制冷循环中为何采用逆循环

龙王鲸2023-05-03  35

逆卡诺循环

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逆卡诺循环

它由两个等温过程和两个绝热过程组成。假设低温热源(即被冷却物体)的温度为T0,高温热源(即环境介质)的温度为Tk,

则工质的温度

吸热过程中为T0,

在放热过程中为Tk,

就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差,即传热是在等温下进行的,压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其循环过程为:

首先工质在T0下从冷源(即被冷却物体)吸取热量q0,并进行等温膨胀4-1,然后通过绝热压缩1-2,使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk,

再在Tk下进行等温压缩2-3,并向环境介质(即高温热源)放出热量qk,

最后再进行绝热膨胀3-4,使其温度由Tk

降至T0即使工质回到初始状态4,从而完成一个循环。

对于逆卡诺循环来说,由图可知:

q0=T0(S1-S4)

qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4)

w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4)

则逆卡诺循环制冷系数εk

为:

由上式可见,逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关,只取决于冷源(即被冷却物体)的温度

T0

和热源(即环境介质)的温度

Tk;降低

Tk,提高

T0

,均可提高制冷系数。此外,由热力学第二定律还可以证明:“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环,以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。

总上所述,理想制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上逆卡诺循环是无法实现的,但它可以用作评价实际制冷循环完善程度的指标

1先了解一下什么是循环过程,什么是可逆过程:

循环过程---系统由某一状态出发,经过任意的一系列过程,最后回到原来状态的过程。

可逆过程---系统由某一初状态出发到达末状态,如果存在逆向过程,系统由末状态回到初状态,而且同时消除原来的过程对外界的一切影响,那么,原来的过程就是可逆的,否则是不可逆的。

2理想的卡诺循环由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个准静态过程组成,理想的卡诺循环不考虑摩擦,而无摩擦的准静态过程是可逆的,系统可以沿着与原来过程相反的过程进行,一步步地消除原来过程所造成的对外界的影响。因此,理想的卡诺循环是可逆的。

实际上,一切与热有关的过程都是不可逆的,可逆过程只是实际过程的一种在某种精确度上的极限情形,可以接近但是不能实现。所以,卡诺循环与“热传导和热功转换都是不可逆过程的标志”可以相容。

ε=TK/(TK-T0)。逆卡诺循环制热,是一个理想的供热方式,他的系数的单位是ε,计算的结果与温度有关,因此计算系数的公式是ε=TK/(TK-T0),其中TK就是最终的温度,而T0是初始的温度。

逆向卡诺循环效率表示的是Q2/A=T2/T1-T2。卡诺循环是理论上最高效率的循环,其中效率定义为A/Q1,卡诺循环中为T1-T2/T1而逆卡诺循环就是制冷过程,其循环效率为Q2/A=T2/T1-T2。

卡诺循环分正、逆两种。在压-容(p-V)图和温-熵(T-S)图中(见图), ɑ-b-c-d-ɑ为正卡诺循环,ɑ-b为可逆定温吸热过程,工质在温度T1下从相同温度的高温热源吸入热量Q1;

b-c为可逆绝热过程,工质温度自T1降为T2;c-d为可逆定温放热过程,工质在温度T2下向相同温度的低温热源排放热量Q2;d-ɑ为可逆绝热过程,工质温度自T2升高到T1,完成一个可逆循环,对外作出净功W。

逆卡诺循环与上述正向循环反向,沿ɑ-d-c-b-ɑ方向,因而Q2是工质从低温热源吸入的热量(通称制冷量),Q1是工质排放给高温热源的热量,W是完成逆向循环所需的外界输入的净功。

卡诺循环以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环,其热效率仅取决于高温及低温两个热源的温度。以热力学第二定律为基础,可以将之推广为适用于任意可逆循环的普遍结论。

卡诺定理在导出热力学第二定律的普遍判据-状态函数 "S"-中具有重要作用。热力学第二定律否定了第二类永动机,效率为1的热机是不可能实现的,热机的最高效率可以达到多少,从热力学第二定律推出的卡诺定理正是解决了这一问题。

扩展资料

卡诺循环包括四个步骤: 等温吸热, 绝热膨胀,等温放热,绝热压缩。即理想气体从状态1(P1,V1,T1)等温吸热到状态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等温放热到状态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称为卡诺循环。

参考资料来源:百度百科-卡诺循环

热机是卡诺循环。

原因是卡诺循环是理论上最高效的热机循环,其可逆性和热力学性质优于逆卡诺循环。

延伸内容:卡诺循环包括两个等温过程和两个绝热过程,通过在不同温度下吸收热量和放出热量,将热能转化为功。

而逆卡诺循环则是将外部功输入热机,通过在高温和低温间传递热量,使得热机能够从低温热源吸收热量并向高温热源放出热量。

但由于逆卡诺循环中的热机不可逆,其效率不及卡诺循环。

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