基本介紹
- 中文名：不可逆卡諾循環
- 外文名：irreversible carnot cycle
- 學科：熱力學
- 領域：熱機理論研究
- 特點：多樣性
- 套用：分析不可逆性對熱機性能的影響
簡述,模型建立,模型滿足條件,工作示意圖,過程特性,
註：未標明詞條錯誤原因及修改意見
簡述
卡諾循環的重要意義是眾所周知的。它是經典熱力學理論的基石，在經典熱力學的建立和發展過程中起過重要作用。基於卡諾循環而引出的卡諾定理，使人們產生了熵、熱力學溫度等這樣一類基本而重要的物理概念。正是有了這些概念，才使熱力學理論得到發展。但在經典熱力學中，僅給出可逆卡諾循環的效率。不可逆卡諾循環，只指出其效率小於可逆循環效率。對於，而未給出定量的普追表達式。不可逆過程熱力學建立之後，雖然成功地描述了許多不可逆現象，得出許多重要的定量關係式，但對於涉及功、熱量這樣一些過程函式的不可逆卡諾循環，仍未作出定量的描述。以致時至今日，工程熱力學教科書上仍把可逆卡諾循環效率作為實際熱機效率的比較標準。實際上，以叮。作為熱機的效率界限並不恰當，因為任何一台實際熱機，都不可能像可逆卡諾熱機那樣無限緩慢地運行，都不可避免地要受到不可逆因素的影響，都存在不可逆損失。因此，實際熱機的效率一般都與卡諾效率相差甚遠，很有必要建立有關不可逆循環的理論。
有限時間熱力學正是由於這個實際需要而提出的。自它提出以來，人們研究了一類在有限時間中運轉的不可逆卡諾循環，即內可逆卡諾循環，套用它導出一些新的性能界限，並取得許多重要結論。但在內可逆卡諾循環模型中，僅考慮工質與熱源之間的傳熱不可逆性，而忽略摩擦、熱漏等其它不可逆效應，認為工質內部經歷一個準靜態的卡諾循環。由此導出了比卡諾定理更為有用，且對實際熱機更有指導意義的基本最佳化公式以及對應於最大輸出功率時的效率。然而，實際熱機除了傳熱不可逆性外，還存在其它不可逆效應。所以以上結果還不能對實際熱機作出較精確的描述。為使理論更好地指導實際，有必要在內可逆卡諾循環模型的基礎上，進一步研究其它不可逆效應，建立不可逆卡諾循環模型，以便獲得更為有用的結論，促進有限時間熱力學的發展。
模型建立
模型滿足條件
建立在內可逆卡諾循環基礎上的不可逆卡諾循環模型，滿足以下三個條件:
1、工質在循環中經歷兩個等溫和兩個絕熱過程，這些過程一般是不可逆的。
2、工質與熱源之間存在熱阻，傳熱在有限溫差下進行。因而工質在兩個等溫過程中的溫度T1和T2與熱源的溫度T1和T2不同，滿足TH>T1>T2>TL。
3、由於熵變可以表征過程的不可逆性，故將循環中傳熱以外的其它不可逆性的總效果歸結為使低溫熱源每循環的熵增量增大。當每循環從高溫熱源吸取固定的熱量Q1時，若以△S2和△S2'分別表示不可逆和內可逆卡諾循環中低溫熱源每循環的熵增量，則可引進一個無量綱量(稱之為不可逆程度)：I=△S2/△S2'=Q2/Q2'>=1；來度量循環中除了傳熱以外的其它不可逆性。其中Q2和Q2'分別為不可逆和內可逆卡諾循環每循環放給低溫熱源的熱量。顯然，當I=1時，不可逆卡諾循環就轉化為內可逆卡諾循環，而當熱阻的影響也可忽略時，內可逆卡諾循環又轉化為可逆卡諾循環。所以這種模型包含了內可逆和可逆卡諾循環。不過在一般情況下，I>1，工質與熱源間存在熱阻，循環中包含了各種不可逆效應。
工作示意圖
為了進一步弄清各模型所描述的物理過程，有必要用更形象更直觀的工作示意圖來描述這三個模型。
CA循環模型的示意由為圖(1)所示。在熱源與工質之問存在熱阻，而在T1與T2之間，工質經歷一個可逆卡諾循環。整個CA循環中只存在傳熱不可逆性。
I模型示意圖見圖(2)。除熱阻外，由於其它不可逆性的影響，工質經歷一個不可逆卡諾循環。其它不可逆性的總效果可以等效為比在相同條件下可逆卡諾循環中工質向T2放出的熱量增加了(Q2-Q2')，使得循環對外所做的
功減少，效率降低。
過程特性
1.工作在相同的高溫熱源和低溫熱源之間的可逆熱機與不可逆熱機，若從高溫熱源吸收相同的熱量，則可逆熱機做的功最多，不可逆熱機總是比可逆熱機要浪費掉更多的熱量，做更少的功;若要作相同的功，則不可逆熱機需要吸收和釋放更多的熱量;若向低溫熱源釋放相同的熱量，不可逆熱機將從高溫熱源吸收較少的熱量，作較少的功。
2.工作在相同的高溫熱源T1和低溫熱源T2之間的熱機與制冷機，如果經歷一個可逆的循環過程，則它們與高低溫熱源交換的熱量的比值相同，如果經歷的循環過程是不可逆的，則兩比值不相等。
