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第四章 热力学第二定律 一、循环的定义 为了使连续做功成为可能，必须在工质膨胀做功之后，再经历某种压缩过程使它恢复到初始状态，以便重新进行膨胀做功的过程。这样一来，工质就可以周而复始连续不断地把热量转变为功。这种使工质经历一系列的状态变化，又重新恢复到初始状态的封闭过程，叫做热力循环，或简称循环。 二、循环的分类 1、正向循环：把热能转变为机械能的循环 循环所做的功为（图l—4—1(a)） 热力学第一定律解析式应用于循环有 即循环功是由循环热即净热量转变而来的 正向循环在状态图上的特点是循环过程线按顺时针方向进行的。一切热力发动机循环都具有这个特点，所以又叫动力循环。为了表达循环对热能利用的程度，通常把转变为循环功的热量与工质由高温热源吸入的热量之比作为衡量循环经济性的指标，称为热效率,以 表示，即 循环的热效率越大，表明热能利用的程度越高，借助于图1—4—1(b)可以很方便地用两块面积之比来表示热效率： 这是T—S图的用处之一，在分析各种循环的经济性时，广泛地被采用。 2、逆向循环 如图l—4—1(a)所示，工质由状态1沿A膨胀到2以后，如果沿较高的压缩线 恢复到初始状态，则由过程曲线下所包围的面积看出，压缩过程所消耗的压缩功为面积2C1432，它大于膨胀过程 所得的膨胀功 的面积 ，这表明循环的结果是工质消耗了循环功 ，并转变为循环热 排出。 从图1—4—l(b)所示的T—S图上看出，在进行加热过程 之后，放热过程线必须位于吸热线之上，如图1—4—1(b)中 ，所示，也就是必须向温度较高的热源，即高温热源排热，在这一过程中工质把消耗的循环功 所转变的循环热 （ ）以及与从低温热源所吸入的热量（ ）合并一道排给高温热源，其排热量为面积。 与正向循环相反，这一类循环在状态图上的特点是循环过程按逆时针方向进行的，所以叫做逆向循环。综上所述，可知道循环需要耗费一定的功，并且把它转变为热量，这是这种循环得以实现的必要条件（或补充条件），如果这个条件不能满足，企图把热量从低温物体传给高温物体是不可能的。 逆向循环主要用于制冷机和热泵。制冷机是以冷藏库为低温热源，而环境大气作为高温热源。它消耗功，从温度较低的冷藏库或冰箱中抽出热量，使其温度下降，并将热量排到温度较高的大气；热泵是以环境大气为低温热源，而将需要供暖的室内作为高温热源，热泵消耗了功：从大气中吸取热量，并排向温度较高的室内，提高室内的温度，以达到供暖的目的， 若以 代表从低温热源所吸人的热量， 代表向高温热源所放出的热量，那么 或 衡量逆向循环的制冷机和热泵的经济性指标分别是制冷系数 及供暖系数 ： 　　 　　 　　 　 3、可逆循环 循环所经历的过程如果全部是可逆的，则叫做可逆循环，当然，可逆循环可以是正向的，也可以是逆向的。对于可逆循环来说，当工质经历一个正向可逆循环，再经过一个与此相反的逆向可逆循环之后，将会得到：体系(工质)和外界(包括热源、冷源及功源)都恢复到原来状态，而不留下丝毫的改变。 这是可逆循环所具有的重要性质。设工质在热源与冷源之间进行一个正向可逆循环，如图1—4—2中顺时针实线箭头所示，工质从热源吸得热量 ，向冷源排出热量 ，把 转变为机械功 输出。之后同一可逆机再进行逆向可逆循环，如图中逆时针虚线所示，其能量交换的数值与正向相同，只是方向相反，即从冷源取出的 ，同时把正向所做的功 收回加给工质，并把它转变为热量，一并传送给热源。 其总结果是：工质、热源、冷源和功源都全部恢复了原状。第二章中在描述可逆过程特点时所提到的“体系和外界都恢复了原状，不发生任何变化”。讲的就是这么回事，它表明正向循环所进行的过程是可逆过程。 4、不可逆循环 循环所经历的过程如果部分是或全部是不可逆过程，就叫做不可逆循环。设工质在热源与冷源之间进行一个正向不可逆循环，如图1—4—3中实线箭头所示。虽然从热源吸得与(三)项中可逆正向循环(参看图1—4—3)相同的热量 ，但由于循环中存在不可逆性，致使循环所转变的