热机制冷机以及卡诺循环

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年出现了氟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η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 η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）12W =Q -Q 有用 （3）将(3)代入(1)得：12211Q -Q Q==1-Q Q η热 (4)对于卡诺热机有32221212121411122221111111V V V VRT 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 V υυυυηυυ吸放卡热吸（5）对于两个以上热源接触情形。

制冷原理逆卡诺循环逆卡诺循环（Reverse Carnot Cycle）是一种理想的制冷循环过程，其原理是利用逆转卡诺循环的工作原理来实现制冷效果。

逆卡诺循环是卡诺循环的反过程，卡诺循环是一种理想的热机循环过程，利用 Carnot 原理进行热能转换，而逆卡诺循环则是将热能转换成冷能的过程。

逆卡诺循环的主要特点是在一个系统中，以压缩和膨胀工作为基础，通过逆卡诺循环的过程，将热能从低温环境中吸收，并以制冷剂的形式传递给高温环境，以实现温度的降低。

逆卡诺循环的过程包括四个阶段：膨胀、冷却、压缩和加热。

首先，制冷剂被膨胀到低压、低温状态。

在这个阶段，制冷剂从高压区域流向低压区域，流过一个膨胀阀，使其温度降低。

接下来，制冷剂通过一个冷却器，与低温环境交换热量。

由于制冷剂的温度比低温环境的温度高，所以制冷剂吸收了低温环境的热量，使得低温环境的温度进一步降低，而制冷剂的温度升高。

然后，制冷剂被压缩到高压、高温状态。

在这个阶段，制冷剂通过一个压缩机，被压缩成高温高压状态。

这个过程需要外部能量的输入，通过压缩机提供。

最后，制冷剂通过一个加热器，与高温环境交换热量。

由于制冷剂的温度比高温环境的温度低，所以制冷剂释放了热量，使得高温环境的温度略微上升，而制冷剂的温度进一步降低。

通过以上的四个阶段，制冷剂的温度经过膨胀、冷却、压缩和加热的过程，温度得到了进一步的降低，从而实现了制冷效果。

逆卡诺循环具有高效、节能的特点，因为它利用了逆转卡诺循环的工作原理，最大限度地利用了热能的转化过程。

逆卡诺循环适用于制冷行业，如冰箱、空调等设备，以及一些工业生产中需要制冷的过程。

然而，实际的逆卡诺循环往往会存在一些能量损耗，例如制冷剂在膨胀和压缩过程中会产生一定的热损失，这些损失会导致制冷效果的下降。

因此，在实际的制冷设备中，往往会采用一些增强制冷效果的方法，例如利用换热器来提高制冷剂的冷却和加热效果，以及利用增压器来提高制冷剂的压缩效果等。

热机制冷机以及卡诺循环热机是指一种将热能转化为机械能的设备或系统。

而制冷机则是指一种将热能从低温区域传递到高温区域的设备或系统。

在研究热力学过程中，我们经常会涉及到热机制冷机以及卡诺循环这些概念。

热机是基于一个基本原理工作的：热流从高温区域流向低温区域。

在热机中，燃料或其他能源被燃烧或转化为热能，然后通过热交换的方式将热能转化为机械能。

常见的热机包括汽车引擎、蒸汽轮机和发电厂发电机等。

热机的效率通常通过热机工作所做的工作和从热源中吸收的热能之比来衡量。

制冷机与热机相反，它将热能从低温区域传递到高温区域。

制冷机通常有一个冷凝器和一个蒸发器，通过工质的循环来实现。

在制冷机中，工质从低温区域的蒸发器中吸收热量并蒸发，然后通过压缩来增加其压力和温度，最后在冷凝器中释放热量并凝结。

这种热传递过程导致低温区域的温度下降，实现制冷的效果。

卡诺循环是一个理论上的热力学循环，描述了一个完美的热机或制冷机能达到的最大效率。

卡诺循环包括四个步骤：绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩和等温压缩。

在绝热膨胀中，热机从高温热源吸收热量，压力和温度都下降；在等温膨胀中，热机与热源保持等温接触，完成功；在绝热压缩中，热机向冷源释放热量，压力和温度都上升；在等温压缩中，热机与冷源保持等温接触。

整个卡诺循环是在热机与热源、制冷机与冷源之间交替进行的。

卡诺循环的效率由其热机和制冷机的温度差决定。

热机的效率可以用1减去制冷机效率的倒数来表示。

在实际应用中，热机和制冷机的效率往往比卡诺循环要低，这是由于存在内部耗散、摩擦、流体不可压缩等因素所导致的。

总之，热机制冷机以及卡诺循环是研究热力学过程中重要的概念。

热机将热能转化为机械能，而制冷机将热能从低温区域传递到高温区域。

卡诺循环则描述了一个完美的热机或制冷机能够达到的最大效率。

这些概念的理解有助于我们更好地理解能源转换和制冷技术的原理与性能。

制冷原理：逆xx卡诺循环1824 年,法国青年工程师卡诺研究了一种理想热机的效率,这类热机的循环过程叫做“卡诺循环”。

这是一种特别的,又是特别重要的循环,因为采纳这类循环的热机效率最大。

卡诺循环是由四个循环过程构成，两个绝热过程和两个等温过程。

它是1824 年卡.诺（见卡诺父子）在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。

卡诺假定工作物质只与两个恒温热源互换热量，没有散热、漏气、磨擦等消耗。

为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，相同，向低温热源放热应是等温压缩过程。

因限制只与两热源互换热量，离开热源后只好是绝热过程。

作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。

xx进一步证了然下述 xx 定理：① 在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的全部可逆热机的效率都相等，与工作物质没关，为，此中 T1、T2 分别是高平和低温热源的绝对温度。

② 在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的全部不行逆热机的效率不行能大于可逆卡诺热机的效率。

可逆和不行逆热机分别经历可逆和不行逆的循环过程。

说明卡诺定理说了然热机效率的限制，指出了提升热机效率的方向（提升T1、降低 T2、减少散热、漏气、摩擦等不行逆消耗，使循环尽量靠近卡诺循环），成为热机研究的理论依照、热机效率的限制、实质热力学过程的不行逆性及此间联系的研究，致使热力学第二定律的成立。

在卡诺定理基础上成立的与测温物质及测温属性没关的绝对热力学温标，使温度丈量成立在客观的基础之上。

别的，应用卡诺循环和卡诺定理，还能够研究表面张力、饱和蒸气压与温度的关系及可逆电池的电动势等。

还应重申，卡诺定理这类撇开详细装置和详细工作物质的抽象而广泛的理论研究，已经贯串在整个热力学的研究之中。

逆卡诺循环确立了制冷理论的基础，逆卡诺循环揭露了空调制冷系数（俗称EER或 COP）的极限。

全部蒸发式制冷都不可以打破逆卡诺循环。

理论在逆卡诺循环理论中间，要提升空调制冷系数就只有以下二招：1。

大学物理热力学第8讲卡诺循环1824年, 法国青年科学家卡诺(1796-1832)提出一种理想热机: 工作物质只与两个恒定热源(一个高温热源, 一个低温热源)交换热量. 整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成, 这样的循环过程称为卡诺循环.1Q 2Q (恒定)BC 和DA 过程: 0=Q V 31V24AB 过程: CD 过程: )/ln()/ln(111212A B D C V V T V V T Q Q −=−=ηA BV V RT Mm Q ln 11=C DV V RT M m Q ln 22=1211−−=γγC B V T V T Q 1211−−=γγDAVT VT DC A B V V V V =∴卡诺循环效率:结论: 卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定.卡诺制冷系数:2122122T T T Q Q Q W Q −=−==ε冰箱外冷冻室Q 2卡诺制冷机将待冷却物体作为低温热源, 反向进行热机循环, 可实现制冷循环.例题一卡诺循环, 热源温度为100o C, 冷却器温度为0oC. 如维持冷却器温度不变, 提高热源温度, 使循环1的净功率增加为原来的2倍. 设此循环2工作于相同的两绝热线之间, 工作物质为理想气体. 试求: (1) 此热源的温度增为多少?(2) 这时效率为多大?11111111T T Q W W Q W −=+==放吸η解: (1)V10101W T T T Q −=放20202W T T T Q −=放22222221T T Q W W Q W −=+==放吸η同理:K 4732012=−=T T T V放放21Q Q =20202W T T T Q −=放按题意：122W W =10101W T T T Q −=放12010102W T T T W T T T ×−=−%3.424732731=−=2021T T −=η(2)。