大学物理课件---著名循环的计算-[福州大学...李培官]

今天是2020年4月10日星期五大学物理福州大学至诚学院---著名循环的计算大学物理教研室李培官5-2-3.著名循环的计算第五章.热力学基础3卡诺为热力学第二定律奠定了基础，为提高热机的效率指明了方向，为热力学的发展作出了杰出的贡献！卡诺（1796—1832）蒸汽机发明的初期，效率很低（约4%）。法国青年工程师卡诺不像别人那样着眼于机械细节的改良，而是从理论上对理想热机的工作原理去研究，提出了一种理想的由两个等温及两个绝热过程构成的循环__卡诺循环。4卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成.Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT一.卡诺循环的计算121TT卡诺热机效率Vop2TW1TABCD21TT致冷系数221212cQTQQTT5【例1】设氮气作卡诺循环。热源的温度为1270C，冷源的温度为70C，设p1=10atm，V1=10L，V2=20L，试求：①p2、p3、p4、V3、V4；②自高温热源吸收的热量；③一次循环中气体所作的净功；④循环效率。)atm(.8824334VVpp解：①)m(.)(33112123107848TTVV)atm(.)(4413223VVpp)m(.)(33112114103924TTVV)atm(52112VVpp(J)322111111lnln7.0210VVQRTpVVV②③(J)333223344lnln4.9310VVQRTpVVV(J)3122.0910AQQ④循环效率%301112121TTQQQAp1Vabcd2V3V4V12341Q2Q6【例2】一卡诺机在温度为400K和300K的两个热源之间运转，问(1)如果在每一循环中，该机从高温热源得到6000J的热量，其对外作净功多少？(2)如果该机反向运转，当作致冷机，从低温热源吸收6000J的热量，要向高温热源放热多少？(3)如果提高高温热源的温度，让热机仍工作在与(1)相同的两条绝热线之间，但每次循环净功比(1)增加20，求此时高温热源的温度。0012251)1(:TT解J150011QAQAJ450012AQQ3)2(212TTTw3212QQQwJ80001QJ18002.1,J4500)3(2AAQ作功每次循环放热仍为121450018001800TTK5.4611T7【例3】有一暖气装置如下：用一热机带动一制冷机，制冷机从河水中吸热而供给暖气系统中的水，同时暖气中的水又作为热机的冷凝器。热机的高温热源温度是210℃，河水温度是15℃，暖气系统的水温是60℃。设热机和制冷机分别以卡诺正循环和卡诺逆循环工作，暖气系统中的水得到的热量是煤所发热量的几倍？12/1TTC1121)/1(QTTQAC11212)/(QTTAQQ热机效率：热机做功：热机向暖气系统的水放热：1T2T3T解：设热机高温热源温度是，暖气系统水温是河水温度是，一个循环煤燃烧所发热量1Q8a1V43212V吸气排气绝热线VPo二.奥托循环的计算•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(gasolineengine)。奥托循环是由两个准静态绝热过程和两个准静态等体过程组成.9奥托循环【奥托循环演示动画】10【例4】四冲程汽油机的理想工作过程称为奥托循环。如下图，1-2和3-4为绝热过程，2-3和4-1为等体过程。定义压缩比。求：奥托循环的效率。12/rVV11解:由绝热方程可得13122132414TTTVTVTTTT对两个等体过程1,322,41()()VmVmQvCTTQvCTT故循环效率为41211213211111QTTVrQTTV奥托循环的效率只由压缩比r决定。12狄塞尔循环(定压加热循环)曲线是由绝热压缩、等压吸热、绝热膨胀和等容放热线构成。狄塞尔循环(定压加热循环)德国工程师狄塞尔(1856-1913)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。1897年最早制成了以煤油为燃料的内燃机，后改用柴油为燃料，这就是我们通常所称的柴油机。三.狄塞尔循环的计算13【例5】四冲程柴油机的理想工作过程称为狄塞尔循环。如下图，1-2为绝热压缩，2-3为等压膨胀，3-4为绝热膨胀，4-1为等体降压。已知压缩比，定压膨胀比为求：狄塞尔循环的效率。12/rVV32/VV14解:由等体过程和等压过程12112TVTV对等压过程和绝热过程1,322,41()()pmVmQvCTTQvCTT循环效率为,241321,()11()VmpmCTTQQCTT34311VTTV3232//TTVV413211TTTT154141222233//1111/1TTTTTTTTTT31232324(/)(/)/11/1TTTTTTTT1131322132//)/111(/VVVVVVVV1111r1132122231//)/11/(1VVVVVVVV由于狄塞尔循环没有K＜10的限制，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。16四.布莱顿循环的计算布莱顿循环是由两个准静态绝热过程和两个准静态等压过程组成.17【例6】燃气轮机的理想工作过程称为布莱顿循环。如下图，A-B为等压膨胀，B-C为绝热膨胀，C-D为等压压缩，D-A为绝热压缩。已知：TC=300K,TB=400K。试求：此循环的效率。pVABCDo18pVABCDo解：2111DCABQQQQ,,(1)()111()(1)DCpmCDCDCApmBABABBTTCTTTTTTCTTTTTTCCBBDDAATpTpTpTp1111,ABCDppppCDBATTTT(1)1125%(1)DCCCABBBTTTTTTTT19五.斯特林循环的计算斯特林循环是由两个准静态等温过程和两个准静态等体过程组成.20斯特林引擎（StirlingEngine），是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的封闭往复式发动机。它由苏格兰牧师斯特林提出。21【例7】逆斯特林循环是回热式制冷机的常用工作模式。如下图，1-2和3-4为等温过程，2-3和4-1为等体过程。求此循环的制冷系数。解：对两个等温度过程11112222lnlnVVQvRTQvRTVV两个等体过程热量交换相抵消，故制冷系数为221212QTQQTT22TipsforBetterLifefor2013欢迎指导今天是2020年4月10日星期五谢谢