热机与制冷机
热力学循环了解热机与制冷机的工作原理
热力学循环了解热机与制冷机的工作原理热力学循环是一种关于能量转化和能量传递的研究方法。
在其中，热机和制冷机是两个重要的应用领域。
热机是将热能转化为机械能的装置，而制冷机则是将热能从低温区域传递到高温区域的装置。
本文将着重介绍热机和制冷机的工作原理，以及它们在实际应用中的重要性。
1. 热机的工作原理热机是通过热交换来转化热能为机械能的装置。
其工作原理可以用以下几个步骤来描述：（1）热机从高温区域吸收热量，使燃料燃烧并释放能量；（2）释放的能量使工作物质（如蒸汽、气体等）膨胀，从而推动活塞或转子等运动部件；（3）运动部件的运动被传递到机械装置上，如发电机，产生机械能；（4）剩余的能量由冷却系统带走，并转移到低温区域。
根据卡诺循环理论，热机的最高效率由其工作时的高温和低温温度决定。
决定热机效率的关键参数是热机的热源温度和冷源温度。
提高热机效率的方法包括提高燃烧效率、降低冷却系统的温度等。
2. 制冷机的工作原理制冷机是将热能从低温区域传递到高温区域的装置。
它的工作原理与热机相反，可以用以下几个步骤来描述：（1）制冷机从低温区域吸收热量；（2）吸收的热量使制冷剂（如氨、氟利昂等）蒸发，从而吸收热能；（3）制冷剂蒸汽经过压缩，使其温度升高；（4）高温的制冷剂蒸汽释放热量，并将热量传递到高温区域。
制冷机的性能主要由制冷剂的性质和压缩系统的运行参数决定。
常见的制冷剂具有低沸点和高潜热的特点，以便在低温环境下吸收热量。
如今，制冷机在工业生产、食品存储和空调等领域中得到广泛应用。
3. 热机和制冷机的应用热机和制冷机在现代社会中起着重要作用。
热机被广泛应用于能源转换和发电领域。
例如，汽车发动机、火力发电厂和核电站都是利用热机原理将燃料的化学能转化为机械能或电能。
制冷机则在家庭、商业和工业等各个领域都有应用。
在家庭中，制冷机用于冰箱、空调和食品保鲜等方面。
商业上，制冷机用于超市的冷藏食品和冷冻产品。
在工业上，制冷机被用于化工、医药和食品加工等行业。
热力学中的热机与制冷机的性能与效率
热力学中的热机与制冷机的性能与效率热力学是一门研究热、能量、功等物理量之间的关系和转化规律的学科。
其中，热机和制冷机是重要的热力学应用之一。
热机可以将热能转化为功，而制冷机则可以将热从低温环境中抽取出来，从而达到制冷的目的。
本文将着重探讨热机和制冷机的性能与效率。
一、热机的性能与效率热机是将热能转化为功的装置。
最常见的热机是汽车引擎、蒸汽机和内燃机等。
热机的性能指的是热能转化为功的效率，即热机的功输出与输入热量之比。
在热机中，机器从高温热源吸收热量，然后通过一些热力学过程将部分热能转化为功，并且把其余热量排出到低温热源中。
因此，热机的热效率通常由下式计算：η=(W/Q1)其中，η表示热机的热效率，W表示热机输出的功，Q1表示从高温热源得到的热量。
从上式可以看出，热机的热效率取决于两者之比，这也是热机性能的基本参数。
此外，在实际热机中，热机的性能还涉及到其输出功率、发热量、热损失等参数。
二、制冷机的性能与效率制冷机是将热能从低温环境中抽取出来，使之变为制冷的装置。
最常见的制冷机是家庭空调、冰箱和冷冻机等。
制冷机的性能指的是它们的制冷效率，即它们从低温环境中抽取的热量与所消耗的功之比。
其计算公式如下：ε=(Q2/W)其中，ε表示制冷机的制冷效率，Q2表示从低温环境中抽取的热量，W表示消耗的功。
与热机类似，制冷机的制冷效率取决于消耗的功与从低温环境中抽取的热量之比。
三、热机与制冷机的效率比较从热机和制冷机的效率公式可以看出，它们的效率计算方式是相似的，只是输入和输出的热量正好相反。
但是，实际上，制冷机的效率往往比热机低得多。
这是因为热机从高温热源中吸收热量，最终把其余的热量排出到低温环境中，所以热机的热效率可以达到60%左右。
而制冷机则是从低温环境中渗透热量，它的制冷效率往往不到30%。
此外，对于一个固定的低温环境，制冷机的性能也很难提高。
这是因为，低温环境越低，抽取的热量就越小，因此所需要的功就越多，同时制冷效率也变得越低。
热学之热机与制冷机
（1）在活塞A和多孔塞之间充有(P1,V1,T1 )的气体，而活塞B紧 贴多孔塞；
（2）实验时以外压强P1推动活塞A向右缓慢移动使气体经过多孔 塞流向压强较小的多孔塞右边区域，并给活塞B以向左的较低外 压强P2并让B也缓慢向右移动，以维持流过多孔塞的气体压强为
较低的P2 ；
由于多孔塞对气体的较大阻滞作用，从而能够在多孔塞两边维持
P a Q1
注意： ❖ Q1高温热源放热; ❖ Q2低温热源吸热; ❖ Q1, Q2均取绝对值. O
b Q2 循环曲线 V
关于热泵：是利用致冷机对室内供热的一种设备。
把室内空气作为致冷机的高温热源，而把室外的空气
看作低温热源，则在每一循环内，把从低温热源吸取
的热量Q2和外界对系统所作的功A，一起送到室内。 所以室内得到的热量为
若采取（2）方案将低温热源温度降低到环境温 度以下，又必需使用致冷机。因此，实用上，从节能 方面综合考察，以方案（1）为好。
例5 : 1mol 理想气体在 400K 与 300K 之间完成一 卡诺循环，在等温线上，起始体积为 1L ，最后体 积为5L，试计算在此循环中所作的功，以及高温热 源吸收的热量和传给低温热源的热量。
100%地转化为有用功。
循环效果：利用高温热源吸收的热能对外作功。
热机效率定义：在一周循
环过程中，工作物质对外 P 所作的功A’占从高温热源吸 a Q1
收的热量Q1的比例，即
A' Q1 Q2 1 Q2
Q1 Q1
Q1
O
Q2
b
循环曲线 V
注意： ❖ Q1高温热源吸热; ❖ Q2 低温热源放热; ❖ Q1, Q2均取绝对值.
p a
3p1 pe p1 c
热机与制冷机效率公式
热机与制冷机效率公式
热机效率公式:n=Q有/Q放×100%。
热机是利用内能来做功的机器。
热力学定律的发现与提高热机效率的研究有密切关系。
热机效率公式是什么
是指热机工作部分中转变为机械功的热量和工质从发热器得到的热量的比。
如果用n t表示，则有nt=W/Q1=Q1-Q2/Q1=1-Q2/Q1。
从式中很明显地看出Q1越大，Q2越小，热效率越高，这是热机效率中的主要部分，它表明了热机中热量的利用程度。
热机的机械效率是指推动机轴做功所需的热量和热机工作过程中转变为机械功的热量的比，如果用nm表示，则有m=Q3/Q1-Q2等。
热机效率公式应为=Q有/Q放×100%
热机介绍
热机在人类生活中发挥着重要的作用。
现代化的交通运输工具都靠它提供动力。
热机的应用和发展推动了社会的快速发展，也不可避免地损失部分能量，并对环境造成一定程度的污染。
热机是利用内能来做功的机器。
热机的工作原理:由内能通过做功转化为机械能（例:酒精燃烧，化学能转化为内能，热量传给水，水沸腾后将瓶塞顶出去，水蒸气的一部分内能转化为瓶塞的机械能。
热机效率和制冷机效率比较
热机效率和制冷机效率比较18世纪第一台蒸汽机问世后，经过许多人的改进，特别是纽可门和瓦特的工作，是蒸汽机成为普遍适用与工业的万能原动机，但其效率却一直很低，只有3%~5%左右，95%以上的热量都未被利用，其它热机的效率也普遍不高，譬如：液体燃料火箭效率48%，柴油机效率37%，汽油机效率25%等等。
而制冷机是19世纪50年代法国的卡雷兄弟先后成功一硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机研制而成，随后出现了蒸汽喷射式制冷机，到1930年出现了氟利昂制冷剂压缩式制冷机的迅速发展，至1945年，美国研制成功溴化银吸收式制冷机。
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方案和基本结构，根据热机的基本工作过程，研究了一种理想热机的效率，这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限度地用来对外做有用功，且该热机效率与工作物质无关，仅与热源温度有关，即卡诺定理，从而为热机的研究工作确定了一个正确的目标。
热机及其效率热机是指把持续将热转化为功的机械装置，热机中应用最为广泛的是蒸汽机。
一个热机至少应包括以下三个组成部分：①循环工作物资；②两个或两个以上的温度不同的热源，使工作物资从高温热源吸热，向低温热源放热；③对外做功的机械装置。
热机的简化工作原理图如图一所示。
热机效率，考虑仅与两个热源接触的情形。
对于一个热机，由热力学第二定理知:不可能从单一热源吸热，不需对外放热，而使之全部变成有用功而不产生其它影响。
由此知，热机不可能将从高温热源吸收的热量全部转化为功，即热机效率不可能达到100%，这样就存在热机效率的高低。
设热机效率用η热表示，1Q `2Q 分别表示热机循环中高温热源所放出的热量及低温热源所吸收的热量。
W 对外表示热机对外做的功，则有：1W =Q η对外热 （1）由于整个循环中，系统回到原状态，知U=0∆。
由热力学第一定理U=Q+W ∆ （2）12W =Q -Q 有用 （3）将(3)代入(1)得：12211Q -Q Q==1-Q Q η热 (4)对于卡诺热机有32221212121411122221111111V V V VRT ln-RT ln RT ln -RT ln Q -Q Q -Q V V V V T -T T======1-V V Q Q T T RT ln RT ln V V υυυυηυυ吸放卡热吸（5）对于两个以上热源接触情形。
热机制冷机以及卡诺循环
热机制冷机以及卡诺循环热机是指一种将热能转化为机械能的设备或系统。
而制冷机则是指一种将热能从低温区域传递到高温区域的设备或系统。
在研究热力学过程中，我们经常会涉及到热机制冷机以及卡诺循环这些概念。
热机是基于一个基本原理工作的：热流从高温区域流向低温区域。
在热机中，燃料或其他能源被燃烧或转化为热能，然后通过热交换的方式将热能转化为机械能。
常见的热机包括汽车引擎、蒸汽轮机和发电厂发电机等。
热机的效率通常通过热机工作所做的工作和从热源中吸收的热能之比来衡量。
制冷机与热机相反，它将热能从低温区域传递到高温区域。
制冷机通常有一个冷凝器和一个蒸发器，通过工质的循环来实现。
在制冷机中，工质从低温区域的蒸发器中吸收热量并蒸发，然后通过压缩来增加其压力和温度，最后在冷凝器中释放热量并凝结。
这种热传递过程导致低温区域的温度下降，实现制冷的效果。
卡诺循环是一个理论上的热力学循环，描述了一个完美的热机或制冷机能达到的最大效率。
卡诺循环包括四个步骤：绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩和等温压缩。
在绝热膨胀中，热机从高温热源吸收热量，压力和温度都下降；在等温膨胀中，热机与热源保持等温接触，完成功；在绝热压缩中，热机向冷源释放热量，压力和温度都上升；在等温压缩中，热机与冷源保持等温接触。
整个卡诺循环是在热机与热源、制冷机与冷源之间交替进行的。
卡诺循环的效率由其热机和制冷机的温度差决定。
热机的效率可以用1减去制冷机效率的倒数来表示。
在实际应用中，热机和制冷机的效率往往比卡诺循环要低，这是由于存在内部耗散、摩擦、流体不可压缩等因素所导致的。
总之，热机制冷机以及卡诺循环是研究热力学过程中重要的概念。
热机将热能转化为机械能，而制冷机将热能从低温区域传递到高温区域。
卡诺循环则描述了一个完美的热机或制冷机能够达到的最大效率。
这些概念的理解有助于我们更好地理解能源转换和制冷技术的原理与性能。
热力学循环热机和制冷机的工作原理
热力学循环热机和制冷机的工作原理热力学循环热机和制冷机是以热力学定律为基础，通过热能传递与转化，实现能量转换的设备。
它们分别用于产生功或者提供冷却效果，被广泛应用于工业生产和生活中。
本文将介绍热力学循环热机和制冷机的工作原理。
热力学循环热机：热力学循环热机是以热能转化为机械能的装置，常见的例子有汽车发动机和蒸汽机。
它们依靠工质在不同温度下的热力变化来完成循环过程。
热力学循环热机的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 压缩：在这一步骤中，工质接收外界的功，使其体积减小，同时温度升高。
这是通过将工质置于高压环境中，并用活塞或涡轮等装置进行压缩来实现的。
2. 加热：在这一步骤中，经过压缩的工质与高温热源接触，吸收热量并进行热交换。
这使得工质温度进一步升高，同时增加了其内能。
3. 膨胀：在这一步骤中，经过加热的工质使活塞或涡轮等装置运动，产生机械功。
同时，工质的体积增大，温度下降。
4. 冷却：在这一步骤中，工质接触冷却介质，将部分热量传递给冷却介质，使工质温度进一步降低。
通过以上步骤的循环，热力学循环热机可以不断将热能转化为机械能，实现能量的转换。
它们的效率通常由工质的性质和循环过程的优化程度决定。
制冷机：制冷机是以外界的能量为驱动力，将热量从低温环境吸收并放出到高温环境的装置。
它们常被用于冷藏冷冻、空调等领域。
制冷机的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 蒸发：在蒸发器中，制冷剂吸收低温环境的热量并蒸发，从而使低温环境的温度降低。
这是由于制冷剂的特性，在较低温度下吸收热量时会发生物理状态的变化。
2. 压缩：经过蒸发的制冷剂成为低温低压气体，进入压缩机。
在压缩机中，制冷剂吸收外界的功，并被压缩成高温高压气体。
3. 冷凝：高温高压的制冷剂通过冷凝器，与较高温度的环境接触，放出热量并冷凝成液体。
4. 膨胀：压缩过程后的制冷剂进入膨胀阀，使其压力降低，进而降低温度。
通过以上步骤的循环，制冷剂不断吸收热量并释放热量，在低温环境和高温环境之间实现热量转移。
热机制冷机以及卡诺循环课件
热机制冷机与卡诺循环的应用案例
制冷设备
热机制冷机在制冷设备领域应用广泛，如冰箱、空调、冷藏 箱等。通过与卡诺循环的结合，可以进一步提高设备的制冷 效率和能耗表现。
能源转换领域
除了制冷设备，热机制冷机和卡诺循环还可以应用于能源转 换领域。例如，可以利用热力学原理将太阳能转换为电能或 热能，提高能源的利用效率。
能量利用
热机制冷机主要利用电能或热能来驱动制冷过程，而卡诺循环则关 注将热能转化为机械能或电能，两者都涉及到能量的有效利用。
优化与控制
为了提高制冷效率或能量转换效率，需要对热机制冷机和卡诺循环进 行优化和控制。
热机制冷机与卡诺循环的结合方式
01
卡诺循环驱动热机制冷机
通过将卡诺循环与热机制冷机结合，可以利用热力学原理实现制冷效果
05
热机制冷机与卡诺循 环的发展趋势与挑战
热机制冷机与卡诺循环的发展趋势
技术进步
随着科学技术的发展，热机制冷机和卡诺循环的理论与技术也在 不断进步，包括提高能效、降低成本等方面。
应用领域扩展
随着全球气候变化和能源问题的加剧，热机制冷机和卡诺循环在节 能减排、可再生能源等领域的应用前景广阔。
智能化发展
卡诺循环是一种由两个可逆过程 组成的理想循环，包括可逆吸热
过程和可逆放热过程。
卡诺循环原理
基于热力学第二定律，卡诺循环 通过将热量从高温热源传递到低
温热源，同时输出有用功。
卡诺循环的限制
实际应用中，由于摩擦和热漏等 原因，卡诺循环的效率会受到限
制。
卡诺循环的流程图解
流程图解
卡诺循环由两个可逆过程组成，分别是可逆吸热过程和可 逆放热过程。每个过程都可以通过一个理想气体状态图来 描述。
热力学中的热机和制冷机
热力学中的热机和制冷机热力学是研究物质和能量之间相互转化关系的学科，其中热机和制冷机是热力学领域中重要的研究对象。
热机和制冷机在能源利用和环境保护方面具有重要的意义，该文将从热机和制冷机的基本原理、工作循环和实际应用等方面论述。
1. 热机的基本原理热机是将热能转化为机械能的装置。
根据热力学第一定律，能量守恒，热能输入和输出必须达到平衡。
而根据热力学第二定律，热量从高温区域自发地流向低温区域。
基于这两个定律，人们研发出各种热机，如蒸汽机、内燃机等。
2. 热机的工作循环热机的工作循环是热机工作过程的周期性重复。
最常见的热机工作循环是卡诺循环。
卡诺循环由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。
在等温过程中，热机吸收热量；在绝热过程中，热机没有任何热交换。
通过这种工作循环，热机可以高效地将热能转化为机械能。
3. 热机的应用热机在交通运输、工业生产、能源供应等方面都有广泛的应用。
例如，内燃机在汽车、飞机和发电机中发挥着重要的作用。
蒸汽机则被广泛应用于火力发电厂和工业生产过程中。
这些热机的应用不仅带动了经济的发展，而且对环境产生了一定的影响。
4. 制冷机的基本原理制冷机是将低温区域的热量转移至高温区域的装置。
制冷机运行的基本原理是根据热力学第二定律，利用外界做功的形式，将热量从低温区域吸收，再放出到高温区域。
制冷机必须通过降低低温区域的温度，使其比高温区域低，才能使热量自发地从低温区域流向高温区域。
5. 制冷机的工作循环最常见的制冷机工作循环是蒸氨吸收式制冷循环。
该循环由蒸发、吸收、冷凝和脱附四个过程组成。
在蒸发过程中，制冷剂从液体相转变为气体相，吸收低温区域的热量。
在吸收过程中，制冷剂与吸收剂反应形成溶液，释放出热量。
在冷凝过程中，制冷剂从气体相转变为液体相，将热量放出到高温区域。
在脱附过程中，制冷剂从溶液相转变为气体相，重新回到蒸发器中。
6. 制冷机的应用制冷机广泛应用于食品冷藏、空调、制冷航天器等领域。
热力学循环热机和制冷机的原理和应用
热力学循环热机和制冷机的原理和应用热力学循环热机和制冷机是基于热力学原理运作的设备，它们在能量转换和温度控制方面发挥着重要作用。
本文将介绍热力学循环热机和制冷机的原理和应用。
一、热力学循环热机的原理和应用热力学循环热机基于热力学第一定律和第二定律的原理工作，可将燃料等能源转化为机械能。
它包括工质在高温热源吸热、做功、在低温热源放热等多个过程，以完成循环工作。
其原理主要有以下几个步骤：1. 热力学循环热机开始于高温热源，工质吸热并获得能量。
2. 工质通过燃料的燃烧或其他能源的转化，释放热量用于做功。
3. 工质完成做功后，通过冷却系统将余热放入低温热源中。
4. 经过冷却的工质回到初始状态，准备下一次循环。
热力学循环热机常见的应用有内燃机、汽轮机、蒸汽机等。
这些设备广泛应用于发电厂、交通运输工具和工业生产中，是现代社会中不可或缺的能源转换装置。
二、制冷机的原理和应用制冷机是一种利用热力学原理进行制冷的装置，通过吸热、压缩、冷却和膨胀等过程实现温度调节。
其原理主要有以下几个步骤：1. 制冷机通过蒸发器中的制冷剂与空气接触，吸收空气中的热量，使空气温度下降。
2. 吸热后的制冷剂被压缩机压缩，使其温度和压力升高。
3. 经过冷凝器和冷却风扇的冷却，制冷剂释放热量，温度下降。
4. 经过膨胀阀，制冷剂压力降低，回到蒸发器，准备下一次制冷循环。
制冷机主要应用于家用和商用制冷设备，如冰箱、空调等。
此外，一些特殊行业，如医药、食品和化工等也广泛使用制冷机设备，用于控制温度、湿度、保鲜和冷冻等。
三、热力学循环热机和制冷机的应用案例1. 热力学循环热机的应用案例：汽车发动机汽车发动机是一种热力学循环热机的典型应用。
通过燃料的燃烧，汽车发动机将热能转化为机械能，带动车辆运行。
同时，通过冷却系统将余热排出，保持发动机运行稳定。
2. 制冷机的应用案例：冷链物流冷链物流是一种通过制冷机设备控制商品温度的物流方式。
通过制冷机设备实现商品的冷藏、冷冻和恒温，确保商品在运输和储存过程中的质量和安全。
热机效率和制冷机效率比较
热机效率和制冷机效率比较18世纪第一台蒸汽机问世后，经过许多人的改进，特别是纽可门和瓦特的工作，是蒸汽机成为普遍适用与工业的万能原动机，但其效率却一直很低，只有3%~5%左右，95%以上的热量都未被利用，其它热机的效率也普遍不高，譬如：液体燃料火箭效率48%，柴油机效率37%，汽油机效率25%等等。
而制冷机是19世纪50年代法国的卡雷兄弟先后成功一硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机研制而成，随后出现了蒸汽喷射式制冷机，到1930年出现了氟利昂制冷剂压缩式制冷机的迅速发展，至1945年，美国研制成功溴化银吸收式制冷机。
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方案和基本结构，根据热机的基本工作过程，研究了一种理想热机的效率，这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限度地用来对外做有用功，且该热机效率与工作物质无关，仅与热源温度有关，即卡诺定理，从而为热机的研究工作确定了一个正确的目标。
热机及其效率热机是指把持续将热转化为功的机械装置，热机中应用最为广泛的是蒸汽机。
一个热机至少应包括以下三个组成部分：①循环工作物资；②两个或两个以上的温度不同的热源，使工作物资从高温热源吸热，向低温热源放热；③对外做功的机械装置。
热机的简化工作原理图如图一所示。
热机效率，考虑仅与两个热源接触的情形。
对于一个热机，由热力学第二定理知:不可能从单一热源吸热，不需对外放热，而使之全部变成有用功而不产生其它影响。
由此知，热机不可能将从高温热源吸收的热量全部转化为功，即热机效率不可能达到100%，这样就存在热机效率的高低。
设热机效率用η热表示，1Q `2Q 分别表示热机循环中高温热源所放出的热量及低温热源所吸收的热量。
W 对外表示热机对外做的功，则有：1W =Q η对外热 （1）由于整个循环中，系统回到原状态，知U=0∆。
由热力学第一定理U=Q+W ∆ （2）12W =Q -Q 有用 （3）将(3)代入(1)得：12211Q -Q Q==1-Q Q η热 (4)对于卡诺热机有32221212121411122221111111V V V VRT ln-RT ln RT ln -RT ln Q -Q Q -Q V V V V T -T T======1-V V Q Q T T RT ln RT ln V V υυυυηυυ吸放卡热吸（5）对于两个以上热源接触情形。
热机制冷机以及卡诺循环
其中，TA为燃料燃烧前的温度， TA为燃料燃烧 后的温度；V1为气体压缩前的体积，V2为气体压缩后 的体积。
25
提高汽车发动机效率的途径
（1）提高高温热源的温度（发动机本身的温度）， 陶瓷外壳的发动机
（2）提高发动机的压缩比（用压缩前的气缸总容积 与压缩后的气缸容积）
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4.卡诺逆循环与卡诺制冷机
4. 正循环过程的功能转换 对如图示的正循环，由
P 1
Q吸 正循环
1→2的膨胀过程中系统对
外作正功
W1 膨胀曲线12下的面积
由2 →1的压缩过程中系统
对外作负功
o
W2 压缩曲线21下的面积
Q放 V1
W 2
V V2
正循环过程中，系统对外作的总功（净功）为：
W W1 W2 闭循环曲线所围面积 0 可见，正循环过程中系统对外作正功。
3.电冰箱工作原理
冷凝器
节流阀 冰室
压缩机
冰箱循环示意图
四、供暖系数
室内
空调机不仅可以制
冷，而且也可制热。将 其称为热泵。
高温热源T1
Q放
热泵
热泵是通过外界作功，
W
将低温源（室外）的热量 泵到高温源（室内），与 制冷机顺序相反。
Q吸
低温热源T2
室外
1.供暖系数
室内
如果外界做一定的功，泵到
高温源的热量越多，供暖系
3 4 等温收缩过程
o
Q2
m M
RT2
ln
V4 V3
m M
RT2
ln
V3 V4
4
T2
放热
3 V
W2 Q2 0
2 – 3的绝热膨胀过程 Q23 0 W23 0
热机与制冷机的工作原理
热机与制冷机的工作原理热机和制冷机是两种常见的能源转换设备，它们的工作原理涉及到热力学和热传递领域。
下面将就热机和制冷机的工作原理进行更详细的说明。
1. 热机的工作原理热机是将热能转化为机械能的设备，其工作过程包括吸热、做功和排热三个步骤。
最常见的例子是内燃机和蒸汽机。
（1）吸热热机的工作过程开始于吸热阶段，也即通过吸收热能来驱动工作物质（例如燃料或蒸汽）。
这个过程中，热机与高温热源接触，从而使高温热源向工作物质传递热能。
吸热的方式取决于热机的类型，常见的方式有燃烧燃料、从高温热源吸收蒸汽或燃料的热能等。
（2）做功在吸热后，高温热源向工作物质传递热能，使其膨胀，并通过某种机械装置产生机械功。
这个过程可以是活塞在缸中运动、涡轮机中的转子转动等。
机械功的产生是通过运动中的压力差或流体的转动产生，将热能转化为机械能。
这种机械能可以用来驱动发电机产生电能、使车辆运行等。
（3）排热一旦完成做功阶段，工作物质的温度下降，此时需要将其与低温环境作接触，从而使热能从工作物质传递到低温环境。
这个过程称为排热，常见的排热方式包括散热器、冷却塔等。
通过排热将高温工作物质中的剩余热量传递出去，使之循环使用。
总结而言，热机的工作过程实现了热能转化为机械能的目标。
通过不断循环运行工作物质，能够持续输出机械能。
热机的效率可以通过热效率来衡量，其定义为做功与吸热之比，即η= 做功/ 吸热。
热机性能越高，其热效率越高。
2. 制冷机的工作原理制冷机是将低温环境中的热能转移到高温环境中，从而实现制冷效果的设备。
制冷机广泛应用于家用冰箱、空调等领域。
（1）压缩制冷机的工作过程开始于压缩阶段，也即通过压缩制冷剂来提高其温度和压力。
一个典型的制冷循环包括四个步骤：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。
在压缩阶段，制冷剂被压缩，使其温度升高。
这个过程需要消耗机械能来实现，例如压缩机的工作。
（2）冷凝压缩后的制冷剂，高温高压的气体经过冷凝器（换热器），与外界环境接触，从而使其释放热量。
热力学中的热机与制冷
热力学中的热机与制冷热力学是研究能量与热量转化的学科，其中热机和制冷是热力学中的重要概念。
热机是使用热能转化为机械能的设备，而制冷是利用外部能量从一个低温区域将热量转移到高温区域的过程。
本文将详细介绍热力学中热机和制冷的原理及其应用。
一、热机热机是通过能热量转化为机械能的设备。
它根据工作经过的不同，可以分为循环热机和非循环热机两种类型。
1. 循环热机循环热机是通过工作物质以闭合的循环形式进行能量转化的设备。
其典型代表是蒸汽机和内燃机。
蒸汽机是利用蒸汽的压力将活塞推动产生机械能的机器，内燃机则是利用燃烧产生的高压气体推动活塞运动。
这两种循环热机的基本工作原理都是经过一定的循环过程，从而使热量转化为机械能。
2. 非循环热机非循环热机是指工作物质不以闭合的循环形式进行运行的热机。
典型的非循环热机有燃气轮机和蒸汽轮机。
燃气轮机通过燃烧产生的高压气体推动涡轮旋转，从而产生机械能。
蒸汽轮机也是利用蒸汽的压力推动涡轮旋转的热机。
非循环热机的特点是热力过程不形成循环。
二、制冷制冷是将热量从低温区域转移到高温区域的过程。
它的基本原理是利用外部能量驱动热量的传递。
制冷设备通常由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置等组成。
1. 压缩机压缩机是制冷循环中最重要的设备之一。
它的作用是将制冷剂蒸汽从低温低压状态压缩成高温高压状态，从而提高其温度。
2. 蒸发器蒸发器是制冷循环中的热交换器，用于吸收外部的热量。
当制冷剂通过蒸发器时，它从高压状态变为低压状态，并吸收周围环境的热量，使环境温度下降。
3. 冷凝器冷凝器是制冷循环中热交换器的另一个组成部分，用于释放热量。
制冷剂在冷凝器中被冷却并压缩，从而使其温度升高，并向外界释放热量。
4. 节流装置节流装置通常是制冷循环中的一个小型孔或阀门，用于调节制冷剂的流速和压力。
它起到限制制冷剂流动的作用，使其通过节流装置后温度和压力下降。
热力学中的热机和制冷在现代工农业生产中有着广泛的应用。
热机广泛用于发电厂、工厂和交通运输工具中，将热能转化为机械能，提供动力。
热机与制冷：工作原理与效率
冷却过程：制冷 剂吸收热量，将 热量传递给冷凝 器，再通过散热 片将热量散发到
空气中
温度控制：通过 调节制冷剂循环 量和散热片散热 量，控制蒸发器 和冷凝器的温度
效率：制冷效率 取决于制冷剂的 循环量、散热片 的散热量以及蒸 发器和冷凝器的
传热效率
提高制冷效率的方法
优化制冷系统设计：采用先进的制冷技术，提高系统的能效比。 定期维护保养：对制冷系统进行定期检查和维护，确保设备正常运行。 控制运行环境：保持室内外空气流通，减少外部热源对制冷效果的影响。 合理使用：根据实际需要调整制冷温度和风量，避免不必要的能源浪费。
热机与制冷的应用场景：热机主要用于驱动机械设备，如汽车、发电机等；制冷机主 要用于冷却和维持低温环境，如家用空调、冰箱等
效率的比较
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热机效率：热机将燃料中的化学能转化为机械能的效率，受到热力学第二 定律的限制，通常低于100%。
制冷效率：制冷机将电能转化为低温冷量的效率，受到制冷循环和热力学 第二定律的限制，通常在30%~60%之间。
制冷的应用
食品保鲜与冷藏
医疗领域的低温手术和保存 器官
空调与制冷设备
工业领域的制冷工艺
热机与制冷的比 较
工作原理的比较
热机工作原理：利用燃料燃烧产生的热能转化为机械能
制冷工作原理：通过制冷剂在蒸发器、冷凝器等部件中循环，吸收热量并排放到外部， 从而实现制冷效果
热机与制冷效率的比较：热机的效率通常高于制冷机，但制冷机在特定条件下（如高 温、高压）也能达到较高的效率
内燃机是指燃料在内部燃烧，直接产生高温高压的燃气，推动活塞或转子做功，如汽油机、柴油 机等。
热机的工作过程
热力学循环的应用了解热机和制冷器的工作原理
热力学循环的应用了解热机和制冷器的工作原理热力学循环的应用：了解热机和制冷器的工作原理热力学循环是研究能量转化和热力学过程的重要领域，对于理解热机和制冷器的工作原理至关重要。
本文将介绍热力学循环的基本概念，并以热机和制冷器为例，详细解析其工作原理。
一、热力学循环的基本概念热力学循环是指在一定压力和温度条件下，通过一系列的热力学过程，使能量在系统中循环转化的过程。
热力学循环常见的分类包括热机循环和制冷循环两种。
热机循环是指将热能转化为机械能的循环过程，常见的热机循环包括卡诺循环、斯特林循环和奥托循环等。
制冷循环则是将热能从低温环境中吸收，放热到高温环境，实现对对象的制冷。
二、热机的工作原理1. 卡诺循环卡诺循环是热力学循环中最理想的循环，可将热能转化为最大的机械能。
卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
在等温过程中，热能会被吸收和释放，而绝热过程则不需要与外界交换热量。
卡诺循环的工作原理如下：首先，热源将热量传递给工作物质，在等温膨胀过程中，工作物质吸收热量并做功；接着，在绝热膨胀过程中，工作物质继续膨胀，但不与外界交换热量；然后，在等温压缩过程中，工作物质释放热量，并继续做功；最后，在绝热压缩过程中，工作物质继续压缩，但不与外界交换热量。
通过这样的循环，系统实现了热能到机械能的转化。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种外燃循环，工作物质在两个恒温过程中进行等体加热和等体冷却，而在绝热过程中膨胀和压缩。
斯特林循环通过连续的膨胀和压缩过程，将热能转化为机械能。
斯特林循环的工作原理如下：首先，通过等体加热过程，工作物质吸收热量并膨胀；接着，在绝热膨胀过程中，工作物质对外界做功；然后，通过等体冷却过程，工作物质释放热量并压缩；最后，在绝热压缩过程中，工作物质继续对外界做功。
通过这样的循环，系统实现了热能到机械能的转化。
3. 奥托循环奥托循环是内燃机的基本循环，应用于汽车发动机等领域。
奥托循环由四个过程组成，包括进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
热机制冷机的原理
热机制冷机的原理
热机制冷机的工作原理可以概括为以下几点:
一、基本结构
主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等组成循环流程。
还需加入冷媒、润滑油等工作介质。
二、压缩机工作原理
1. 吸入低压低温气态冷媒。
2. 压缩气体,压缩过程放出热量。
3. 压缩后输出高温高压气体冷媒。
三、冷凝器工作原理
1. 高压气体进入,受周围空气冷却。
2. 气体压缩热释放,气体温度下降。
3. 气体状态变为液体,为高压液态冷媒。
四、膨胀阀工作原理
1. 高压液体进入阀组,压力急速下降。
2. 液体吸热且部分汽化,温度降低。
3. 输出低温低压的液气混合冷媒。
五、蒸发器工作原理
1. 冷媒受周围环境吸热蒸发。
2. 蒸发吸热,从而降低被冷却空间温度。
3. 气体冷媒再次进入压缩机,完成一个循环。
通过压缩机和膨胀阀的压强转换,热机制冷机实现了热量从低温区域转移到高温区域,达到冷却作用,是常见的制冷技术之一。
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在循环中工作物质从T1 热源吸 热Q1，向T2 热源放热Q2 ，向外输 出功W ’。现在研究以理想气体
为工作物质的卡诺循环的效率。
卡诺循环过程分析：
1-2等温膨胀过程中吸热
Q1
RT1
ln
V2 V1
2、热机循环
热机(heat engine)是工作物质从高温热源吸热，同 时向低温热源放热并对外界做功的机械。
所谓循环过程是指系统(即工作物质)从初态出发经历一 系列的中间状态最后回到原来状态的过程。
如图表示理想气体任意一个准静态热
机循环过程。由图可见，任何热机不
可能仅吸热而不放热，也不可能只与
一个热源相接触。
1897年最早制成了以煤油为燃料的内燃机，以后改用 柴油为燃料，这就是我们通常所称的柴油机(Diesel engine)。
其简化循环称为狄塞尔循环也称为定压加热循环。
狄塞尔柴油机的循环：
Q1 C p,m (T3 T2 ),
Q2 CV ,m (T1 T4 )
Q1 Cp,m (T3 T2 ) Q2 CV .m (T1 T4 )
故其效率可大于奥托循环。
• 柴油机比汽油机笨重而能 发出较大 功率，因而常用作大型卡车、工程机 械、机车和和船舶的动力装置。
T2 (V1 ) 1 及 T3 (V1 ) 1
T1 V2
T4 V2
T2 T3 T3 T2
T1
T4
T4 T1
1
1 T4 T1 T3 T2
1 T1 T2
1
V1 V2
1 K1
K V1 V2
热 1 K 1
1、定体加热循环(奥托循环) 德国工程师奥托(Otto,1832-1891)于1876年仿效卡诺循
环设计使用气体燃料的火花塞点火式四冲程内燃机。 所使用的工作物质主要是天然气体及汽油蒸汽，这种内
燃机也称为汽油机(gasoline engine)。
奥托起油机的循环：
在(2-3)等体吸热Q1 ，(4-1)等体 放热Q2 。 设气体定体摩尔热容为CV.m 则
Q1 CV ,m (T3 T2 )
Q2 CV ,m (T1 T4 )
Q1 CV ,m (T3 T2 ) Q2 CV ,m (T1 T4 )
1 Q2 1 T4 T1
Q1
T3 T2
因为(1-2)和(3-4)是绝热过程，由TVγ -1=常数可知
卡热
T1 T2 T1
1 T2 T1
可得卡诺热机效率为
Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
要提高卡诺热机效率应尽量提高高温热源温度或尽量降
低低温热源温度。
注意：
（1）而低温热源最低温度常是室温或江、河、地下水的水 温 ，提高热机效率的主要途径是升高高温热源温度。 （2）蒸汽机中加上一过热器，使湿蒸汽变为干蒸汽，不仅 利于它在绝热膨胀降温后不会有水冷凝出而且这样能有效 升高蒸汽压强，以便升高蒸汽温度。 （3）目前30万kW汽轮机的蒸汽压强在20Mpa以上，蒸汽温 度为400℃ 以上，这种蒸汽称为亚临界状态的蒸汽，其排 气温度约200℃，热机效率为35-40%。超大型的汽轮机的高 温蒸汽将处于超临界状态，其效率将更高。
其中W ’为热机输出的净功, Q 1为热机从高温热源吸取
的总热量。
设系统向低温热源放的总热量为Q2，由于Δ U = 0，则 由 第一定律可得 W’=Q1-Q2
于是
Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
§4.6.2卡诺热机 (Carnot heat engine)
法国工程师卡诺在对蒸汽机所作的热力学研究时所采用的 方法与众不同，他对蒸汽机所作的简化、抽象十分彻底。卡 诺循环由两个可逆等温过程及两个可逆绝热过程组成。
其中 K = V1/V2 称绝热容积压缩比。 可见K 越大，效率越高。但过大的 K 将引起
所谓爆震现象，对机件保养不利。一般认为，
汽油机的 K 不能大于10。
假设K = 7，算得奥托循环的效率为=55%。
实际的汽油机其效率低于此数 ，一般最高仅 40%多左右。
2、定压加热循环(狄塞尔循环)
德国工程师狄塞尔(Diesel,1856-19 13)于1892年 提出了压缩点火式内燃机的原始设计。
所谓压缩点火式就是使燃料气体在气缸中被压缩到它 的温度超过它自己的点火温度(例如，气缸中气体温度 可升高到600-700℃，而 柴油燃点为335℃)。
这时燃料气体在气缸中一面燃烧，一面推动活塞对外 作功。
*§4.6.3内燃机循环
将燃料燃烧过程移到汽缸内部的热机称为内燃机 (internal combustion engine)
由于内燃机把燃烧移到气缸内部，与蒸汽机相比较可明 显升高高温热源温度，因而效率将高于蒸汽机。
内燃机主要有奥托循环(Otto cycle)与狄塞尔(Diesel cycle)循环两种形式。
循环过程的净功就是p-V图上循环曲
线所围的面积。
正循环
热机
循环
负循环
制冷剂
3、热机效率的定义
既然不可能把从高温热源吸的热量全部转化为有用功， 人们就必然关心燃料燃烧所产生的热中，或热机从高温热 源吸的热中，有多少能量转化为功。
热机的效率可定义为目的与代价的比。
热机效率η 定义为
η =W ’ /Q 1
3-4等温压缩过程中放热
Q2
RT2
ln V4 V3
2-3 、4-1为绝热膨胀过程。设气体的比热
容比为γ T 则 1V2γ -1=T2V3γ -1
于是
V2 (T2 )1/( 1) V3 T1
V1 (T2 )1/( 1) V4 T1
V2 V3 V1 V4
于是 Q1 T1
Q2 T2
Q1 Cp,m (T3 T2 ) Q2 CV .m (T1 T4 )
热
1
Q2 Q1
1 CV ,m (T4 T1) 1 T4 T1
C p,m (T3 T2 )
(T3 T2 )热Fra bibliotek1
1 ( 1)K 1
• 由于狄塞尔循环没有K＜10的限制，