卡諾循環與熱機效率的提高

傅春花

【摘 要】本文通過分析熱機的效率，得出實際的熱機中，可逆卡諾熱機的效率最高。從討論影響熱機效率高低的因素，提出一些提高熱機效率的可行途徑。

【關鍵詞】可逆卡諾循環；可逆卡諾熱機；熱機的效率；提高

1 循環過程與可逆卡諾循環

在生產技術上，需要將熱與功之間的轉換持續的進行下去，這就需要通過循環工程來實現。循環過程是指，某一熱力學系統經過一系列的狀態變化過程以后，又返回到原來狀態的熱力學過程。根據循環過程進行的方向不同，分為正循環和逆循環。從p-V圖上來看，正循環是指在p-V上按照順時針方向進行的循環，它可以實現將熱量持續的轉變為功。而逆循環是指在p-V上按照逆時針方向進行的循環，它可以實現將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。卡諾循環是指由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程構成的循環過程，它是一個理想的循環過程，若循環過程的逆過程可以重復正過程的每一步，則該過程稱為可逆卡諾循環過程。

2 熱機與熱機的效率

熱機是指利用工作物質做正循環過程的機器，通過正循環過程持續地把熱能轉化為機械能，如蒸汽機、內燃機、汽輪機都是常用的熱機。在循環過程中，對熱量的利用率稱為熱機的效率（η）。假設在循環過程中，工作物質對外界所作的功為A，其從高溫熱源吸收的熱量為 Q1，向低溫熱源散失的熱量為Q2，則熱機的效率為：

3 如何提高熱機的效率

實際熱機的效率不是很高。如蒸汽機的效率只有百分之幾，汽油機一般小于25%，柴油機可以達到35%，燃氣輪機可達46%，最高的液體燃料火箭可達50%。

卡諾定理指出，在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間，可逆卡諾熱機的效率最高。從卡諾定理可知，熱機的效率不可能無限的提高，其極限決定于高溫熱源和低溫熱源的溫度。

因此，要提高熱機的效率，首先應盡量減少循環過程中的摩擦等因素，使實際的循環過程盡可能的接近可逆循環過程。其次，盡可能地拉開高溫熱源與低溫熱源之間的溫差，即盡量提高高溫熱源的溫度，盡量降低低溫熱源的溫度。而高溫熱源的溫度取決于燃料的熱值和燃料燃燒的狀況，因此要盡可能地使用高熱值的燃料；低溫熱源的溫度取決于冷卻系統的性能，因此完善的冷卻系統可以有效的提高熱機的效率。

4 總結

熱機是工作物質在正循環過程下工作，持續的提供機械能。熱機效率的高低，對能源的有效利用和減少大氣污染具有重要的意義。本文通過分析影響熱機的效率，以及影響效率高低的因素，對提高熱機的效率給出了幾點可行的途徑。

【參考文獻】

[1]李壽松，胡經國.物理學： 熱學基礎[M].北京： 高等教育出版社， 2010.

[2]蘇萬春，任意循環過程熱機效率的極值研究[J].電子科技大學學報，2006（2），35（1）.

[責任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文通過分析熱機的效率，得出實際的熱機中，可逆卡諾熱機的效率最高。從討論影響熱機效率高低的因素，提出一些提高熱機效率的可行途徑。

【關鍵詞】可逆卡諾循環；可逆卡諾熱機；熱機的效率；提高

1 循環過程與可逆卡諾循環

在生產技術上，需要將熱與功之間的轉換持續的進行下去，這就需要通過循環工程來實現。循環過程是指，某一熱力學系統經過一系列的狀態變化過程以后，又返回到原來狀態的熱力學過程。根據循環過程進行的方向不同，分為正循環和逆循環。從p-V圖上來看，正循環是指在p-V上按照順時針方向進行的循環，它可以實現將熱量持續的轉變為功。而逆循環是指在p-V上按照逆時針方向進行的循環，它可以實現將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體?？ㄖZ循環是指由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程構成的循環過程，它是一個理想的循環過程，若循環過程的逆過程可以重復正過程的每一步，則該過程稱為可逆卡諾循環過程。

2 熱機與熱機的效率

熱機是指利用工作物質做正循環過程的機器，通過正循環過程持續地把熱能轉化為機械能，如蒸汽機、內燃機、汽輪機都是常用的熱機。在循環過程中，對熱量的利用率稱為熱機的效率（η）。假設在循環過程中，工作物質對外界所作的功為A，其從高溫熱源吸收的熱量為 Q1，向低溫熱源散失的熱量為Q2，則熱機的效率為：

3 如何提高熱機的效率

實際熱機的效率不是很高。如蒸汽機的效率只有百分之幾，汽油機一般小于25%，柴油機可以達到35%，燃氣輪機可達46%，最高的液體燃料火箭可達50%。

卡諾定理指出，在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間，可逆卡諾熱機的效率最高。從卡諾定理可知，熱機的效率不可能無限的提高，其極限決定于高溫熱源和低溫熱源的溫度。

因此，要提高熱機的效率，首先應盡量減少循環過程中的摩擦等因素，使實際的循環過程盡可能的接近可逆循環過程。其次，盡可能地拉開高溫熱源與低溫熱源之間的溫差，即盡量提高高溫熱源的溫度，盡量降低低溫熱源的溫度。而高溫熱源的溫度取決于燃料的熱值和燃料燃燒的狀況，因此要盡可能地使用高熱值的燃料；低溫熱源的溫度取決于冷卻系統的性能，因此完善的冷卻系統可以有效的提高熱機的效率。

4 總結

熱機是工作物質在正循環過程下工作，持續的提供機械能。熱機效率的高低，對能源的有效利用和減少大氣污染具有重要的意義。本文通過分析影響熱機的效率，以及影響效率高低的因素，對提高熱機的效率給出了幾點可行的途徑。

【參考文獻】

[1]李壽松，胡經國.物理學： 熱學基礎[M].北京： 高等教育出版社， 2010.

[2]蘇萬春，任意循環過程熱機效率的極值研究[J].電子科技大學學報，2006（2），35（1）.

[責任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文通過分析熱機的效率，得出實際的熱機中，可逆卡諾熱機的效率最高。從討論影響熱機效率高低的因素，提出一些提高熱機效率的可行途徑。

【關鍵詞】可逆卡諾循環；可逆卡諾熱機；熱機的效率；提高

1 循環過程與可逆卡諾循環

在生產技術上，需要將熱與功之間的轉換持續的進行下去，這就需要通過循環工程來實現。循環過程是指，某一熱力學系統經過一系列的狀態變化過程以后，又返回到原來狀態的熱力學過程。根據循環過程進行的方向不同，分為正循環和逆循環。從p-V圖上來看，正循環是指在p-V上按照順時針方向進行的循環，它可以實現將熱量持續的轉變為功。而逆循環是指在p-V上按照逆時針方向進行的循環，它可以實現將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體。卡諾循環是指由兩個準靜態等溫過程和兩個準靜態絕熱過程構成的循環過程，它是一個理想的循環過程，若循環過程的逆過程可以重復正過程的每一步，則該過程稱為可逆卡諾循環過程。

2 熱機與熱機的效率

熱機是指利用工作物質做正循環過程的機器，通過正循環過程持續地把熱能轉化為機械能，如蒸汽機、內燃機、汽輪機都是常用的熱機。在循環過程中，對熱量的利用率稱為熱機的效率（η）。假設在循環過程中，工作物質對外界所作的功為A，其從高溫熱源吸收的熱量為 Q1，向低溫熱源散失的熱量為Q2，則熱機的效率為：

3 如何提高熱機的效率

實際熱機的效率不是很高。如蒸汽機的效率只有百分之幾，汽油機一般小于25%，柴油機可以達到35%，燃氣輪機可達46%，最高的液體燃料火箭可達50%。

卡諾定理指出，在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間，可逆卡諾熱機的效率最高。從卡諾定理可知，熱機的效率不可能無限的提高，其極限決定于高溫熱源和低溫熱源的溫度。

因此，要提高熱機的效率，首先應盡量減少循環過程中的摩擦等因素，使實際的循環過程盡可能的接近可逆循環過程。其次，盡可能地拉開高溫熱源與低溫熱源之間的溫差，即盡量提高高溫熱源的溫度，盡量降低低溫熱源的溫度。而高溫熱源的溫度取決于燃料的熱值和燃料燃燒的狀況，因此要盡可能地使用高熱值的燃料；低溫熱源的溫度取決于冷卻系統的性能，因此完善的冷卻系統可以有效的提高熱機的效率。

4 總結

熱機是工作物質在正循環過程下工作，持續的提供機械能。熱機效率的高低，對能源的有效利用和減少大氣污染具有重要的意義。本文通過分析影響熱機的效率，以及影響效率高低的因素，對提高熱機的效率給出了幾點可行的途徑。

【參考文獻】

[1]李壽松，胡經國.物理學： 熱學基礎[M].北京： 高等教育出版社， 2010.

[2]蘇萬春，任意循環過程熱機效率的極值研究[J].電子科技大學學報，2006（2），35（1）.

[責任編輯：薛俊歌]