§4.6循环过程

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1、热机发展简介1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.7/26/20211热机:持续地将热量转变为功的机器.7/26/20212冰箱循环示意图7/26/20213系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.由热力学第一定律特征一循环过程AB7/26/20214总放热（取绝对值）输出净功总吸热二热机效率和致冷机的致冷

2、系数热机（正循环）系统对外界做静功致冷机（逆循环）外界对系统做静功7/26/20215热机热机效率高温热源低温热源AB7/26/20216致冷机致冷系数致冷机高温热源AB低温热源7/26/20217例1汽油机可近似看成如图循环过程(Otto循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率.吸放CDBAPV1V2解7/26/20218又AB和CD是绝热过程：所以吸放CDBAPV1V27/26/20219三卡诺循环1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环.给出了热机效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理

3、.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机7/26/202110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.卡诺热机WABCD低温热源T2高温热源T17/26/202111A—B等温膨胀吸热C—D等温压缩放热WABCD理想气体卡诺循环热机效率的计算7/26/202112D—A绝热过程B—C绝热过程所以WABCD7/26/202113卡诺热机效率卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.7/26/202114WABCD高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷

4、机致冷系数低温热源T27/26/202115图中两卡诺循环吗？讨论7/26/202116例2一电冰箱放在室温为的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在.现每天有的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少?设在至之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的55%.解7/26/202117房间传入冰箱的热量热平衡时由得7/26/202118保持冰箱在至之间运转，每天需作功功率7/26/202119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

5、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。定体加热循环(奥托循环)7/26/202120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.m7/26/202121因为(1–2)和(3–4)是绝热过程，由TVγ-1=常数可知7/26/202122其中K=V1/V2称绝热容积压缩比。可见K越大，效率越高。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。7/26/202123压缩比越大，通常伴随着的是发动机工作时抖振会明显增大(现在的发动机大

6、都经过专门的调校，因而不是很明显)，压缩比过大反而会出现“爆燃”和“表面点火”等不正常燃烧现象。爆燃会引起发动机过热，功率下降，油耗增加，甚至损毁发动机。使其寿命降低。压缩比：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比，国标以ε表示，也等于气缸总容积与燃烧室容积的比值。汽油机在运转时，吸进的是汽油与空气混合气，压缩比越大，压缩终了的混合气的压力和温度就越高，混合气中的汽油分子就能气化得更完全，燃烧也更迅速更充分，经济性越好，排气质量也能相应得到改善。7/26/202124通常的低压缩比指的是压缩比在10以下。压缩比的高低对发动机

7、使用汽油等级的要求有很大影响，一般来说，压缩比越大，要求使用的汽油标号越高。如果使用了低于建议标号的汽油，可能会产生“敲缸”、发动机振动加剧、不匀速行驶等问题，还会损害发动机性能，缩短使用寿命。通常，压缩比低于7.5可使用90号汽油，压缩比在7.5～8.0应选用90或93号汽油；压缩比在8.0～10.0应选93或95号汽油；压缩比在10.0以上的应选用97号汽油。7/26/202125