物理學畢業(yè)論文---- 熱機效率的計算

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　論文題目： 熱機效率的計算 </p><p>　　系 別： 物理與電子科學系 </p><p>　　專 業(yè)： 物 理 學 </p><p><b>　　熱機效率的計算</b>&

2、lt;/p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　闡述熱力學第一、二定律，并由此分析熱機產(chǎn)生的理論依據(jù)。介紹熱機工作原理，并對理想卡諾熱機循環(huán)進行詳細分析，計算且對照比較性的分析逆循環(huán)過程。以實物熱機為研究對象，對各種不同的熱機加以熱力學角度的分析。抽象出對應熱力學過程模型并針對各種熱力學模型的循環(huán)過程進行詳細分析計算以及討論比較。提出循環(huán)可能出現(xiàn)的任意

3、過程而牽涉的吸熱與做功的計算問題。</p><p><b>　　關鍵詞：</b></p><p>　　熱機；熱機效率；內(nèi)燃機；卡諾循環(huán)；氣體動力循環(huán)</p><p>　　The calculation of the efficiency of </p><p>　　the heat engine</p>&

4、lt;p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　At one thermodynamics, the introductions of laws, and heat engine have basic conception about the heat engine by efficiency,etc., The argumentation of the basi

5、c principle .Carries on the course and analyses to ideal Carnot promise circulation, are circulating to analyse, And go against circulation analysis supplementarily. To duplicating each other the circulation courses of m

6、odel go on and analyse, mainly at several a kind of internal-combustion engine the analysis the calculations of efficienc</p><p>　　Key words:</p><p>　　Heat engine；the efficiency of the heat engi

7、ne；an internal-combustion engine；The promise circulation of Carnot；the motive force circulation of gas</p><p><b>　　1．熱力學基本理論</b></p><p>　　1．1 熱力學第一、二定律</p><p>　　表述為：當熱能與

8、其他形式的能量相互轉換時，能的總量保持不變。</p><p>　　熱力學第一定律是能量守恒定律與轉換定律在熱力學中的應用，它確定了熱能與其他形式能量相互轉換時在數(shù)量上的關系。</p><p>　　根據(jù)熱力學第一定律，為了得到機械能必須花費熱能或其他能量。有人幻想制造一種不花費能量而產(chǎn)生動力的機器，稱為第一類永動機。結果總是失敗，為了明確否定這種發(fā)明的可能性，熱力學第一定律可表述為“第一類永

9、動機是不可能制成的”。</p><p>　　熱力學第一定律是熱力學的基本定律，它適用于一切工質(zhì)和一切熱力過程。</p><p>　　對于任何系統(tǒng)，各項能量之間的平衡關系可一般表示為：</p><p>　　進入系統(tǒng)的能量—離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能量的變化</p><p>　　用數(shù)學表達式表示： △E=Q+（-A）</p>&l

10、t;p><b>　　或：Q=△E+A</b></p><p>　　也可表示為：dQ=dE+dA</p><p>　　表示系統(tǒng)吸收的熱量，一部分轉化成系統(tǒng)的內(nèi)能；另一部分轉化為系統(tǒng)對外所做的功。</p><p>　　1850年克勞修斯從熱量傳遞方向性的角度，將熱力學第二定律表示為“不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化"

11、。這稱為熱力學第二定律的克勞修斯表述。它說明熱從低溫物體傳至高溫物體是一個非自發(fā)的過程，要使之實現(xiàn)必須花費一定的“代價”或具備一定的“條件”。它指出了傳熱過程的方向，條件和限度。</p><p>　　1851年，開爾文從熱功轉換的角度將熱力學第二定律表述為：“ 不可能從單一熱源取熱，并使之完全變成有用功而不引起其他變化。此后不久，普朗克也發(fā)表類似的表述：“不可能制造一部機器，它在循環(huán)工作中將重物升高而同時使一熱庫

12、冷卻”。這種表述稱為：開爾文—普朗克表述。</p><p>　　熱不能100%轉化為功。必須向低溫熱源釋放一定熱量。</p><p>　　假設有一種熱機，它不引起其他變化而能使從單一熱源獲取的熱完全轉變?yōu)楣Γ@種熱機稱為第二類永動機，它雖然沒有違反熱力學第一定律，卻違反了熱力學第二定律。</p><p>　　熱力學第二定律的實質(zhì)便是論述熱力過程的方向性及能質(zhì)退化或貶

13、值的客觀規(guī)律。</p><p><b>　　1．2 熱機循環(huán)</b></p><p>　　一個系統(tǒng)由確定的初始狀態(tài)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化或過程，最終又回到其初始狀態(tài)，則稱系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力學循環(huán)，或簡稱循環(huán)。顯然，循環(huán)終了時，系統(tǒng)的所有的狀態(tài)參數(shù)有具有與其初始值相同的值。</p><p>　　內(nèi)燃機這種循環(huán)實際上是“開口系統(tǒng)循環(huán)”，只是為了研究上的

14、方便，進行一些簡化和假定，使之可以看成為相當于汽缸內(nèi)的氣體經(jīng)歷一個熱力學循環(huán)，既所謂的“空氣標準”循環(huán)。</p><p>　　工程上最常見的是兩類循環(huán)：熱機循環(huán)及制冷機（或熱泵）循環(huán)。</p><p>　　熱機循環(huán)的工作原理如圖所示，其目的是實現(xiàn)熱功轉換，既從高溫熱源取得熱量Q，而對外作功W。</p><p>　　反之，制冷機及熱泵循環(huán)的目的在于將熱量從低溫熱源取出

15、并排向高溫熱源，如圖1-2所示，為此需消耗外功或付出其他代價。</p><p>　　圖 1-1 熱機和制冷機示意圖</p><p><b>　　1．3熱機效率</b></p><p>　　評價循環(huán)性能的指標，可以有很多種，其中主要的是依據(jù)熱力學第一定律提出的。“效率”與依據(jù)第一，第二定律提出的“火用 效率”（在此不考慮火用 效率）<

16、;/p><p>　　熱力學第一定律效率η的定義是：η= 作為收益的能/作為代價的能量</p><p>　　它從能量的數(shù)量關系出發(fā)，評價循環(huán)的性能好壞。</p><p>　　對于熱機循環(huán)，熱力學第一定律效率是指對外輸出的凈功Wnet與高溫熱源吸收的熱量Q1的比值，既： η=Wnet/Q1</p><p>　　效率η從數(shù)量上表明熱機循環(huán)將熱轉化為

17、功的效果。按卡諾定理要求，不可逆循環(huán)的η小于相同條件下可逆循環(huán)的ηrev。</p><p>　　對于耗功型制冷循環(huán)，熱力學第一定律效率是指從冷源吸取的熱量既冷量Q0與所耗功量W的比值,也就是制冷系數(shù),既η=ε= Q0/W</p><p>　　對于耗功熱泵循環(huán),則熱力學第一定律效率是指向熱源提供的熱量Q1與所耗功量W的比值,也就是供暖系數(shù),既 η=ε’=Q1/W </p>

18、<p>　　任何熱機循環(huán)效率都可表示為: ηt =循環(huán)凈功/從高溫熱源吸收的熱量</p><p><b>　　2．熱機效率計算</b></p><p>　　2．1 卡諾正循環(huán)與卡諾逆循環(huán)</p><p>　　1.1824年卡諾在他的”論火的動力”一文中描述了一個循環(huán),它是由兩個可逆定溫過程與兩個可逆絕熱過程組成的,我們稱之為卡諾

19、循環(huán).卡諾循環(huán)每一過程都是可逆的,因此卡諾循環(huán)是個可逆循環(huán).</p><p>　　我們首先來分析卡諾正循環(huán),如圖所示,1Kg工質(zhì)在1-2過程中可逆定溫地從高溫熱源T1吸收熱量q1;在2-3過程中可逆絕熱地膨脹,工質(zhì)溫度從T1降至T2;在3-4過程中工質(zhì)可逆定溫地向低溫熱源T2放熱q 2;工質(zhì)在4-1過程中被可逆絕熱壓縮,溫度從T2升到T1,這就是卡諾熱機循環(huán).</p><p>　　圖 2-

20、1 卡諾正循環(huán)</p><p>　　對于1-2過程,是可逆過程,吸收熱量q1為:</p><p>　　對于3-4過程,同樣是可逆定溫過程,放出熱量為:</p><p>　　∵工質(zhì)從q1 吸熱,將做二部分使用,一部分以q 2放熱,另一部分則用來做功</p><p>　　∴由前面介紹的熱機效率公式,我們可以得到卡諾正循環(huán)的熱機效率為:</p

21、><p>　　∵對于絕熱過程，PVk =定值，可得：TVk-1=定值 </p><p>　　在可逆絕熱膨脹過程2-3中：</p><p>　　V2/V3=（T2/T1）1/（k-1）</p><p>　　同理，在可逆絕熱壓縮過程4-1中，</p><p>　　V1/V4=（T2/T1）1/（k-1）</p>

22、<p>　　由上兩式可得: V2/V3= V1/V4 或 V2/V1= V3/V4 </p><p><b>　　又∵ </b></p><p>　　從卡諾正循環(huán)熱效率公式(2-1)可得到下列結論:</p><p>　　卡諾循環(huán)熱效率的大小只決定于熱源溫度T1及冷源溫度T2.要提高其熱效率可通過提高T1及

23、降低T2的辦法來實現(xiàn).</p><p>　　卡諾循環(huán)熱效率總是小于1.只有當T1=∞或T2=0時,熱效率才能等于1,但這都是不可能的.</p><p>　　當T1= T2時，既只有一個熱源時，ηt,c =0。這就是說，只冷卻一個熱源是不可能進行循環(huán)的，既單一熱源的循環(huán)發(fā)動機是不可能實現(xiàn)的。</p><p>　　當推導式（2-1）的過程中，未涉及工質(zhì)的性質(zhì)，因此，卡

24、諾循環(huán)的熱效率與工質(zhì)的性質(zhì)無關，式（2-1）適用于任何工質(zhì)的卡諾循環(huán)。</p><p>　　卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)，如果循環(huán)沿相反方向進行，就成為卡諾逆循環(huán)。由于使用目的的不同，分為制冷逆循環(huán)和供熱逆循環(huán)。對于制冷循環(huán)，工質(zhì)從溫度為T2的冷庫吸熱，放熱給溫度為T1的環(huán)境，不難導出卡諾逆循環(huán)的制冷系數(shù)ε1，c= T2 /（T1 - T2）（2-2）。對于熱泵，則是從T2溫度下的冷環(huán)境吸熱，供給T1溫度下的熱用戶，因此

25、供熱系數(shù)為ε2，c= T1 /（T1 - T2）（2-3）。從（2-2）（2-3）式可得下列結論。</p><p>　　逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)只取決于熱源溫度T1及冷源溫度T2，它隨T1的降低及T2的提高而增大。</p><p>　　逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)ε1，c可以大于1，等于1或小于1，但其供熱系數(shù)ε2，c總是大于1，二者之間的關系為ε2，c=1+ε1，c</p><p

26、>　　在一般情況下，由于T2 >（T1 - T2），因此，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)ε1，c通常也大于1。</p><p>　　逆卡諾循環(huán)可以用來制冷，也可以用來供熱，這兩個目的可以單獨實現(xiàn)，也可以在同一設備中交替實現(xiàn)，既冬季用來作為熱泵采暖，夏季作為制冷機用于空調(diào)制冷。</p><p>　　2．2 幾種活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)</p><p>　　我們再來討

27、論一下幾種氣體動力循環(huán)：</p><p>　　氣體動力循環(huán)是以遠離液態(tài)區(qū)的氣體為工質(zhì)的熱力循環(huán)。這里包括了活塞式內(nèi)燃機動力循環(huán)，葉輪式燃氣輪機裝置動力循環(huán)，噴氣推進機循環(huán)以及外燃式的斯特林循環(huán)?；钊絻?nèi)燃機具有結構緊湊，體積小，重量輕，效率高等特點，但功率一般不大。而葉輪式燃氣機裝置則具有結構簡單，體積小，重量輕，效率大，起動快等特點，是一種很有發(fā)展前途的熱機。根據(jù)他們各自的特點，人們把它們應用于各種相應的場合。

28、這里側重于對他們進行熱力學分析。</p><p>　　在這里我們討論活塞式內(nèi)燃機的理想循環(huán)。</p><p>　　2．2．1 混合加熱循環(huán)</p><p>　　混合加熱理想循環(huán)如圖3-1所示?，F(xiàn)行的柴油機都是在這種循環(huán)的基礎上設計制造的。</p><p>　　圖 3-1 混合加熱理想循環(huán)</p><p>　　圖中1-2

29、是工質(zhì)的定熵絕熱壓縮過程，在活塞到達上死點稍前，柴油被噴入汽缸，并被壓縮升溫的空氣預熱?；钊竭_上死點時，柴油已被預熱到著火點并開始燃燒，汽缸內(nèi)溫度、壓力迅速升高，形成一個定容加熱過程2-3。隨著燃料的不斷噴入和燃燒的延續(xù)，活塞離開上死點下行，于是又出現(xiàn)一個定壓加熱過程3-4，隨后噴油停止，燃燒停止，活塞靠燃氣膨脹而繼續(xù)向下移動作功，直到下死點(過程4-5)由于過程短可近似認為絕熱，最后在定容過程中放熱（5-1）。</p>

30、<p>　　下面研究混合加熱循環(huán)的熱效率。循環(huán)從高溫熱源吸收的熱量q1為：</p><p>　　q1=CV(T3-T2)+CP(T4-T3)</p><p>　　向低溫熱源放出的熱量q2為：</p><p>　　q2=CV(T5-T1) (q2取絕對值)</p><p>　　按照循環(huán)熱效率公式有：</p>

31、<p>　　通常把氣體動力循環(huán)熱效率表示為一些特殊參數(shù)的函數(shù)?；旌图訜嵫h(huán)的特性參數(shù)有壓縮比ε=V1/V2，定容增壓比λ=P3/P2和預脹比ρ=V4/V3。</p><p>　　因為1-2與4-5是定熵過程，故有：</p><p>　　P1V1k=P2V2k P4V4k=P5V5k</p><p>　　又∵ P4=P3，V1=V5，V2=

32、V3，將上兩式相除得：</p><p>　　P5/P1=P4/P2*（V4/V2）k=P3/P2*（V4/V3）k=λρk</p><p>　　由于5-1是定容過程，故有：</p><p>　　T5=P5*（T1/P1）=λρk T1</p><p>　　因為1-2是定熵過程，有：</p><p>　　T2=T1（V1

33、/V2）k-1=T1εk-1</p><p>　　2-3過程是定熵過程，有：</p><p>　　T3=（P3/P2）T2=λT2=λT1εk-1</p><p>　　3-4過程是定壓過程，有：</p><p>　　T4=（V4/V3）T3=ρT3=ρλT1εk-1</p><p>　　把以上各溫度代入式（3-1）得：

34、</p><p>　　上式說明，混合加熱循環(huán)熱效率隨壓縮比ε、定容增壓比λ的增大而提高，隨預脹比ρ的增大而降低。預脹比增大之所以導致循環(huán)熱效率的降低，是因為愈在定壓加熱后期加入的熱量，在膨脹過程中能夠轉換為功量的部分愈少。</p><p>　　2．2．2 狄塞爾循環(huán)</p><p>　　狄塞爾（Diesel）循環(huán)是理想的定壓加熱循環(huán)。</p><

35、p>　　這中內(nèi)燃機以柴油作為燃料，所以又稱為柴油機，定壓加熱理想循環(huán)是柴油機實際工作循環(huán)的理想化。其示功圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖 3-2 狄塞爾循環(huán)</p><p>　　活塞自上死點向下移動，將空氣吸入汽缸，為吸氣過程?；钊麖南滤傈c返回，此時進氣閥關閉，空氣被絕熱壓縮到燃料的著火點以上，為壓縮過程1-2。隨著活塞反行時，由裝在汽缸頂部的噴嘴將燃料噴入汽缸，燃料的微

36、粒遇到高溫空氣著火燃燒。隨著活塞的移動，燃料不斷噴入不斷燃燒，這一燃燒過程（2-3）的壓力基本保持不變。燃料噴射停止后，燃燒隨即結束，這時活塞靠高溫高壓燃燒產(chǎn)物的絕熱膨脹而繼續(xù)被推向右方作功，形成各種過程3-4。接著排氣閥門打開，廢氣迅速排出，最后活塞反向移動，繼續(xù)將廢氣排出汽缸，為排氣過程，從而完成一個循環(huán)。</p><p>　　如圖3-2所示，1-2是定熵絕熱壓縮過程，2-3是定壓加熱過程，3-4是定熵膨脹過

37、程，4-1是定容放熱過程。</p><p>　　工質(zhì)的吸熱量：q1=CP（T3-T2）</p><p>　　放熱量：q2=CV（T4-T1）</p><p><b>　　循環(huán)熱效率為：</b></p><p>　　定熵過程1-2：T1/T2=（V2/V1）k-1=1/εk-1 （b

38、）</p><p>　　定壓過程2-3：T3/T2=V3/V2=ρ （c）</p><p>　　由定容過程4-1可導得： </p><p>　　T4/T1=（V3/V2）k=ρk （d）</p><p>　?。╒3/V2）=ρ稱為定

39、壓預脹比，</p><p>　　將（b），（c），（d）代入式（a）中，可得：</p><p>　　上式說明,循環(huán)熱效率隨壓縮比ε的增大而提高,隨預脹比的增大而降低.當壓縮比ε不變時,預脹比ρ愈小,既定壓加熱量q1愈小,熱效率愈高;反之,熱效率愈低.ρ不變時,壓縮比ε愈大,熱效率愈高.</p><p>　　實際的柴油機在重負荷時(既q1增大時)循環(huán)熱效率確要低些,除

40、ρ的影響外,還有絕熱系數(shù)κ的影響.當溫度升高時,κ相應地變小,ηt ,p也會降低。</p><p>　　2．2．3 奧圖循環(huán)</p><p>　　奧圖（Otto）循環(huán)是理想的定容加熱循環(huán)，它是德國工程師奧圖于1876年提出的。</p><p><b>　　圖 3-3奧圖循環(huán)</b></p><p>　　活塞由上死點向下移

41、動時，將燃料和空氣的混合物經(jīng)過進氣閥吸入汽缸中，活塞的這一行程叫做吸氣沖程。吸氣過程中，由于氣閥的節(jié)流作用，使汽缸中壓力略低于大氣壓力。活塞到達下死點時，進氣閥關閉，進氣停止?；钊S即反向移動，汽缸中的可燃氣體被壓縮升溫，稱為壓縮過程（圖中1-2）。當活塞接近上死點時，點火裝置將可燃氣體點燃，汽缸內(nèi)瞬時間生成高溫高壓燃燒產(chǎn)物。因燃燒反應進行極快，在燃燒的瞬間活塞移動極小，可以認為工質(zhì)是在定容下燃燒而升溫升壓（2-3）?；钊竭_上死點后，

42、工質(zhì)膨脹，推動活塞作功（3-4），稱為工作沖程。膨脹終了時，排氣閥打開，廢氣開始排出?；钊麖南滤傈c返回時，繼續(xù)將廢氣排出缸外，稱為排氣沖程。由于排氣閥的阻力，所以排氣壓力略高于大氣壓力。這樣就完成了一個實際工作循環(huán)。如圖，工質(zhì)首先被定熵壓縮（過程1-2），接著從熱源定容吸熱（2-3），然后進行定熵膨脹作功（3-4），最后向冷源定容放熱（4-1），完成一個可逆循環(huán)。</p><p>　　下面對定容加熱循環(huán)進行定量分

43、析以求出循環(huán)熱效率：</p><p>　　吸熱量為： q1=CV（T3-T2）</p><p>　　放熱量為： q2=CV（T4-T1）</p><p><b>　　循環(huán)的熱效率等于：</b></p><p>　　因為1-2，3-4都是定熵過程，可導出：</p><p>　　T2/T1=（V1

44、/V2）k-1， T3/T4=（V4/V3）k-1</p><p>　　而 V3=V2，V4=V1，故：</p><p>　　T2/T1=T3/T4，或 T4/T1=T3/T2</p><p><b>　　代入上式得：</b></p><p>　　式中，ε=V1/V2稱為壓縮比，是個大于1的數(shù)，表示工質(zhì)在燃燒前被壓縮

45、的程度。</p><p>　　式（3-4）表明，奧圖循環(huán)熱效率將隨壓縮比ε增大而提高，隨著負荷增加（既q1增加）循環(huán)熱效率并不變化，因為q1增加不會使壓縮比發(fā)生變化。但實際的汽油機，隨著壓縮比的增大，q1的增加，都會使加熱過程終了時工質(zhì)的溫度上升，造成k值有所減小，這個因素將是熱效率有所下降。</p><p>　　2．2．4 斯特林循環(huán)</p><p>　　斯特林（

46、stirling）循環(huán)是活塞式熱氣發(fā)動機的理想循環(huán)。它是一種外部加熱的閉式循環(huán)，或稱之為活塞式外燃機循環(huán)。</p><p>　　斯特林循環(huán)按正循環(huán)工作時，可以作為熱機循環(huán)，對外作出功量；按逆向循環(huán)工作時，可以作為熱泵循環(huán)。</p><p>　　斯特林循環(huán)由兩個活塞汽缸，一個加熱器，一個冷卻器和一個回熱器組成。兩個活塞連在同一軸上，通過特殊的曲軸機構使它們的移動規(guī)律符合一定的要求。汽缸內(nèi)充有

47、一定量的工質(zhì)（例如氫氣，氦氣，氮氣等）由于兩個活塞的相互移動，使工質(zhì)在熱氣室和冷氣室之間來回流動。循環(huán)由四個過程組成：⑴定容吸熱過程，⑵定容吸熱過程，⑶定溫膨脹過程，⑷定容放熱過程。如圖（3-4）：</p><p>　　圖 3-4 斯特林循環(huán)</p><p>　　由于循環(huán)是理想的，在定容吸熱過程2-3中工質(zhì)從回熱器吸收的熱量正好等于定容放熱過程4-1放給回熱器的熱量。經(jīng)過一個循環(huán)回熱器恢復

48、到原始狀態(tài)。因此，斯特林循環(huán)是概括性卡諾循環(huán)，其熱效率為同溫限卡諾循環(huán)的熱效率，既</p><p>　　這正是斯特林循環(huán)的優(yōu)越之處。</p><p>　　實際的斯特林循環(huán)發(fā)動機，由于存在種種不可逆因素，回熱器效率也不可能達到百分之百，既吸收多少熱量就能放出多少熱量，再加上循環(huán)的最高溫度受金屬材料耐高溫性能的限制，所以實際的熱氣發(fā)動機效率不可能達到很高而且也必然低于同溫限卡諾循環(huán)的熱效率。但

49、現(xiàn)在有熱效率超過50%的實際斯特林循環(huán)發(fā)動機。</p><p>　　2．2．5 含任意過程的循環(huán)</p><p>　　剛剛我們討論的幾種內(nèi)燃機循環(huán)過程都是可以進行理想化的，而對于現(xiàn)實過程中的循環(huán)過程是任意的，那么我們又該如何處理這類問題呢。以下我們就來討論一下。</p><p>　　要計算具有任意循環(huán)過程的熱機的效率，由熱機效率的定義我們要知道整個循環(huán)過程吸收的熱

50、量和放出的熱量，這樣我們就可以通過</p><p>　　ηt =循環(huán)凈功/從高溫熱源吸收的熱量</p><p>　　來計算具有任意循環(huán)過程的熱機效率。</p><p>　　通過P-V圖，我們可以求出吸收的熱量和放出的熱量，關鍵是從P-V圖上找出吸熱與放熱的臨界點，也就dQ=0的點。對于絕熱過程，系統(tǒng)與外界無熱量傳遞，也就是說dQ=0。那么對于任意循環(huán)過程的曲線，我們

51、只要知道它與某條絕熱線的交點，就可以知道在交點的某一側為dQ<0，另一側則為dQ>0,既可知在哪段過程吸熱，哪段過程放熱。下面我們舉一個例子來說明：</p><p>　　圖 3-5 任意過程</p><p>　　為了討論簡單和具體起見，設工作物質(zhì)為理想氣體，由圖3-5可知，當過程沿AD1c1B進行時，曲線的斜率由點A處的+∞逐漸減小到點B的-∞。因此在由D1到B的這段曲線上必有

52、斜率為某點c1存在。顯然也是過點c1的絕熱線ac1b在點c1處的斜率。故點c1是在AD1c1B過程中從吸熱到放熱的變換點。類似地可知，在BD2c2A的曲線上必有一點c2是BD2c2A過程從放熱到吸熱的變換點。因此在整個順時針的循環(huán)過程中，從c2經(jīng)A及D1到c1的這一段為吸熱，從c1經(jīng)B及D2到c2的這一段為放熱。若分別設c2到A和A到c1段的吸熱為Qc2A和QAc1，而設c1到B和B到c2段的放熱為Qc1B和QBc2，則在循環(huán)中總的吸熱

53、Q=Qc2A+QAc1，總的放量Q2=Qc1B+QBc2，循環(huán)的效率為：</p><p><b>　　3．結論</b></p><p>　　3．1 活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的比較</p><p>　　3．1．1 當具有相同的壓縮比和吸熱量的比較</p><p>　　圖4-1表示在上述條件下三中理想循環(huán)的比較.循環(huán)1-2-

54、3-4-1是定容加熱循環(huán)，循環(huán)1-2-3‘-4’-1上定壓加熱循環(huán)，循環(huán)1-2-3“-4”-5“-1是混合加熱循環(huán)。由于初始狀態(tài)1相同，壓縮比相同，所以三種循環(huán)的定熵壓縮過程相同，同時定壓放熱過程都在過狀態(tài)1的同一條定容線上。</p><p>　　圖 4-1當具有相同的壓縮比和吸熱量時的T-S圖</p><p>　　已知吸熱量q1相同，既</p><p>　　面積

55、6-2-3-7-6=面積6-2-3″-4″-8-6=面積6-2-3′-9-6</p><p>　　從圖4-1可見，三種循環(huán)的放熱量不同，且喲</p><p>　　面積6-1-4-7-6<面積6-1-5″-8-6<面積6-1-4′-9-6</p><p>　　也可表示為：q2,v<q2,m<q2,p</p><p>　　

56、既定容加熱循環(huán)的放熱量q2,v最小,定壓加熱循環(huán)的放熱量q2,p最大,而混合加熱循環(huán)的放熱量q2,m居中。</p><p>　　按照循環(huán)熱效率當然公式：ηt=1-q2/q1則可得：</p><p>　　ηt,v>ηt,m>ηt,p</p><p>　　既定容加熱循環(huán)的熱效率ηt,v為最高,混合加熱循環(huán)的ηt,m為其次,定壓加熱循環(huán)的ηt,p為最低。也可以

57、用循環(huán)平均吸熱溫度和平均放熱量溫度進行比較，參看圖4-1，同樣可以得出這個結論。當壓縮比不能采用較大數(shù)值時，定容加熱循環(huán)是比較有利的。</p><p>　　3．3．2 具有相同的最高壓力和最高溫度的比較</p><p>　　圖 4-2具有相同的最高壓力和最高溫度時的T-S圖</p><p>　　這個比較實際上是熱力強度和機械強度相同情況下的比較。圖4-2表示了這種

58、比較，1-2-3-4-1是定容加熱循環(huán)，1-2′-3-4-1上定壓加熱循環(huán)，1-2″-3″-3-4-1是混合加熱循環(huán)。由于各理想循環(huán)初始狀態(tài)1相同，所以定熵壓縮過程和定容放熱過程分別在過點1的同一條定熵線上和同一條定容線上，加上最高壓力Pmax和最高溫度Tmax確定的點3對各個循環(huán)也是相同的，因此3-4定熵膨脹過程線是相同的。因此從圖4-2可見，三個理想循環(huán)的平均放熱溫度是相同的。既 </p>

59、;<p>　　而平均吸熱溫度則有如下關系</p><p><b>　　依據(jù)循環(huán)熱效率</b></p><p><b>　　可得 </b></p><p>　　ηt,p>ηt,m>ηt,v</p><p>　　既在相同的機械強度和熱力強度下，定壓加熱循環(huán)的熱效率ηt,p為最

60、高,定壓加熱循環(huán)的ηt,v為最低,混合加熱循環(huán)的ηt,m居中.這里可以看到采用高的壓縮比使循環(huán)熱效率得以提高.ηt,p最高就是例子.實際上很難控制循環(huán)的最高溫度,但必須控制循環(huán)的最高溫度,但必須控制循環(huán)的最高壓力.因此控制最高壓力和熱負荷(q1)情況下的比較更加接近實際.</p><p>　　3．3．3 各循環(huán)的最高壓力和負荷q1 相同的比較</p><p>　　圖 4-3各循環(huán)的最高壓

61、力和負荷q1 相同時的T-S圖</p><p>　　如圖4-3所示,1-2-3-4-0是定容加熱循環(huán),1-2′-3′-4′-1是定壓加熱循環(huán),1-2″-3″-4″-5″-1是混合加熱循環(huán).如同上述,過狀態(tài)點1的各個循環(huán)的定熵壓縮過程和定容放熱過程都相應地在同一條定熵線上和同一條定容線上.</p><p>　　從圖4-3不難看到,三種理想循環(huán)放熱量之間存在如下的關系.</p>

62、<p>　　q2,p<q2,m<q2,v</p><p>　　考慮到它們的吸熱量是相同的,既</p><p>　　q1,p=q1,m=q1,v</p><p>　　依據(jù)循環(huán)熱效率ηt=1-q1/q2,顯然可得</p><p>　　ηt,p>ηt,m>ηt,v</p><p>　　這個結

63、論表明,此時宜采用定壓加熱循環(huán).前以提及,定壓加熱循環(huán)的內(nèi)燃機要求良好的柴油霧化,通常需附帶壓氣機,造成設備龐大笨重,已被淘汰.實用的是混合加熱循環(huán)的高速柴油機.</p><p>　　3．2 影響熱機效率的因素</p><p>　　其實，從式（3-1）（3-2）及（3-3）可知，影響循環(huán)熱效率的主要因素是壓縮比ε。</p><p>　　可見，無論哪種內(nèi)燃機循環(huán)，提高

64、壓縮比ε的值，總是可以提高循環(huán)熱效率。</p><p><b>　　答謝：</b></p><p>　　在寫論文的過程中，***老師對我的論文進行了細心的指導和幫助。從她淵博的知識和對工作的熱忱中我學習到了許多重要的東西。感謝陳老師對我的指導和幫助！</p><p><b>　　參考文獻：</b></p>&

65、lt;p>　　[1] 朱明善、陳力宏．熱力學分析[M]．高等教育出版社．1992</p><p>　　[2] 彭解華、王鑫、沈抗存．大學物理疑難問題研究[M]．氣象出版社．2002,7</p><p>　　[3] 黎培德、黃克立、周組德．大學物理學[M]．湖南科學技術出版社．1998</p><p>　　[4] 朱明善、劉穎、林兆莊．工程熱力學[M]．清華大學