， 2. 卡诺热机的工作可用示意图表示： 热机 卡诺热机循环过程的总效果是工质从高温热源T1热源吸热Q1，向T2热源放热 ，并对外做功 3. 卡诺热机没有实用价值，但卡诺循环 在理论上有重要意义。 ⑴ 一个实用热机的运转不能太缓慢，而当运 转较快时难以做到等