卡诺循环笔记
一:卡诺循环

卡诺循环(Carnot cycle)
是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的,以分析热机的工作过程,卡诺循环包括四个步骤: 等温膨胀,
绝热膨胀,等温压缩,绝热压缩。即理想气体从状态1(P1,V1,T1)等温膨胀到状态2(P2,V2,T2),再从状态2绝热膨胀到状态3(P3,V3,T3),此后,从状态3等温压缩到状态4(P4,V4,T4),最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环。
卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率
ηt表示
卡诺循环
逆卡诺循环的热经济指标用卡诺制冷系数
ε表示
卡诺循环
或用卡诺供暖系数
ε′表示
根据热力学第二定律,在相同的高、低温热源温度
T1与
T2之间工作的一切循环中,以卡诺循环的热效率为最高,称为卡诺定理。卡诺循环具有极为重要的理论和实际意义。虽然,完全按照卡诺循环工作的装置是难以实现的,但是卡诺循环却为提高各种循环热效率指明了方向和给出了极限值。
二:热机效率

一些热机的热机效率
蒸汽机 百分之6~百分之15
蒸汽轮机
百分之25~百分之30
燃气轮机
百分之50~百分之60
汽油机
百分之20~百分之30
柴油机
百分之30~百分之45
喷气发动机
百分之50~百分之60
1:转变为有用功的热量跟燃料燃烧时放出的热量的比叫做热机的效率,也叫热机的有效效率。通常用百分数来表示。
T c
e = 1 —
_____________
T h
2:如何提高热机效率
1)保证活塞滑动灵活,并且密封性好
2)保证喷头无损,喷雾均匀
3)连杆转轴等处摩擦小
4)使用合适的燃料
5)对于不可避免的热能损失,可以用来加热水等其他用途
三:冷冻系数

制冷系数:是指单位功耗所能获得的冷量。也称制冷性能系数,是制冷系统(制冷机)的一项重要技术经济指标。制冷性能系数大,表示制冷系统(制冷机)能源利用效率高。这是与制冷剂种类及运行工作条件有关的一个系数,理论上的制冷性能系数可达2.5~5。由于这一参数是用相同单位的输入和输出的比值表示,因此为一无量纲数。
逆卡诺循环的制冷系数
COPk=q2/w0=q2/(q1-q2)=T2/(T1-T2)
T1:环境温度
T2:制冷温度
一定温度条件下,逆卡诺循环的制冷系数COPk最大,实际制冷循环的COP都小于COPk,COP可以小于1,也可以大于等于1.
T c
β=
____________
T h – T c
四.热泵
工作原理
热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水,或者是从工业生产设备中排出助工质,这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的;在小型空调器中,为了充分发挥它的效能,在夏季空调降温或在冬季取暖,都是使用同一套设备来完成的。在冬季取暖时,将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作,见图2一17。
热泵工作原理图
[1]
由图2—17中可看出,在夏季空调降温时,按制冷工况运行,由压缩机排出的高压蒸汽,经换向阀(又称四通阀)进入冷凝器,制冷剂蒸汽被冷凝成液体,经节流装置进入蒸发器,并在蒸发器中吸热,将室内空气冷却,蒸发后的制冷剂蒸汽,经换向阀后被压缩机吸入,这样周而复始,实现制冷循环。在冬季取暖时,先将换向阀转向热泵工作位置,于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽,经换向阀后流入室内蒸发器(作冷凝器用),制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热,将室内空气加热,达到室内取暖目的,冷凝后的液态制冷剂,从反向流过节流装置进入冷凝器(作蒸发器用),吸收外界热量而蒸发,蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入,完成制热循环。这样,将外界空气(或循环水)中的热量“泵”入温度较高的室内,故称为“热泵”。上海冰箱厂生产的CKT一3A型窗式空调器,就是一种热泵式空调器。
在图2—17的热泵循环中,从低温热源(室外空气或循环水,其温度均高于蒸发温度to)中取得Q。kcal/h的热量,消耗了机械功ALkcal/h,而向高温热源(室内取暖系统)供应了Qlkcal/h的热量,这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的,即Q1=Q0十AL
kcal/h
如果不用热泵装置,而用机械功所转变成的热量(或用电能直接加热高温热源,则所得的热量为ALkcal/h,而用热泵装置后,高温热源(取暖系统)多获得了热量:Q1—AL=Q0,
kcal/h
此一热量是从低温热源取得的,如果不用热泵装置,就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料,又可利用余热。
热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反,热机是利用高温热源的能量来产生机械功的,而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。
若热泵与热机具有两个相同的热源温度,则热机循环的热效率η=AL╱Q1;热机循环的能量指标----热量转换系数φ=Q1╱AL,故φ=1╱η
。η值总是小于1的,故φ值是大于1的。
若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度,则它们之间的关系为:φ=Q1╱AL=Q0+AL╱AL=ε+1,ε
是制冷机的制冷系数。由此可看出,热量转换系数的最小值是吁=1,在此极限情况下Q。=o,即没有从低温热源吸取热量。