熱力學基礎知識平衡狀態和熱力過程法國工程師卡諾(S.Carnot)，1824年提出卡諾循環既然

t

=100％不可能那么熱機能達到的最高效率有多少？熱二律奠基人效率最高4-3卡諾循環與卡諾定理薩迪.卡諾1.卡諾循環組成：(動畫)工作于兩個熱源間的，由兩個可逆的定溫過程和兩個可逆的絕熱過程組成的理想可逆循環。1-2可逆定溫吸熱過程,2-3可逆絕熱膨脹過程，3-4可逆定溫放熱過程，4-1可逆絕熱壓縮過程，一、卡諾循環及其熱效率2.卡諾循環的熱效率1-2可逆定溫吸熱過程;q1

=T1(s2-s1)2-3可逆絕熱膨脹過程，對外作功；3-4可逆定溫放熱過程;

q2=T2(s2-s1)4-1可逆絕熱壓縮過程，對內作功。一、卡諾循環及其熱效率循環凈功和凈熱為：循環熱效率為：T1T2Rcq1q2w0卡諾循環的熱效率只與兩熱源溫度有關，而與工質性質無關。2.卡諾循環的熱效率一、卡諾循環及其熱效率卡諾定理定理一：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的一切可逆熱機，都具有相同的熱效率，且與工質性質無關。定理二：在兩個溫度不同的恒溫熱源之間工作的可逆熱機的熱效率恒高于不可逆熱機的的熱效率。一、卡諾循環及其熱效率幾點重要結論：在兩個恒溫熱源間工作的一切可逆循環，其熱效率都相等，都等于相同溫限間卡諾循環的熱效率。其值只與熱源和冷源的溫度有關，而與工質的性質無關。提高熱源的溫度T1和降低冷源的溫度T2是提高可逆循環熱效率的根本途徑。由于熱源溫度T1不可能為無限大，冷源溫度T2也不可能為零，因而循環的熱效率不可能達到100%。或者說，不可能把從高溫熱源吸收的熱量全部轉變成有用功。若T1=T2，即熱源溫度和冷源溫度一致（單一熱源），則熱效率為0，這說明只有一個熱源的熱機是不可能制造成功的，溫度差是一切熱機循環的必不可少的條件。在兩個恒溫熱源間工作的一切不可逆循環，其熱效率恒小于相應可逆循環的熱效率。因此，盡量減少循環中的不可逆因素也是提高循環熱效率的重要方法。一、卡諾循環及其熱效率實際熱力循環對于實際的熱力循環，在可能的條件下，盡量提高工質的平均吸熱溫度、降低工質的平均放熱溫度，是提高循環熱效率的根本途徑；盡量減少循環中的各種不可逆損失也是提高循環熱效率的重要方法。一、卡諾循環及其熱效率卡諾定理的意義從理論上確定了通過熱機循環實現熱能轉變為機械能的條件，指出了提高熱機熱效率的方向，是研究熱機性能不可缺少的準繩。對熱力學第二定律的建立具有重大意義。內燃機t1=2000oC，t2=300oC

tC=74.7%實際

t=30~40%卡諾熱機只有理論意義，最高理想實際上卡諾熱效率很難實現

火力發電t1=600oC，t2=25oC

tC=65.9%實際

t=40%一、卡諾循環及其熱效率【例4?1】某熱機在循環中從t1=1227℃的恒溫熱源可逆吸熱1200kJ/kg，向t2=27℃的恒溫冷源可逆放熱700kJ/kg。試求：(1)循環的熱效率；(2)循環凈功；(3)熱機以卡諾循環方式工作時的熱效率；(4)該循環是否卡諾循環？解：（1）循環的熱效率為（2）循環凈功為（3）以卡諾循環方式工作時，循環的熱效率為例題分析（4）根據卡諾定理，因為，故該循環不是卡諾循環。在火電廠的熱力循環中，高溫熱源（爐膛內煙氣）溫度一般為1500℃左右，低溫熱源（凝汽器內冷卻水）的溫度一般在20℃左右。在上述溫度范圍內工作的卡諾循環的熱效率為

而實際的熱力循環中，因受金屬材料性能的限制，加熱不可能很高。如國產300MW汽輪發電機組，蒸汽最高壓力為17Mpa，蒸汽最高溫度為565℃,循環中平均加熱溫度只有553K。而凝汽器內蒸汽壓力為0.005Mpa，冷卻水溫度受環境溫度的限制，使循環中的平均放熱溫度為303K左右。故這個實際熱力循環的理論熱效率僅為45%左右。且實際循環還存在著各種不可逆損失，其熱效率必然更低。通過上述分析可以發現，由于存在溫差傳熱和各種不可逆損失，使實際循環的熱效率遠低于相同溫度范圍內的卡諾循環的熱效率。因此，為了提高實際循環的熱效率，除了盡可能采用高參數工質外，還應采取措施，減少各種不可逆損失。例題分析解(1)由卡諾定理可知，在溫度不同的兩熱源間工作的熱機以卡諾循環的熱效率為最高，故

根據可得100KJ熱量最多能轉變的功量為

(2)

【例4?2】某種工質在2000K的高溫熱源與300K的低溫熱源間進行熱力循環。循環中1kg工質從高溫熱源吸取熱量100kJ，求

(1)此熱量最多可轉變成多少功?熱效率為多少？

(2)若該工質雖在T1、T2下可逆吸熱、放熱，但在膨脹過程中內部存在摩擦，使循環功減少5kJ，此時的熱效率又為多少？

(3)若吸熱過程中工質與高溫熱源存在125K的溫差，循環中其它過程與(1)相同，則此循環中1OOkJ的熱量可轉變為多少功？熱效率又將為多少？例題分析(3)由題意，工質在溫度下吸熱，在溫度T2下放熱，無其