Лекции МАМИ похожие на то, что нужно (1074355), страница 5
Текст из файла (страница 5)
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. Каждый элементарный цикл будет обратимым циклом Карно.Для каждого элементарного цикларавенство Клаузиуса77Сумма приведенных теплот по замкнутому контуру равна нулю это равенствоКлаузиуса.18.10.
Энтропия как функция состоянияили свойство любого телаэто полный дифференциалфункция состояния или свойство теламатематическое выражение второго закона термодинамики, выражаетсобой закон существования энтропиидля , кгПринцип сохранения энтропии замкнутой системы при обратных процессах(система замкнута)Следовательно,.Это означает, что для замкнутой системы в результате обратимых процессов энтропияостается постоянной, в то время как энтропия отдельных тел внутри системы можетизменяться.
Это одно из выражений второго закона термодинамики.78Система обратимого двигателя Карно1.Рабочее тело. Изменение энтропии рабочего тела.2.Теплоотдатчик3.Теплоприемник(отдает тепло)(принимает тепло);Этот принцип сохранения энтропии относится к любой системе с бесконечныммножеством обратимых процессов.1.2.3.79в любом обратимом процессе18.11.
Эксергия рабочего телаЭто понятие энергетическое. Оно созвучно с понятным «энергия». Обозначение:длякгудельная эксергияЭксергия техническая работоспособность рабочего тела (максимальная способностьтела производить работу при заданных условиях)численно равно максимальной работе, которую может совершить рабочеетело в обратимом процессе из заданного состоянияв состояние равновесия сокружающей средой.Можно доказать следующую формулу для определения энергии 1кг рабочего тела:абсолютная температура окружающей средыэнтальпия и энтропия состояния с параметрамии80энтальпия и энтропия состояния равновесия с окружающей средой ипараметрамиДоказательствоВ условиях открытой системы имеем параметры 1кг идеального газа в точке1.Сначала проводим процесс адиабатического расширениятемпература рабочего тела изменяется отдо2.Затем осуществляется процесс изотермического расширенияПри этом давление в точке, при этомприсравнивается с давлением окружающей средаТаким образом, с помощью процессовравновесия с окружающей средой.ирабочее тело приходит в состояние81что и следовало доказать.Энергия состоит из энтальпийного компонента и энтропийного компонента.энтальпийный компонентэнтропийный компонентЧем меньше , тем больше эксергия.
Эксергия термическая энергия, способная кпревращению в работу.18.12. Уравнение эксергетического балансадля обратимых процессов0качественно неравноценныНапример,теплота, способная превращаться в работу только частично.Энергия подведенной теплоты:Эксергияобычно меньше энтальпии:для бесконечного процессадля конечного процессаУравнение для эксергетического баланса для обратимых процессов имеет вид:8218.13. Общая математическая характеристиканеобратимых процессовВсе реальные процессы в природе и в тепловых машинах необратимые.Необратимые процессы сопровождаются необратимыми явлениями.; теплоприемникПусть теплоотдатчик имеет температуру;В этих условиях работает тепловой двигатель по необратимому циклу.неиспользованная теплотаподведенная теплота(КПД цикла Карно)Предполагаем бесконечное множество теплоотдатчиков и теплоприемников в циклеВ общем виде для циклаЭто неравенство Клаузиуса83есть общая математическая характеристика необратимых процессов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
