热机效率和制冷机效率比较.doc

热机效率和制冷机效率比较 18世纪第一台蒸汽机问世后,经过许多人的改进,特别是纽可门和瓦特的工作,是蒸汽机成为普遍适用与工业的万能原动机,但其效率却一直很低,只有 3%~5% 左右, 95% 以上的热量都未被利用,其它热机的效率也普遍不高,譬如: 液体燃料火箭效率 48% ,柴油机效率 37% ,汽油机效率 25% 等等。而制冷机是 19世纪 50 年代法国的卡雷兄弟先后成功一硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机研制而成,随后出现了蒸汽喷射式制冷机,到 1930 年出现了***利昂制冷剂压缩式制冷机的迅速发展,至 1945 年,美国研制成功溴化银吸收式制冷机。 1824 年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限度地用来对外做有用功,且该热机效率与工作物质无关,仅与热源温度有关,即卡诺定理,从而为热机的研究工作确定了一个正确的目标。热机及其效率热机是指把持续将热转化为功的机械装置,热机中应用最为广泛的是蒸汽机。一个热机至少应包括以下三个组成部分:①循环工作物资;②两个或两个以上的温度不同的热源,使工作物资从高温热源吸热,向低温热源放热; ③对外做功的机械装置。热机的简化工作原理图如图一所示。热机效率,考虑仅与两个热源接触的情形。对于一个热机,由热力学第二定理知:不可能从单一热源吸热,不需对外放热,而使之全部变成有用功而不产生其它影响。由此知,热机不可能将从高温热源吸收的热量全部转化为功,即热机效率不可能达到 100% ,这样就存在热机效率的高低。设热机效率用?热表示, 1Q ` 2Q 分别表示热机循环中高温热源所放出的热量及低温热源所吸收的热量。 W 对外表示热机对外做的功,则有: 1W=Q ?对外热( 1) 由于整个循环中,系统回到原状态,知 U=0 ?。由热力学第一定理 U=Q+W ?( 2) 1 2 W = Q - Q 有用( 3) 将(3) 代入(1) 得: 1 2 2 1 1 Q - Q Q = =1- Q Q ?热(4) 对于卡诺热机有 3 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 4 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 V V V V RT ln - RT ln RT ln - RT ln Q - Q Q - Q V V V V T -T T = = = = = =1- V V Q Q T T RT ln RT ln V