1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Некоторая часть этой энергии должна непременно теряться в виде теплоты, отводимой системой охлаждения нлн выхлопными газами. Этих важных положеннй достаточно для освещения поставленных в книге целей. Для более полного ознакомлення с первым н вторым законами термодинамики н вытекающими нз этих законов выводами читатель может обратиться к любому стандартному учебнику по технической термодинамике, например к книге Уолласа н Лннннга ' н др. Термический к.л.д. цикла. Отношение произведенной работы (и" к подведенной энергии (г есть термический к.
и. д. цикла, т. е. т) = йУ/Я. В большинстве случаев очень важно максимизировать к. и. д., поскольку он характеризует часть полезной энергии, содержащенся в литре горючего (бензнна нлн нефти). Поэтому, прнннмая во внимание то обстоятельство, что по второму закону термодинамики термический к. и. д. цикла всегда меньше единицы, важно стремиться к его максимально возможному значению. Термический к. и. д. ццкла Карно. Для любых заданных условнй максимальный термический к. и. д.
зависит только от максимальной н минимальной температур цнкла н определяется формулой Тмакс Тмин т)макс Тмакс Данное выражение является очень важным н имеет особое названне — к. и. д. цикла Карно. Это максимально возможное значенне термического к. и. д. достигается прн передаче теплоты к снстеме н от нее соответственно прн температурах Тм,к, н Тмин.
2-Х р, У- И Т, ВгДИАГРАММЫ Процессы, протекающие даже в самой простейшей тепловой машнне, настолько сложны, что нет возможности точно рассчитать происходящее. Вместо этого принимается некая теоретическая модель, в которой ндеалнзнрованы некоторые условия протекания процессов с тем, чтобы в какой-то степени иметь возможность провести анализ работы машины. В этом случае Работа большинства типов машин может быть упрощена предположением о последовательно повторяющихся термодннамнческнх процессах, называемых циклом. Обычно каждый процесс рассматривается в отдельности т %а1! асе Р.
3,, !Япп!пй %. А. Вайс епй!пеег)пд !Ьегшобупаш)сз. 8!г !заас Рншап апд Зоп !.!б., )-опдоп. В СССР хорошо известен ряд книг по технической термодинамике, как, например, Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлнн А. А. Техническая термодинамика. — Мз Энергия, 1968; Вукаловнч М. П., Новиков И. И.
Техническая термодинамика. — Мз Энергия, !968; Ястржембский А. С, Техническая термодинамика. — Мс Энергия, 1958. (Прим. иерее.) н предполагается, что изменения термодннамнческнх функций ' происходят по мере перехода рабочего тела нз одного состояния в другое; прн этом одна нз функций остается постоянной. Важными термодннамнческнмн функциями являются: давление (р), объем (У), температура (Т), внутренняя энергия (()), энтальпня (е) н энтропня (5).
Цикл, состоящий нз последовательных процессов, в каждом нз которых одна нз термодннамнческнх функций остается постоянной, а другие меняются, может быть изображен графически по-разному. Два таких способа значительно облегчают анализ работы тепловых машин. Это р„у- н-Т, 5-диаграммы. Р В т В Указанные диаграммы являются важными, поскольку площадь на А р, 7-диаграмме представляет собой произведенную работу, а плон(ада ма У 3 Т, о-диаграмме — передаваемую тап- а) лоту. В качестве примера рассмотрим Т В рнс.
2-1, где показан поршень в закрытом цилиндре. В объеме между А В поршнем н торцом цилиндра находятся некоторое количество газа; Ч 3 можно принять, что такому положенню соответствует точка А на р, Ун Т, 5-диаграммах. Если теперь газ будет нагреваться через стенку цн- 4 лнндра от некоего внешнего нсточ- В ника, то возможны различные случаи. у 3 Прн неподвижном поршне объем оста- В) ется постоянным; нагреванне газа приводит к повышению его давления Рнс. 2-1. Термодинамические н температуры; в этом случае ра- процессы в р, У- н Т, В-диаг- бота не пРоизводитсЯ (Рнс.
2-1 ) а — нагрев прн постовнном объаЕсли поршень будет иметь возмож- ма; б — нагрев при постоиииом Лавлснни; а — награв прн постони. ность свободно передвигаться, а про- нов температуре. цесс подвода теплоты регулироваться таким образом, чтобы давление нлн температура оставались постояннымн, то рассматриваемый процесс нзобразнтся на рнс. 2-1, б н в.
В обоих этих случаях газ совершает работу за счет увеличения занимаемого объема, поскольку в систему подводится дополнительное количество теплоты. т Термодинамические функции подразделяются на параметры (р, у, Т) н функции (П, ), 5) состояния системы. (Прим. иерее.) 2-3.
ЦИКЛ КАРНО Ц икл Карно — это термодинамический цикл, состоящий из четырех последовательных процессов (рис. 2-2). Для рассмотрения работы двигателя по идеальному циклу Карно предположим, что имеется поршень т и цилиндр (см. рис'. 2-2).
Далее предположим, что цилиндр полностью изолирован, а поршень имеет возможность перемещаться в цилиндре без трения; кроме того, будем считать, что утечки рабоа) т чего тела из цилиндра отсутсто — тмсхс вуют По нашему желанию головка г — -т„,„цилиндра может быть принята либо с очень высокой теплопроводностью, либо быть полностью теплоизолйрованной. Предположим, что в начале цикла поршень находится в верхней мертвой точке; объем между поршнем и оболочкой цилиндра максимальный. Давление и темпе- 6) б) ратура рабочего тела минимальны; на рис. 2-2, а это соответствует точке 1. Пусть теперь поршень движется к головке цилиндра; при этом происходит сжатие рабочего тела, что на рис.
2-2, а показано процессом 1-2. В этом случае предполагается, что материал головки цилиндра обладает высокой теплопроводиостью, а коэффициент теплопередачи бесконечнобольшой; вследствие этого процесс проте гч) кает изотермически (при постоянРнс. 2-2. Цикл Карно. ной температуре). Работа, затрао — иаотермнческое сжатие; б — иао. ЧЕНная На СжатИЕ ГаЗа, И Отпбгдгиаитропнческое сжатие; о — иеотермическое расжирениег е — неоантропиче- Нан От НЕГО тЕплата пОКазанЫ заское расжнрение; д — ника каРиа о ШтрИХОваинЫМи площадяМИ СоОт" Р, и- н Г„э-диаграммах.
ветственно на р, У- и Т, Я-диаграммах. Поскольку процесс изотермический, количество отведенной теплоты в точности равно затраченной работе. Для второго процесса — изоэнтропического сжатия (рис. 2-2, 6) считается, что головка цилиндра полностью теплоизолирована. При движении поршня по направлению к головке цилиндра теплота !6 не может быть отведена от газа, поэтому в идеальном случае энтропия остается постоянной. Этот процесс протекает с уменьшением объема н увеличением давления и температуры газа. Работа, произведенная над газом, показана заштрихованной площадью на р, У-диаграмме, а передачи теплоты в этом процессе нет.
Два оставшихся процесса расширения — изотермическое (8-4) и изоэитропическое (4-1) показаны соответственно на рис. 2-2, в и г. В результате объединения этих четырех процессов получится цикл в р, У- и Т, З-координатах, показанный на рис. 2-2, д. Заштрихованная площадь, ограниченная линией 1-2-8-4 на р, У-диаграмме, представляет собой полезную работу за цикл. Аналогично площадь 4-8-6-6 на Т, 5-диаграмме характеризует подведенную ' в цикле теплоту.
Площадь 1-2-8-4 — теплота, превращенная в работу, а площадь 1-2-6-6 — теплота, отводимая от цилиндра за цикл. Из этой диаграммы ясно, почему цикл Карно имеет наибольший из возможных термический к. п. д. При заданных температурных условиях, т. е. при заданных значениях Тм,„, и Тмин, невозможны циклы с большим отношением площадей 1-2-3-4 и 4-8-6-6, Кт од. 1ЛЬЯ-4 следовательно, термический к.
п. д. т) = — = ' дол- Е . 4-З-б-б жен быть наибольшим. В термодинамическом анализе должны использоваться абсолютные температуры. В Т, 3-диаграмме за нулевую температуру принята температура, равная †2' С (О К); вследствие этого, если требуется отвести теплоту, эквивалентную площади 1-2-6-6, то она может быть значительной. Очевидно, что к. п. д. цикла Карно (и это вообще относится ко всем двигателям) может быть повышен либо путем увеличения температуры Тм,к„ либо уменьшением температуры Тмин. Предельное значение максимальной температуры Тм„, ограничено конструкционными материалами двигателя и называется термическим пределом. За наименьшее возможное значение минимальной температуры Тмин принимается температура охлаждающей воды или воздуха, обычйо находящихся при окружающих атмосферных условиях.
Сконструировать двигатели, работающие по циклу Карно, практически невозможно: нет конструкционных материалов с совершенными теплоизоляционными и теплопередающими свойствами; движение поршней в цилиндрах происходит с трением и имеются потери, связанные с утечками газа.
Однако наибольшие трудности возникают из-за малой рариицы в углах наклона кривых на р, У- диаграмме, описывающих 'изотермические и изоэнтропические процессы в газе (например, в воздухе); вследствие этого ничтожно мала площадь на р, У-диаграмме (рис. 2-2, д), если только не используются давление в несколько миллионов атмосфер и ход поршня — несколько метров. При таких предельных параметрах двигатель становится громоздким, тяжелым и совершенно неспособным производить работу на преодоление собственного трения. Несмотря 17 на невозможность практического использования, цикл Карно полезен для предварительного изучения работы любого двигателя. К тому же при некоторых изменениях, приводящих его к циклу Ренкина, цикл Карно является характерным для работы парожидкостных машин, таких как, например, поршневые паровые двигатели, паровые турбины и фреоновые холодильные установки.
2-4. цикл стирлинГА Цикл Сти отношениях рлинга, приведенный на рис. 2-3, является в некоторых более простым, чем цикл Карно. Рассмотрим цилиндр, имет ющий два противоположно Ч ратором. Регенератор можно г 8 гмпхе расположенных поршня с помещенным между ними регенерассматривать как некую терты а 8 модинамическую «губку», обладающую способностью поочередно поглощать н отдавать теплоту.
Он представляет собой металлическую насадку, состоящую из отдельных тонких проволочек (г) нли полосок. Один нз двух объемов, расположенный между регенератором и порш(г) нями, называемый полостью расширения, находится при высокой температуре Тм.„,. Ю Другой объем, находящийся при низкой температуре Тяня, называется полостью сжатия.
Следовательно, температур- Перемеигееие 'н' а) Полость Реееиерат нын радиент ме ду торце выми поверки ямн ре"не ритора равен Тмане Тяня' продольном направлении предполагается, что материал насадки имеет нулевую теплопроводность, Здесь так же, как и в цикле Карно, прнни- Рис. 2-8. Цихл Стирлиига. о — р, у- н Г, з.анаграммы; б — по. ломания поршйеа в основных точках Нннла; а — диаграмма «время — перем ещ ел н е». 18 мается, что движение поршней происходит без трения н без утечек рабочего тела, находящегося между поршнями.
Предположим, что в начале цикла поршень полости сжатия находится в верхней мертвой точке, а поршень полости расширения— в нижней мертвой точке, около торцевой поверхности регенератора. В таком положении все рабочее тело находится в холодной полости сжатия. Его объем максимальный, а давление и температура минимальные; это соответствует точке 1 на р, гг- и Т, 5-диаграммах (см. рис. 2-3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
