第六节 循环

一、热力循环

热力循环简称循环，是指工质从某一初始状态出发，经历一系列热力状态变化之后，又回到初始状态的封闭热力过程。

全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环，若循环中有部分过程和全部过程是不可逆循环，则该循环就是不可逆循环。按照循环作用效果的不同，可将循环分为正向循环和逆向循环。正向循环又称动力循环或热机循环，是将热能转换为机械能的循环。逆向循环是消耗机械能，将热量从低温热源传递给高温热源。

二、正向循环和逆向循环

系统完成一个循环后，对外界净做出的功量（系统沿循环各过程所做功的代数和）称为循环净功，用符号w₀表示。如图1-6（a）所示，正向循环从高温热源取热q₁，将其中一部分转变为功w₀，一部分剩余的热q₂排给低温热源。如图1-7（a）所示，逆向循环消耗外功w₀，从低温热源取热q₂，二者一并向高温热源放热q₁。按照实施循环的目的不同，逆向循环又分为制冷循环和热泵循环。制冷循环的目的在于将热量q₂从低温热源（被冷却物体、冷库）取出，向作为高温热源的环境散热，以维持低温热源的低温；热泵循环的目的则是从环境吸热，向高温热源（被加热物体）提供热量q₁，以维持高温热源的高温。由此可知，制冷循环和热泵循环工作温度区域不同，制冷循环工作在环境和被冷却物体之间，热泵循环工作于被加热物体和环境之间。

如图1-6（b）所示，可逆的正向循环在参数坐标图中是按顺时针方向进行的循环，膨胀过程1—2—3所做的膨胀功（1—2—3线下的面积）要大于压缩过程3—4—1所消耗的压缩功（3—4—1线下的面积）。循环完成后，系统对外界做出的循环净功w₀为膨胀功和压缩功的差值，即p-v图上循环曲线所包围的面积1—2—3—4—1。

如图1-7（b）所示，可逆的逆向循环在参数坐标图中是按逆时针方向进行的循环。放热过程1—2—3所放出的热q₁（1—2—3线下的面积）要大于吸热过程3—4—1所吸收的热q₂（3—4—1线下的面积）。这是由于外界提供的功量w₀也转变为热，与吸热过程所吸收的热q₂一并在放热过程排给高温热源所导致的必然结果，外界提供的功量w₀就是p-v图上循环曲线所包围的面积1—2—3—4—1。

三、循环的经济指标

循环的经济指标用工作系数来衡量，即

动力循环的经济指标用循环热效率η_t来衡量。动力循环得到的效益是循环净功w₀，付出的代价是从高温热源获取的热量q₁，所以循环热效率为

显然η_t越大，热功转换效果越好。

制冷循环的经济指标用制冷系数ε₁来衡量。制冷循环得到的效益是从低温热源取出热量q₂，付出的代价是为了提供热量耗费功量w₀，所以制冷系数为

热泵循环的经济指标用供热系数ε₂来衡量。热泵循环得到的效益是向高温热源提供热量q₁，付出的代价是为了提供q₁耗费功量w₀，所以供热系数为

制冷系数ε₁和供热系数ε₂越高，制冷和供热的经济性越好。