热学 循环过程

作
原
汽缸
理 示 意 图
节
流
阀
低温热库T2
吸热Q2
五、逆循环（P－V图上逆时针的循环）——致冷循环
逆循环是利用外界做功从低温热库吸热，向高温热库放热 的机器。这样的机器称致冷机，如冰箱。
由热力学第一定律
放热Q1
P
ห้องสมุดไป่ตู้
b
aA
d
吸热Q2
o V1
c V2 V
致冷系数：
例2-9：一定量的理想气体经历如图所示的循
Q1
1
( T4 ( T3
T1 T2
) )
AD、BC是绝热过程
p2
T 1 3
p1
T 1 4
p2
T 1 2
p1
T 1 1
T3 T2 T4 T1
1
T1 T2
1
3 4
25 0 0
p
A
B
T2 T1D
Q1 T3
T4
Q2 C
V
p1T 恒量
§2-8 技术上的循环实例
一 . 内燃机 1. 定体加热循环---奥托 (Otto)循环
而是靠压燃； （2）吸入的不是混合气体而是空气。 仍有四个冲程： （1）吸气冲程 等压 （2）压缩冲程 绝热 （3）动力冲程（工作冲程） 先等压膨胀然后绝热膨胀 （4）排气冲程 等体放热
2）四冲程柴油内燃机采用狄塞尔循环 (Diesel)
=Q1
Q2 CV ,m ( T4 T1 )
1 Q2 1 T4 T1
=Q2
Q1
T3 T2
1-2 , 3-4 是绝热过程，由泊松公式
T V T V 1 11
1 22
T V T V 1 33
1 44
由泊松公式化简
T2 T3 T3 T2 T1 T4 T4 T1
1
1
1
T2 T1
历史上，热力学最初是在研究蒸汽机工作过程的基础上发 展起来的。
一、循环过程
P
b
若物质系统由某个状态出发，经过 任意的一系列过程，最后回到原来的状
aA c
态，这样的过程称为循环过程，或简称
d
循环。
o V1
V2 V
二、工作物质（工质）
在循环中被利用来吸收热量并 对外做功的物质系统称工作物质。
三、循环的特征 ：△U＝0
1
V1 V2
1
1 1 1
=Q1
=Q2
V2 V3
Cp Cv V1 V2
V4 V1
比热比 压缩比
Otto 循环效率与压缩比,比热比的关系
=1.4
2. 定压加热循环---狄塞尔(Diesel)循环
2、定压加热循环－狄塞尔（Diesel）循环 （四冲程柴油机）
1）特点： （1）燃料的燃烧不是靠火花点燃，
高温热源 T1
Q1 A
Q2
低温热源T2
3.第二类永动机能制成吗？
如果取消低温热库（Q2=0)
1
Q2 Q1
100%
这种从单一热源吸热全部用于对外做功的
热机，称为第二类永动机。
高温热源T1 Q1
p1 T1 Q1
2
工质 A
A
能实现吗?
V
逆循环——致冷循环
高温热库T1
冷凝器
致 冷
放热Q1
机
工
外界对气体做功A
Pc
吸热Q1
b
V2
热机循环效率：
d
放热Q2
a
V1 V
a→b绝热压缩过程： c→d绝热膨胀过程：
Pc
吸热Q1
b
V2
d
放热Q2
a
V1 V
绝热压缩比： V1 , 5 ~ 7
V2
1
1
1
当：
四冲程汽油内燃机
四冲程汽油内燃机采用 奥托循环(Otto)
Otto cycle
V
汽油机效率计算
Q1 CV ,m ( T3 T2 )
环过程。AD、BC是绝热过程。 AB、CD是等压 过程. 试求此循环的效率? 已知
T1 300K T2 400K
p
A
解：分析,AD、BC是绝热过 T2
程吸、放热仅在AB、CD
T1
D
Q1 C p,m ( T3 T2 )
Q2 C p,m ( T4 T1 )
B
Q1 T3
T4
Q2 C
V
1 Q2
工质复原内能不变， △U＝0，由热力学第一定律
吸热Q1
P
b
aA c
定义热机效率为：
d
放热Q2
o V1
V2 V
效率：在一次循环中，工质对外做的净功占它
吸收的热量的比率。
工质经历循环是任意的，包括非准静态过程。
2.正循环热机及其循环效率图示
pa
b
d c
V
A Q1
Q1 Q2 Q1
1
Q2 Q1
A 系统对外界作功 Q1 系统从外界吸热 Q系2 统向外界放热
传送带 锅炉
碾磨机 喷射给水器
空气
涡轮 水泵 发电机 水管
烟筒 现
代
火
力
发
电
除尘器
厂 结
冷凝塔 构
示
意
图
蒸
泵
锅炉
汽 机 工
高温热库T1 吸热Q1
活 塞
作
原 理
水箱
汽缸
示
意
图
（
1
泵
冷凝器
）
低温热库T2
蒸
泵
汽
机
工
作
原
水箱
理
示
意
图
()
2
泵
锅炉
吸热Q1
高温热库T1
气体膨胀做功A1
汽缸
低温热库T2 冷凝器
放 大气压，这过程近似于一个等体放 c 热过程（图中过程da） P
热
吸热Q1
b
e
d
放热Q2
a
V2
V1 V
奥托循环过程
排
由飞轮的惯性带动活塞，排出废气， 这是个等压过程（图中过程ae）。
Pc
气
吸热Q1
b
e
d
放热Q2
a
V2
V1 V
奥托循环效率
吸P c
气
吸热Q1
b
e
d
放热Q2
a
V2
V1 V
b→c等体吸热 d→a等体放热
蒸
泵
锅炉
汽
机 工
高温热库T1 吸热Q1
作
原
水箱
理
示
意
图
低温热库T2 放热Q2
()
3
泵
冷凝器
外界对气体做功A2 汽缸
实例：火力发电厂的热力循环
锅炉
汽轮机 A1 电力输出
p
p饱
Q1
冷凝器
Q2
水泵
O
A2 锅炉（高温热库）
A2 泵
T1 Q1
气 缸
A1
T2 Q2
冷凝器（低温热库）
Q1 绝热 A
|Q2| V
P-V图上的循环过程
如果循环的各阶段均为准静态过程，则循 环过程可用闭合曲线表示：
p
p
Q吸
Q放
A
A
Q放 V
Q吸 V
正(热)循环
逆(致冷)循环
系统对外界做净功A 外界对系统做净功A
A = Q吸－Q放
Q吸= Q放－A
四、循环效率
1.正循环（P－V图上顺时针的循环）
正循环是把热量持续地转化为功的机器，这种机器称热机。 例如：蒸汽机、内燃机、汽轮机等都是热机。
b
e
a
V2
V1 V
奥托循环过程
点 火P
c
爆炸时间短促，活塞 在这一瞬间移动的距 离极小，这近似是个
吸热Q1
等体吸热过程。
b
e
a
V2
V1 V
奥托循环过程
作P
压强随着气体的膨胀而降低， 爆炸后的作功过程可看成一绝
c热过程（图中过程cd）。
功
吸热Q1
d
b
e
a
V2
V1 V
奥托循环过程
开放排气口，使气体压强突然降为
吸气过程 压缩过程 作功过程 排气过程
摘 自 《 中 国 大 百 科 全 书 》
章 又 新 绘
奥进
托气
热阀
机 装 置 简 介
点 火 装 置
排
工
气
质
阀
活 塞
奥托循环过程
吸P 气
e
吸入燃料过程, 等压膨胀
a
V2
V1 V
奥托循环过程
压P 缩
压缩较快，气缸散热较慢， 可看作一绝热过程，温度 升高，压强增大。