lekcii (Лекции), страница 5

Это означает, что невозможнаработа теплового двигателя за счет теплоты, взятой из окружающей среды, еслиотсутствует разность температур.18.3. Круговые процессы или циклыЭто основа работы всех тепловых машин.Круговыми процессами или циклом называются такие совокупноститермодинамических процессов, после которых рабочее тело приходит в исходноеначальное состояние. Число отдельных процессов может быть любым в цикле.Круговые процессы обеспечивают непрерывную и длительную работу тепловыхмашин .Различают два вида круговых процессов прямые циклы и обратные циклы.62По прямым циклам работают тепловые двигатели (ДВС, ПСУ, АЭС, ГТУ и т.д.); пообратным циклам работают холодильные машины и тепловые насосы.Прямые циклыПринцип действия всех тепловых двигателей соответствует следующейтермодинамической схеме.Изображение прямого цикла общего вида вПроцесс расширенияПроцесс сжатиядиаграмме63Направление прямого цикла всегда по часовой стрелкеПринимаем, чтообратимый.При процессеиобратимые процессы.

Поэтому цикл идеальный ирабочее тело принимает теплотуот теплоотдатчика и совершает.работу расширенияПри процессе сжатиярабочее тело отдает теплотув теплоприемник и.затрачивается на сжатиеРабота за весь цикл:это площадьполезная работа идеального цикла.Как видно для получения полезной работы необходимо выполнить отвод теплоты отрабочего тела, т.е. иметь теплоприемник.Так как, то по первому закону термодинамикиЭффективность получения работы любого двигателя за счет теплоты оцениваетсятермическим коэффициентом полезного действия цикла:Посколькутовсегда!Всю расходуемую теплоту превратить в работу невозможно.

КПД реального двигателяоценивается понятием эффективного КПД:64относительно эффективный КПД, учитывающий всевозможные потери энергиивнутри теплового двигателя.Таким образом, невозможно непрерывное получение работы теплового двигателя,если наряду с подводом теплоты нет отвода теплоты.Обратные циклыПо этим циклам работают холодильные установки и тепловые насосы.Принцип их действия соответствует следующей термодинамической формуле:более нагретая средаменее нагретая средаПроцесс происходит непрерывно с помощью обратного цикла.Изображение обратного цикла вдиаграмме65Процесс расширенияПроцесс сжатияНаправление обратного цикла всегда против часовой стрелки.Так как, следовательно, в соответствии с законом сохранения энергииВ случае холодильной машиныЕслиполезный холодильный эффект, то холодильная машина работает неэффективноТепловые насосы отличаются от холодильных машин только назначениемполезный тепловой эффект насосаОтопительным коэффициентом теплового насоса называются соотношения:6618.4.

Цикл Карно. Учение КарноЦикл Карно идеальный обратимый цикл, с помощью которого оцениваетсясовершенство тепловых машин, т.е. выясняется, при каких условиях можно получитьмаксимальный КПД теплового двигателя.Максимальной эффективность обладает идеальный тепловой двигатель, работающийпо полностью обратимому циклу, который при условии одного теплоотдатчика иодного теплоприемника состоит из двух адиабат.

Это Цикл Карно.Изображение цикла Карно вдиаграмметеплоотдатчик с температуройтеплоприемник с температурой67Рабочее тело проходит процессы:изотермическое расширение приадиабатическое расширение; температура повышается отЭто прямой цикл.Термический КПД цикла КарноДля удобства вывода формул термического КПД цикла Карно используемдиаграмму, принимая в качестве рабочего тела газ.Процессыизотермические процессы;Процессыадиабатные процессыВдиаграмме площади отражают теплоту(площадь)=(площадь)=(площадь 1234)68абсолютная температура теплоотдатчикаабсолютная температура теплоприемника18.5. Основные свойства цикла КарноТермический КПД цикла Карнои теплоприемниказависит только от температуры теплоотдатчикаи не зависит от свойств рабочего тела (теорема Карно)Цикл Карно имеет максимальный КПД по сравнению с любым другим циклом.Докажем это с помощьюПлощадьПлощадьдиаграммы.цикл Карноцикл любого двигателя с процессами:подвод теплаотвод тепла69Заменяем циклВ процессеэквивалентами циклу Карно: в процессподводится теплоподводится теплоУсредненные температуры подвода и отвода тепла в эквивалентном циклеравны:Таким образом, в заданном интервале температурболее высоким КПД, чем у цикла Карно.не может быть цикла с18.6.

Максимальная полезная работаМаксимальная полезная работа оценивается величиной энергии.Величина энергии термодинамической системы оценивается той максимальнойработой, которая возможна при переходе системы от ее исходного состояния ксостоянию равновесия с окружающей средой.Путьисходная температура термодинамической системы,температуры окружающей средыВ систему подано тепла в количествеМаксимальная полезная работа:70В этом случае теплотаТеплотаэто энергия.неработаспособнаяВыводы по прямому циклу1.Полная обратимость прямого цикла обеспечивает лучшие условия для работытепловых двигателей.

Цикл Карно реально не выполним, но поскольку он являетсяидеальным по эффективности, его приняли в качестве эталона для сравнения с любымреальным двигателем.Сравнивая КПД любого двигателя с КПД цикла Карно, оценивается насколькосовершенен данный двигатель.2. Для повышения КПД теплового двигателя необходимо увеличивать разностьтемпературобратимым., приближать термодинамические процессы в двигателях кОбратный цикл КарноСостоит из тех же четырех процессов, но рабочее тело проходит их против часовойстрелки.Изображение обратного цикла Карно видиаграммахИзвестно, что по обратному циклу Карно работают холодильные машины и тепловыенасосы.В случае холодильной машины71, атемпература холодильной камерызатрачиваемая работаПроцессы:адиабатное расширениедостигается снижение температуры отизотермное расширение привоспринимает теплопри этом рабочее телоиз холодильной камеры;адиабатное сжатиеотдо.

При этом повышается температура рабочего теладоизотермное сжатие приокружающую среду.; рабочее тело отдает теплотуСогласно закону сохранения энергииХолодильный коэффициентполезный холодильный коэффициентДля обратного цикла Карно:Это одна из математических характеристик обратного процесса Карноабсолютная температура холодильной камеры;абсолютная температура окружающей среды.в72По обратному циклу Карно действуют также тепловые насосы. В этом случае обратныйцикл выполняется в другом диапазоне температур.температура окружающей средытепло, воспринимаемое из окружающей среды рабочим теломабсолютная температура нагреваемой средыСогласно закону сохранения энергиитепло, отдаваемое рабочим телом потребителю, и может быть полезноиспользовано.полезный тепловой эффект теплового насоса.Эффективность работы теплового насоса характеризуется тепловым коэффициентомДля обратного цикла КарноЭто вторая математическая характеристика обратного цикла Карно.73Из формул следует (для1.ии):увеличиваются с уменьшением разности температурДля экономичной работы этих машин разность температур не должна быть большой,иначе затрачивается большая работа.2.идля обратимого цикла Карно являются максимальными величинами посравнению с их значениями для любого другого обратного цикла, так как цикл карнополностью обратимый и имеет наибольшую эффективность.18.8.

Регенеративный циклПринцип регенерации теплотыНаряду с циклом Карно имеется и другой обратимый цикл, который обладаетпредельной максимальной эффективностью. Таким циклом является регенеративныйцикл. Он по форме отличается от цикла Карно, но имеет одинаковый с ним КПД.Для выполнения этого цикла используется вспомогательный теплообменник,называемый регенератором.Изображение регенеративного цикла вПроцессы:Изотермыдиаграмме74Эквидистантные кривые они могут быть изобарамиилиизохорамиPV- диаграммы регенеративного двигателяРегенеративный двигатель с действием регенератора по изохорному процессуРегенеративный двигатель с действием регенератора по изобарному процессуПри этомтогдаПринцип работы регенеративного двигателяПроцессы:изотермическое расширение притеплотыподвод от теплоприемника75процесс со снижением температуры и отводом теплаизотермическое сжатие прив регенераторрабочее тело отдает теплотувтеплоприемникпроцесс с повышением температуры и подводом теплотыот регенератораПри эквидистантных кривых площадиБаланс теплоты для регенератора за цикл равен нулю, т.е.

регенератор служит длярегенерации теплоты между процессамии. Подвод и отвод теплотыпроисходит только по изотермам, как в цикле Карно. Полезная работаТак какравна, тоРегенеративный цикл в реальных тепловых машинах полностью не выполняется.Принцип регенерации в энергетических установках получил успешное развитие впаровых и газовых турбинах.18.9. Общая математическая характеристикаобратимых процессов;отсюда76или; т.е.для обратимого цикла Карно сумма приведенных теплот равна нулю. Распространимэто равенство на любой обратимый циклРазбиваем цикл 1a2b адиабатами на большое количество теплоотдатчиков итеплоприемников. Чтобы цикл был обратимым надо подвод и отвод теплотыосуществить обратимо.