什么是卡诺循环-卡诺热机-定义

经过卡诺循环的系统称为卡诺热机。卡诺循环是所有热力学循环中效率最高的理论循环。优德app热能工程

卡诺循环-卡诺热机

Carnot循环的光伏图
卡诺循环的pV图。由整个循环路径所限定的区域表示在一个循环中可以完成的总功。

热力学的第二律w88优德app对传热方向进行限制,并设置w88优德备用网址 微博的上限效率将热量转化为功热引擎。因此,第二法与许多重要的实际问题直接相关。

1824年,一位法国工程师兼物理学家,尼古拉斯Léonard萨迪卡诺通过形成一个原理(也称原理)来推进对第二定律的研究Carnot的规则的限制任何热机效率最高可以获得。简而言之,这一原则指出热力学循环的效率只取决于冷热库之间的温差。

Carnot的原则国家:

  1. 没有发动机可以比可逆发动机更有效(钟盘热力发动机)在相同的高温和低温储层之间运行。
  2. 所有可逆发动机的效率(卡诺热发动机)在相同的恒温储层之间的操作是相同的,无论所使用的工质或操作细节是什么。

这个发动机的循环称为卡诺循环。系统经历一个卡诺循环被称为A.Carnot发动机。它不是一个实际的热力学循环,而是一个理论结构,不能在实践中建立。所有真实的热力学过程不可逆转的。他们没有完成无限缓慢无限小的步骤在温度上也是一个理论虚构。因此,热机的效率必须低于其效率的限制,因为他们使用的热机循环固有的不可逆性。

卡诺循环过程

卡诺循环过程在一个卡诺循环,系统执行该循环经历一系列四个内部可逆过程:两个等熵过程(可逆绝热)与两个等温过程:

  1. 等熵压缩- 气体从状态1到状态2被绝热地压缩,其中温度是TH。环境对气体做功,增加了它的内能并压缩了它。另一方面仍然是不变的
  2. 等温膨胀-系统被放置在与蓄水池接触的位置TH。气体在接收能量Q时等温膨胀H通过热传递从热储。w88优德备用网址 微博在这个过程中,气体的温度不会改变。气体对环境做功。总熵变为:∆=年代1- S.4=问H/ TH
  3. 等熵膨胀-气体从状态3绝热膨胀到状态4,此时温度为TC。气体对环境做功,损失的热力学能等于离开系统所做的功。熵仍然保持不变。
  4. 等温压缩-系统被放置在与蓄水池接触的位置TC。气体等温压缩到它的初始状态,同时释放能量QC通过热传递到低温热源。w88优德备用网址 微博在这个过程中,环境对气体做功。总熵变为:∆=年代3.- S.2=问C/ TC

等熵过程

一个惯言过程是一个热力学过程,其中流体或气体的压强保持不变。这意味着惯言过程是an的特例吗绝热过程没有热量和物质的传递。这是一个可逆绝热过程。没有传热的假设是非常重要的,因为我们只能在w88优德备用网址 微博非常快速的过程

等熵过程和第一定律

对于一个封闭系统,我们可以写成关于焓的热力学第一定律w88优德app:

DH = DQ + VDP

或者

dH = TdS + Vdp

等熵过程(dQ = 0):

dH = Vdp→W = H2- - - - - - H1→H2- - - - - - H1=Cp(T2- T.1)(为了理想气体)

理想气体的等熵过程

惯言过程(绝热过程的一种特殊情况)可以用理想的气体法为:

PV.κ..=常数

或者

p1V1κ..= p2V2κ..

在这κ= cp/ cv是的比值具体的热量(或热容)煤气。一个用于恒压(cp),一个用于体积恒定(cv)。注意,这个比率κ..= cp/ cv是决定气体和其他绝热过程中声速的一个因素。

等温过程

一个等温的过程是一个热力学过程,其中温度系统的保持不变(T =常量)。为了通过w88优德备用网址 微博热交换不断地适应热源的温度,进出系统的热量通常必须以如此慢的速度进行。在每一个州热平衡是维护。

等温过程和第一定律

The的经典形式热力学第一定律w88优德app为:

dU = dQ - dW

在这个方程中dW等于dW =刚才被称为边界的工作

等温的过程理想气体,添加到系统的所有热量将用于进行工作:

等温过程(dU = 0):

dU = 0 = Q - W→W = Q(理想气体)

理想气体的等温过程

等温的过程可以用来表达理想的气体法为:

pV =常数

或者

p1V1= p2V2

在p-V图上,这个过程沿着一条有这个方程的线(称为等温线)发生p =常数/ V

参见:博伊尔 - 玛丽堂法律

等熵过程特性
等熵过程-主要特性
等温工艺 - 主要特点
等温过程-主要特点

卡诺循环- pV, t图

卡诺循环的t图
卡诺循环的t图。一个过程的t曲线下的面积是这个过程中传递给系统的热量。w88优德备用网址 微博

卡诺循环通常画在压力-体积图(p - v图)和在温度熵图(TS图)。

绘制的时候压力-容积关系图绝热过程在等温线之间移动,整个循环路径所围成的面积表示一个循环过程所能做的总功。

温度熵图(Ts图),其中热力学状态由图上的点表示特定的熵(s)作为水平轴和绝对温度(t)作为垂直轴,是描述a的行为的最佳图卡诺循环

这是一个有用和常见的工具,特别是因为它有助于形象化的热传递过程中。w88优德备用网址 微博对于可逆(理想)过程,过程T-s曲线下的面积是该过程中传递给系统的热量。w88优德备用网址 微博

卡诺循环效率

一般来说,热效率,η.th任何热机的,都定义为净比工作是这样,W,输入在高温下,QH

热效率公式- 1

根据能量保守热力学第一定律w88优德app并且不能转换能量完全工作,热输入,qH,必须等于完成的工作,W,加上必须消散的热量浪费Q.C到环境中。因此我们可以将热效率公式改写为:

热效率公式- 2

自从C=∆年代。TCH=∆年代。TH,其最大效率公式为:

卡诺效率公式

地点:

  • 是Carnot循环的效率,即它是比率= W /问H通过发动机完成的工作从热储存器进入系统的热能。
  • TC为冷热源的绝对温度(开尔文),
  • TH是高温热源的绝对温度(开尔文)。

也可以看看 :效率低下的原因

示例:燃煤发电厂的Carnot效率

在现代燃煤电厂,温度高压蒸汽(T)大约是400°C (673K)和T,冷却塔的水温,将约为20°C (293K)。对于这种类型的电厂,最大(理想)效率将是:

η.th= 1 - T/ T= 1 - 293/673 =56%

必须添加它,这是一个理想化的效率。卡诺效率对于可逆过程是有效的。这些过程不能在电厂的实际循环中实现。卡诺效率表明,提高蒸汽的温度可以获得更高的效率。这个特性也适用于真实的热力学循环。但这需要增加锅炉内部的压力蒸汽发生器。然而,冶金方面的考虑使上限在这些压力。潜在临界化石燃料电厂,在下面运营临界压力(即低于22.1 MPa),可达到36-40%的效率。超临界设计,在超临界压力(即大于22.1 MPa),效率约为43%。最有效,也是非常复杂的燃煤发电厂“超关键”压力(即约30MPa)并使用多阶段再加热达到约48%的效率。

参见:超临界反应器

引用:
核与反应堆物理学:
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先进反应堆物理:

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  3. 李国强,核反应堆动力学,中国核科学研究院,1993,ISBN: 0-894-48453-2。
  4. 刘文杰,刘文杰,刘文杰。中子输运计算方法[j] .物理学报,1993,59(4):449 - 452。

参见:

热力学循环

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