Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Указанная особенность обратных циклов используется по-разному в зависимости от назначения тепловых машин, работающих по таким циклам. Как и в случае прямых циклов, наиболее совершенным обратным циклом является цикл Карно, т, е. цикл, состоящий из двух равновесных изотермных и двух равновесных адиабатных процессов (рис. )46, в), В обратном цикле Карно рабочее тело термодинамической системы в процессе 1-2 получает теплоту в количестве Я' от источнике теплоты, имеющего температуру Т'. Количество полученной теплоты эквивалентно пл.
1'122', Затем в результате адиабатного сжатия ь процессе 2-3 температура тела повышается до температуры, на беско печно малое значение, превышающее температуру Т" Приемника теп лоты в окружающей среде. Это дает возможность произвести отвол теплоты от рабочего тела к приемнику теплоты в равновесном изотерм ном процессе '3-4. Количество'теплоты Я", г!ередаваемое при эйм он. ружающей среде, эквивалентно пл. !'432', В последующем процессе равновесного адиабатного расширения рабочего тела 4-1 его температура вновь понижается до температуры низшего источника теплоты Т', после чего цикл повторяется. В процессах 4-1 и 1-2 рабочее тело совершает'некоторую работу, а в процессах 2-3 и 3-4 требуется подвод работы для сжатия рабочего тела. Итоговое количество энергии, под водяной в цикле в форме работы, эквивалентное пл. 1234, передается приемнику теплоты в форме теплоты вместе с энергией, полученной в фоРме теплоты от источника теплоты 11.ц) = 1Яц(.
й 130. Разновидности обратных термодииемических в1иклов и - показатели их эффективности Тли В зависимости от назначения обратных циклов приемниками и источниками теплоты в окружающей среде являются различные конкрет. ные тела, а для оценки эффективности циклов используются разлнчкые показатели. Наиболее часто обратные циклы рассматриваются применительно к холодильным машинам, тепловым насосам, термотрансформаторам.
Назначением х о л од и л ь н о го ц и к л а является передача теплоты от тела, имеющего темйературу более низкую, чем температура самого холодного тела в окружающей среде. Такой процесс называется иску ест вен ным охлажден и ем. Искусственный холод уже а середины Х1Х в. широко применяется для дли- тельного хранения пищевых Т Т 11л ° продуктов. В современной и технике искусственное охлаж- 11 Т 1л " денис используется для полу- чения сжижениых газов, за- лам ~гг' мораживания водонасыщен- д 1х ' ных грунтов при земляных г! работах, термической.обработ- ке материалов, находит прий!. ' менение р медицине и т. д. 1лг ( ~ Г, Устройства, в которы об.
ратный цикл используется Рис. 147, Разновидности обратных термоди- ДЛЯ ИСКУсствеиного ОхлаждЕ- иамичесиих циклов: ния, называют х о л оди л ь! — колодпльпин цикл карно; !! — 'цикл карно н и м и м а ш и н а м и. На длн отопнтелыюго теплового насоса; гг! — цикл теплового пасоса длн утнлпаэцнн' инэнотеипера. РИС. ! 47 ПОКаэаи ХОЛОДИЛЬ турков теплоты ный цикл Карно (1) 1-2-3-4 применительно к случаю, когда. приемником теплоты является естественная окружающая среда, имеющая температуру Т,, Полезным эффектом холодильного цикла является количество теплоты Я, „, которое рабочее 'тело холодильной машины (хладоагент) отбирает от охлаждаемых предметов (от холодильной камеры), имеющих температуру Т„,н ( Т,.
Это количество теплоты называют х о л о до п р о и з в о д и т ел ь постыл цикла. Энергия, равная сумме холодопроизводительности и затраченной Работы Цикла дг' = Я .и + (Ец(, пеРедаетсЯ окРУжающей (естественной) среде (в конечйом счете атмосферному воздуху), температура которой Т' = То ) Т и. Эффективность холодильного цикла вьгражается х о л о д и л ь- н ы м к о э ф ф и ц и е н т о м — отношением полезного эффекта (хо-, лодопроизводительности) к затраченному эффекту, в данном случае 'работе цикла: а'"/~ ~=а . /% а .
) (707) (709) В41, По сравнению со всеми другими циклами равновесный обратимый .цикл Карно обладает наибольшим значением холодильного коэффициента в заданном интервале температур холодильной камеры Т, „и окружающей среды Т,: т, „!м,,~ т,.„ тц ~ 451-в) т~.е ! 651-21 то тх.к то/т~.н 1 Холодильный коэффициент резко уменьшается при увеличении пе. - репада температур между окружающей средой и охлаждаемым объек: том. Так, например, расчеты показывают, что отнятие от охлаждаемого объекта теплоты прн темперутаре жидкого гелия требует затраты ', работы в 667 раз больше, чем прн температурах, близких к комнатным , (напрнмер, при кондиционировании воздуха в бытовых и производст' венных помещениях в. условиях жаркого климата).
В' действительных холодильных циклах (характеризующихся большей или меньшей неравновесностью термодинамических процессов,. а также наличием потерь от трения в механизмах машины, необратимости процессов теплообмена и др,) холодопроизводительность всег. да меньше, а затраты работы больше, чем в равновесном обратном цикле Карно. Действительный холодильный коэффициент любого реального холодильного цикла, как правило, значительно ниже теоретического холодильного коэффицйента.
Т е ил о в ы м насосом называют машину, работающую по 'обратному термодинамическому циклу и предназначенную для передачи более нагретому телу теплоты, отбираемой от менее нагретого (за счет затраты работы цикла). В этом случае полезным эффектом является теплота, передаваемая . на более высокий температурный уровень. Примером использования теплового насоса может служить так называемое динамическое отопление, предложенное В. Томсоном (Кельвином) еще в 1852 г., но реализованное лишь в 30-е годы Х Х в.
В этом случае источником теплоты при.низкой температуре служит естественная окружающая сре, да, например наружный воздух, имеющий температуру Т' = Т, более низкую, чем температура отапливаемого помещения Т„„. Приемником теплоты при более высокой температуре является воздух в отапливаемом помещении, За счет затраты работы цикла ~Сц(, выражаемой пл. бб78 (рис.
147), отапливаемому помещению передается теплота, равная сумме теплоты Я' = Я„отнятой у наружного воздуха, и работы цикла ~/.„!. Эффективность обратного отопительного цикла характеризуется значением отопительного коэффициента, представляющего собой отношение полезного эффекта — теплоты, передаваемой отапливаемому помещенао, — к затраченному эффекту — работе цикла: %=а-/! (.„! = йо+(е,„0/! /.„( В случае равновесного обратногб цикла Карно теоретический отопительный коэффициент выражается соотношением Тпоы 1 хь-в Тном 1 (711)) срвив (тпоы — То) (даь-в( Тном Та 1 Тоlт'поы Так как предполагается, что Т, ( 7'и,, то отопительный коэффициент положителен и всегда больше единицы. Например, при температуре наружного воздуха бо С и температуре помещения 25' С отопительный коэффициент обратного цикла Карно составляет около 12.
Практические значения отопительного коэффициента за счет Отличия реальных циклов от цикла Карно и наличия разного рода потерь равны 2 — 7. гн другим применением тепло- вых насосов является утилиза- и и ) ) ция так называемой отбросной теплоты различных техиологических и силовых установок(цикл йлг .
Карно 9-1О-11-И на рис. 147). При этом теплоту (;1' = (,в„, от- «2 бираемую при охлаждении гого' « вого продукта, уходящих дымо- вых газов и других теплоиосиРис. 143, Принципиальная схема термо- гелей, имеющих темпЕРатуРУ трансформатора: Т Т,, передают с помощью ! — «силоеоаь источник теплоты; 2 — мешине. теплового насоса потребителю, лен~лтель (но«очкин работы); 3 — окртжеюшен при»одиль среда; в — источник тренсбормируе. имеющему несколько более Вы мои теилотм; в — мешине — теплочра иесос сокую температуои Т ) Т <шттребитель реботы] в — потребитель теплоты например, в реактор, где идет химическая реакция получения п',дуКтаа. Потребитель получает теплоту Я" = Я, = в',1„+ йп. В этих случаях для коэффициента (709) эффективности цикла вместо термина «отопительный коэффициент» применяют термин «коэффициент преобразованиям Т е р м о т р а н с ф о р м а т о р а м и (или трансформаторами теплоты) называют устройства, предназначенные для переноса теплоты с одного уровня на другой и сочетающие в себе прямой и обратный термодинамические циклы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
