Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 78
Текст из файла (страница 78)
третьего закона термодинамики. 5. Принцип недостижимости абсолютного нуля температуры, Изоб- Ражая энтропийную диаграмму процессов охлаждения методом адиа 'батного размагничивания до значения температуры Т =. 0 К (рио б!) в соответствии с требованиями третьего закона о неизменности ант-' ,онин при Т = О, легко показать справедливость следующего утвержения: за конечное число процессов, сколь угодно близких к идеальньин, возможно охладить термодинамическую сисупему до абсолютнвйр уля. Это утверждение известно как формулировка третьего закона ермодинамнки в виде принципа недостижимости абсолютного нуля' формулировка Фаулера чи Гугенгейма). В самом деле, рассматривая последовательность процессов нзотермого намагничивания и-адиабатного размагничивания 1-24-4-5 идим, что каждый следующий шаг приводит к все меныпему понижекю температуры.
Приближение к точке Т = О, и, следовательно, = О оказывается асимптотическим, и после любого конечного числа пераций температуры все еще остается выше абсолютного нуля. Однако законы термодинамики не устанавливают никаких преде. лов того, насколько близко можно подойти к абсолютному нулю темПературы.
Глава ХХ111 РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ. ЭКСЕРГИЯ 5 138. Эффективность преобразования энергии. Условия получения максимальной работы Главной задачей технической термодинамики является анализ условий преббразования одних видов энергетического воздействия в друие, т. е, условий превращения энергии. Это необходимо во всех 'случаях, когда имеющиеся источники первичной энергии вырабатывают ее не в той форме, какая нужна потребителю, или же когда потенциал источника энергии (температура, давление, электрическое напряжение и т. д.) не соответствует потенциалу потребителя.
В обем случае преобразователь 'энергии (рис. ! 62) может полу- ( —; — ) Яв ~,у чать первичную энергию в раз- вз ГС ~„~-й~1 нчных формах и количествах л, Яв, ... от нескольких источиков А, В, ... и отдавать энер. сйс ~~Лат ~~ ию различным потребителям М„ !у', т также в различных формах и количествах тем, Ян. Преобразователь может сам яв- !зис. 162, схема преобразования энергии: ЛЯТЬСЯ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ Л.
 — источники пераичиой энергии: Ол н Ои — Формы передачи переичиой знергни; Гс отребителя. В этом случае от- тсрмодннамическан система (преобразователь дазаЕМая ИМ ЭНЕрГИя ранив ср -П О. и О -форт ы псрелачи полезной юцебгии; М, Н вЂ” потребители полезной знер- МЕНЬШЕНИЮ СобСТВЕННой ВНУТ тйн; что, с, Ло. И вЂ” формы обнена зиеотией с естественной окружающей средой; ОС вЂ” сете. енней энергии. стзеннан онружающаи среда В большинстве случаев преобразователь получает первичную энер.
' гию в какой-лйбо одной форме, а отдает энергию потребителям в нес. кольких формах, причем одна (или немногие) из этих форм является полезной, а остальные — побочными и составляют так называемые «потери» энергии. Эффективность преобразования энергии в общем случае характеризуется отношением количества полезной энергии, от даваемой потребителям, к количеству первичной энергии, полученной преобразователем от источника: Если первичная энергия является работой любого. вида, то с помощью идеального преобразователя, в котором отсутствуют неравиовесные, необратимые процессы (трение, электрическое сопротивление, диффузия и тому подобные процессы диссипации), она может быть полностью преобразована в энергию любого иного вида, Максимальная теоретическая эффективность преобразования работы в любую иную форму энергии (т.
е. наибольший КПД преобразователя рабаты) равна единице. В реальных преобразователях имеются процессы диссипации, которые переводят часть энергии, подведенной в форме работы, в энергию хаотического теплового движения микрочастиц тел, участвующих в процессе преобразования, в связи с чем эффективность преобразования снижается. Такое снижение эффективности вызвано наличием необратимых процессов, поэтому для характеристики эффективности преобразователей работы необходимо воспользоваться вторым законом термодинамики и следствиями из него. Если вся первичная энергия или часть ее подводится к преобразователю в форме теплоты, то, согласно второму закону термодинамики, полное превращение ее в работу в принципе невозможно.
Если преобразователь (тепловой двигатель) работает по замкнутому циклу, т. е. не совершает работу за счет собственной внутренней энергии, то эффективность преобразования теплоты в работу в идеальном, обратимом тепловом цикле характеризуется значением термического КПД цикла,.нмеющнм максимальное значение для цикла Карно.
Однако понятие термического КПД цикла недостаточно для полной характеристики эффективности процессов и устройств для преобразования энергии. Действительно, ~, цикла не отражает потерь, вызванных необратимостью реальных процессов, необходимых для преобразования энергии, и непригодно ля характеристики таких преобразователей, в которых полезно используемая потребителями энергия отдается не только в виде работы, но и в виде теплоты (например, в теплофикацнонных установках).
При сравнении тепловых двигателей, исподьзующих теплоту различных температурных потенциалов, термический КПД цикла отражает лишь внешние условия, но ня совершенство самой машины, так как в выражения вида «), ! — Т,(Т» входят температуры источника Т« и приемника Т, теплоты, но на характеристики рабочего тела в цикле. Для учета конкретных потерь в практикубыли введены дополнительные показатели эффективности преобразования, такие, как индикаторный, относительный, электрический, эффективный и другие КПД машин и отдельных их элементов. Разнородность этих коэффициентов затрудняет сравнительный анализ эффективности тепловых двигателей.
роме того, термический КЛД цикла не може~ служить показателем ктивности обратных термодннамических циклов н машин, рабоающих по таким циклам, не может быть непосредственно использоан для оценки эффективности преобразования энергии в разомкнутых ермодинамических процессах (например, при анализе работы отдель'ых элементов двигательной установки). В.ходе развития термодинамических методов анализа было установено, что эффективность преобразования энергии следует оценивать опоставлением фактической работы, отдаваемой потребителю, с максимальным количеством работы, которое мог бы получить потребитель от данной термодинамической системы за счет ее внутренней энергии н подводимой к ней первичной энергии.
Если рассматриваемая система .является лишь элементом (узлом) преобразователя, ее эффективность характеризуется тем влиянием, которое оказывает необратимосгь в нем на итоговый эффект преобразования энергии, Если полезная энер,гия отдается в форме теплоты, то для оценни эффективности используют максимально возможную работу, которую можно получить аа счет этой теплоты. В зависимости от вида термодинамической системы, источников первичной энергии и условий протекания процессов в системе максимальное количество работы выражается различными соотношениями, получившими общее название >7>ункций р»ботоспособности.
При получении выражений этих функций системы, находящейся в некотором начальном состоянии или совершающей некоторый термодинамический цикл, необходимо установить ее конечное состояние н оговорить условия перехода из одного состояния в другое. Система может производить полезную работу лишь при отсутствия равновесия между ней и окружающей средой, поэтому за конечное состояние системы в случае разомкнутого процесса принимается состоя ние равновесия системы с окружающей естественной средой (например, с атмосферой), температура Т, и давление р, которой принимаются постоянными Согласно второму закону термодинамики, работа будет максимальна, если при переходе системы в состояние равновесия с окружающей средой все процессы будут полностью обратимыми (равновесными).
Если при этом система получает первичную энергию от источников, то эти процессы также должны быть равновесными. Из условия обратимости следует, что теплообмен с окружающей средой может происхо-' дить только в равновесном изотермном процессе при температуре Т,. Процесс обмена работой также должен быть равновесным, но при этом нужно учесть, что не вся работа, совершаемая системой, может быть отдана потребителю: часть ее должна быть затрачена на вытеснение соответствующего объема окружающей среды с противодавлением р,. Поэтому при вычислении функций работоспособности учитывается только п о л е з н а я р а б о т а (, равная разности работы деформации системы >>.а н работы по вытеснению объема окружающей средьп ш»а> ~ рдо — ~ родо= 6>.а — Ро(оо — о>) А»> (727) Полезной работой проточной системы является располагаемал па бота 1„, так как при выводе уравнения (48) работа вытеснении окру жаюшей среды (работа проталкивания) была учтена.
5 тзе. Функция работоскособностм. эксергмя Рис. 163. Определение- работоспособности проточной системы, олу. на~антей теплоту от источника с переменной температурой 10 (11 та) + и чб' (728) Суммарное изменение энтропии определяется энтропии рабочего тела Ьзр„источника теплоты ,окружающей среды Ьза: Ьзз Ьар т + Ьзн + Ьза суммой изменени туз, и естественно" (729 Изменение энтропии рабочего тела '(739 бара = зо зм Лля получения функции работоспособности проточной термодина. мической системы рассмотрим процессы, в результате которых рабоч тепо, поступая в систему с начальным состоянием 1 (рис. 163), изменя ет свое состояние до состояния О, соответствующею равновесию о окру. жающей средой (давление ра и темп Т у ратура Та). При этом рабочее тел отдает потребителю некоторое количество располагаемой (полезной) ра.
боты 1,. Вначале проводится адиабат. ный процесс 1-2, в ходе которого рабо )г чее тело обменивается и окружающей средой некоторым количеством рабо- 1 ты, а температура рабочего тела становится равной температуре источника теплоты. В процессе 2 8 рабочее тело полу-' а/ аа чает от источника теплоту в количе. стве а так, что температура рабочего тела все время равна температуре источника (для выполнения условия обратимости). В адиабатном процессе 8-4 рабочее тело изменяет свою температуру до температуры окружающей среды, совершая работу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
