第六節 循環

一、熱力循環

熱力循環簡稱循環，是指工質從某一初始狀態出發，經歷一系列熱力狀態變化之后，又回到初始狀態的封閉熱力過程。

全部由可逆過程組成的循環稱為可逆循環，若循環中有部分過程和全部過程是不可逆循環，則該循環就是不可逆循環。按照循環作用效果的不同，可將循環分為正向循環和逆向循環。正向循環又稱動力循環或熱機循環，是將熱能轉換為機械能的循環。逆向循環是消耗機械能，將熱量從低溫熱源傳遞給高溫熱源。

二、正向循環和逆向循環

系統完成一個循環后，對外界凈做出的功量（系統沿循環各過程所做功的代數和）稱為循環凈功，用符號w₀表示。如圖1-6（a）所示，正向循環從高溫熱源取熱q₁，將其中一部分轉變為功w₀，一部分剩余的熱q₂排給低溫熱源。如圖1-7（a）所示，逆向循環消耗外功w₀，從低溫熱源取熱q₂，二者一并向高溫熱源放熱q₁。按照實施循環的目的不同，逆向循環又分為制冷循環和熱泵循環。制冷循環的目的在于將熱量q₂從低溫熱源（被冷卻物體、冷庫）取出，向作為高溫熱源的環境散熱，以維持低溫熱源的低溫；熱泵循環的目的則是從環境吸熱，向高溫熱源（被加熱物體）提供熱量q₁，以維持高溫熱源的高溫。由此可知，制冷循環和熱泵循環工作溫度區域不同，制冷循環工作在環境和被冷卻物體之間，熱泵循環工作于被加熱物體和環境之間。

如圖1-6（b）所示，可逆的正向循環在參數坐標圖中是按順時針方向進行的循環，膨脹過程1—2—3所做的膨脹功（1—2—3線下的面積）要大于壓縮過程3—4—1所消耗的壓縮功（3—4—1線下的面積）。循環完成后，系統對外界做出的循環凈功w₀為膨脹功和壓縮功的差值，即p-v圖上循環曲線所包圍的面積1—2—3—4—1。

如圖1-7（b）所示，可逆的逆向循環在參數坐標圖中是按逆時針方向進行的循環。放熱過程1—2—3所放出的熱q₁（1—2—3線下的面積）要大于吸熱過程3—4—1所吸收的熱q₂（3—4—1線下的面積）。這是由于外界提供的功量w₀也轉變為熱，與吸熱過程所吸收的熱q₂一并在放熱過程排給高溫熱源所導致的必然結果，外界提供的功量w₀就是p-v圖上循環曲線所包圍的面積1—2—3—4—1。

三、循環的經濟指標

循環的經濟指標用工作系數來衡量，即

動力循環的經濟指標用循環熱效率η_t來衡量。動力循環得到的效益是循環凈功w₀，付出的代價是從高溫熱源獲取的熱量q₁，所以循環熱效率為

顯然η_t越大，熱功轉換效果越好。

制冷循環的經濟指標用制冷系數ε₁來衡量。制冷循環得到的效益是從低溫熱源取出熱量q₂，付出的代價是為了提供熱量耗費功量w₀，所以制冷系數為

熱泵循環的經濟指標用供熱系數ε₂來衡量。熱泵循環得到的效益是向高溫熱源提供熱量q₁，付出的代價是為了提供q₁耗費功量w₀，所以供熱系數為

制冷系數ε₁和供熱系數ε₂越高，制冷和供熱的經濟性越好。