大学物理下循环过程

发电厂蒸汽动力循环示意图热机工作示意图AQQ12高温热源低温热源550C0过热器锅炉给水泵冷凝器冷却水气轮机发电机20C0高温高压蒸汽18.6循环过程(Cyclicalprocess)QQ12A循环过程——物质系统经历一系列状态变化过程又回到初始状态，称这一周而复始的变化过程为循环过程。A2QQ1PV0aV1b2V热机——持续不断地将热转换为功的装置。工质——在热机中参与热功转换的媒介物质。循环过程的特点——经一个循环后系统的内能不变。净功A=循环过程曲线所包围的面积AQQ12高温热源低温热源A2QQ1净功A=循环过程曲线所包围的面积AQQ12高温热源低温热源bdaacbAAAbdaacbAAPV0aV1b2VdcbabdaabacbEQEQbdaacbQQ21QQ21QQA2QQ1AQQ12高温热源低温热源bdaacbAAAPV0aV1b2Vdc21QQ热机效率：1QA121QQQ121QQ1Q——系统吸热2Q——系统放热121QQabcdVP0VVVV2314T12T等温线绝热线18.7卡诺循环Q2Q1热机效率：1ηAQ=121QQ1211lnVVRTQ3422lnVVRTQ121432lnln1VVTVVTabcdVP0VVVV2314T12T等温线绝热线Q2Q1121432lnln1VVTVVTcb132121VTVT142111VTVTad4312VVVV121TT卡121211TTQQ1212TTQQQ0da解：AaabbEEQab=+0bcbQ=cEE0同样可得：Qcd0,[例1]1mol氢气作如图所示的循环过程1.判别各过程热量的符号；2.计算此循环之效率。2P211abcd0(l)(atm)VdaQcdQbcQabQba00ababEAcb00bcbcEAA=PPVV(())aabd=QQQ+daab1=Q1ηAdaabbccdP2211abcdQQQQ0(l)(atm)V)()(daVabPTTCTTC)()())((daVabPabdaTTCTTCVVPP)2()24(adadVadadPadVPVPRCVPVPRCVP)34/(2i19/2%5.10解：caQabQbcQPVPV000等温abc02V[例2]1mol氧气作如图所示的循环。求：循环效率0)(abPabTTCQ0)(bcVbcTTCQ02ln00VVRTQcca121QQabQQ1cabcQQQ2)(2ln)(100abPcbcVTTCVVRTTTCbcTT2%7.1822ln22i)(abVabTTCQ)/ln(1cbbcPPRTQabQbcQ例：1mol双原子理想气体作如图循环，bc、da为等温过程求此循环的效率)(cdPcdTTCQVPdbca1T2TaVaP5.0aPaP2解：aabVVPPRC)(0aaVVPRC04ln2aaVP)(baPTTC)(bbaaPcdVPVPRCQ0aaPVPRCdaQcdQ121QQ4ln22/52ln2/71)/ln(2addaPPRTQ0aaVabVPRCQ04lnaabcVPQ0aaPcdVPRCQ02lnaaVPaaVbcabVPRCQQQ)4ln2(1aaPdacdVPRCQQQ)2ln(2%5.20daQVPdbca1T2TaVaP5.0aPaP2abQbcQcdQ例：设有一以理想气体为工作物质的热机循环，如图所示，试证明其效率为：1γ=p1V1V2p2()()11p1V1V2p2bacVpo()0RpQ=Cpp2V2p2V1R()0RVQ=CVp1V2p2V2R=1()Cpp2V1p2V2()CVp1V2p2V21γ=p1V1V2p2()()11解：p1V1V2p2bacVpo绝热等压等容=pQVQ1=pQVQVQ例：两部可逆机串联起来，如图所示，可逆机1工作于温度为T1的热源1与温度为T2=400K的热源2之间。可逆机2吸入可逆机1放给热源2的热量Q2，转而放热给T3=300K的热源3。在(1)两部热机效率相等，(2)两部热机作功相等的情况下求T1。T1Q1Q2T3T2T1T3T2Q2Q2热源1热源2热源3=2×400-300=500KT1=2T2-T3400()300533K2==解：(1)1=T2T11=T3T2=T1T2T32A=Q1+Q2=Q2+Q3(2)T1-T2=T2-T3T1Q1Q2T3T2T1T3T2Q2Q2热源1热源2热源3技术上的循环：奥托(Otto)循环简化后四冲程：1.吸气等压绝热等容VVVPabcde02.压缩绝热3.爆炸作功爆炸作功4.排气等容等压ηγ=1()V0V1=1rγ11r=V0V压缩比：bacbdcedbeabVVVPbde0caVVVPdbe0ca0)(cdVcdTTCQ0)(ebVebTTCQ0bcdeQQcdQQ1ebQQ2cdQebQ121QQ)()(1cdVebVTTCTTCcdebTTTT111eeddVTVT11bbccVTVT110)()(VTTVTTbecd10)(1VV以下证明：若压缩比7，γ=1.4，则η=55%，实际只有25%。进气阀排气阀活塞点火装置奥托热机VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置压缩VVVPdbe0ca奥托循环点火装置爆炸VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置排气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置吸气VVVPdbe0ca奥托循环点火装置爆炸VVVPdbe0ca奥托循环点火装置作功家用电冰箱循环12A高温热源低温热源QQ(冷冻室)(周围环境)散热器冷冻室蒸发器节流阀储液器压缩机200C10atm3atm700C100C2QQ1氟利昂18.8致冷循环——逆循环致冷系数12A高温热源低温热源QQPV01Q2Q01Q02Q21QQA212QQQw21QAQ21QQA2AQw=对于卡诺致冷循环卡诺机之致冷系数为：w的数值区间()0,8低温热源温度越低温差越大，致冷系数越小。1212TTQQVP0T12T等温线212QQQw212TTTabcd绝热线Q1Q2家用电冰箱循环12A高温热源低温热源QQ(冷冻室)(周围环境)散热器冷冻室蒸发器节流阀储液器压缩机200C10atm3atm700C100C2QQ1氟利昂KTKT300270129212TTTw