循环类型
P-V图
压缩
膨胀
等温
活塞动画
当前冲程:
-
能量流
四冲程
吸气
压缩
做功
排气
效率分析
热效率 η
0%
卡诺效率 η_C
0%
性能系数 COP
0
参数设置
温度
体积
动画控制
快速预设
热力学方程式
热效率 η
η = W/Q_h = 1 - Q_c/Q_h
制冷系数:
COP_cooling = Q_c/W
制热系数:
COP_heating = Q_h/W
卡诺效率 η_C
η_Carnot = 1 - T_c/T_h
第一定律:
ΔU = Q - W
理想气体:
PV = nRT
什么是热机和制冷机?
热机和制冷机是在循环上运行的热力学系统,将热能转化为功(热机)或使用功将热量从低温热库传递到高温热库(制冷机/热泵)。两个系统都依赖于热力学的基本原理,特别是第一和第二定律。
热机
热机在热力学循环上运行,将热能转化为机械功。工作流体(气体或蒸汽)经历一系列过程:在高温下加热,膨胀做功,在低温下冷却,压缩回到初始状态。
制冷机和热泵
制冷机和热泵在反向热力学循环上运行。它们需要功输入来将热量从低温传递到高温,"爬升"温度梯度对抗自然热流方向。
卡诺循环
卡诺循环是最有效的可能的热机循环,由两个等温(恒温)和两个绝热(无热传递)过程组成。它代表了理论上的效率上限。
奥托和狄塞尔循环
奥托循环(汽油)模拟火花点火发动机。狄塞尔循环模拟压缩点火发动机。关键区别:奥托使用火花点火与预混合燃料空气,而狄塞尔使用压缩点火与燃料在燃烧期间喷射。
实际应用
汽车、发电厂、家用电器、空调、工业制冷。
历史背景
热机的研究始于18世纪的工业革命。詹姆斯·瓦特改进的蒸汽机(1769)革命性地改变了制造业。萨迪·卡诺1824年的工作建立了热力学的理论基础。