热力循环及热力学第二定律

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第213页（1061字）

能够持久地产生机械能的热机，都是按照一定的热力循环工作的。在热力循环中的自然规律，除热力学第一定律外，还有热力学第二定律。

由可逆过程组成的循环称为可逆循环。可逆循环可以用p－v图也可以用T－s图表示，如图1．4－1所示。由图可见，在循环中，工质从高热源所吸取的热量为q1，而向低热源所放出的热量为q₂。q₁＞q₂，q₁－q₂=q0为循环中消失的热量，称为循环的有效热。同时，在循环中，工质向外膨胀所作的功为l₁，而被外界压缩所受的功为l₂。l₁＞l₂，l₁－l₂=l_。为循环中出现的功量，称为循环的有效功。根据热力学第一定律，q₀=l₀。称为循环的热效率。

图1．4－1 热力循环的p－v图及T－s图

在高热源的温度T1及低热源的温度T₂各自相同的条件下，卡诺循环的热效率是最高的。卡诺循环是由二个定温过程和二个绝热过程组成，如图1．4－2所示。卡诺循环的热效率为

图1．4－2 卡诺循环的p－v图及T－s图

因高热源温度T1不可能达到∞，低热源温度T₂也不可能达到OK，所以卡诺循环的热效率η_t不可能达到100%。此外，可以看出，在T₁=T₂时，η_l=0，这说明没有温度差存在，就不可能持久地把热转变为功。

热力学第一定律说明了能量的形式可以转化，热可以变功，功可以变热，并且建立了热和功之间的当量关系。但是符合热力学第一定律的理想并非都能实现。能量转化除了当量关系外，还有方向、条件及限度等问题，这些则需由热力学第二定律予以解决。热力学第二定律，可归纳为下列几条：

①功可以全部地、无条件地转变为热，而热只能部分地、有条件地转变为功。

②要持久地把热转变为功，至少要有两个热源(一个高热源，一个低热源)。

③在热变功的循环中，从高热源吸收的热量不可能100%地变为功。

④热可以自动地从高温传向低温，但不可能自动地从低温传向高温。