卡诺循环与热机效率的提高

【摘 要】本文通过分析热机的效率，得出实际的热机中，可逆卡诺热机的效率最高。从讨论影响热机效率高低的因素，提出一些提高热机效率的可行途径。

【关键词】可逆卡诺循环；可逆卡诺热机；热机的效率；提高

1 循环过程与可逆卡诺循环

在生产技术上，需要将热与功之间的转换持续的进行下去，这就需要通过循环工程来实现。循环过程是指，某一热力学系统经过一系列的状态变化过程以后，又返回到原来状态的热力学过程。根据循环过程进行的方向不同，分为正循环和逆循环。从p-V图上来看，正循环是指在p-V上按照顺时针方向进行的循环，它可以实现将热量持续的转变为功。而逆循环是指在p-V上按照逆时针方向进行的循环，它可以实现将热量从低温物体传递到高温物体。卡诺循环是指由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程构成的循环过程，它是一个理想的循环过程，若循环过程的逆过程可以重复正过程的每一步，则该过程称为可逆卡诺循环过程。

2 热机与热机的效率

热机是指利用工作物质做正循环过程的机器，通过正循环过程持续地把热能转化为机械能，如蒸汽机、内燃机、汽轮机都是常用的热机。在循环过程中，对热量的利用率称为热机的效率（η）。假设在循环过程中，工作物质对外界所作的功为A，其从高温热源吸收的热量为 Q1，向低温热源散失的热量为Q2，则热机的效率为：

3 如何提高热机的效率

实际热机的效率不是很高。如蒸汽机的效率只有百分之几，汽油机一般小于25%，柴油机可以达到35%，燃气轮机可达46%，最高的液体燃料火箭可达50%。

卡诺定理指出，在相同的高温热源和相同的低温热源之间，可逆卡诺热机的效率最高。从卡诺定理可知，热机的效率不可能无限的提高，其极限决定于高温热源和低温热源的温度。

因此，要提高热机的效率，首先应尽量减少循环过程中的摩擦等因素，使实际的循环过程尽可能的接近可逆循环过程。其次，尽可能地拉开高温热源与低温热源之间的温差，即尽量提高高温热源的温度，尽量降低低温热源的温度。而高温热源的温度取决于燃料的热值和燃料燃烧的状况，因此要尽可能地使用高热值的燃料；低温热源的温度取决于冷却系统的性能，因此完善的冷却系统可以有效的提高热机的效率。

4 总结

热机是工作物质在正循环过程下工作，持续的提供机械能。热机效率的高低，对能源的有效利用和减少大气污染具有重要的意义。本文通过分析影响热机的效率，以及影响效率高低的因素，对提高热机的效率给出了几点可行的途径。

【参考文献】

[1]李寿松，胡经国.物理学： 热学基础[M].北京： 高等教育出版社， 2010.

[2]苏万春，任意循环过程热机效率的极值研究[J].电子科技大学学报，2006（2），35（1）.

[责任编辑：薛俊歌]

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