Круговые процессы или циклы

Первый закон термодинамики как частный случай закона сохранения и превращения энергии говорит о возможности превращения теплоты в механическую работу и наоборот в определенных количественных соотношениях.

Отношение теплоты к работе всегда постоянно. Его можно обозначить через константу А:

А = Q/L; Q =AL.

Константу А называют тепловым эквивалентом работы.

В системе единиц СИ механическую работу и теплоту измеряют в Джоулях (Дж), поэтому в этой системе A =1. Следовательно,Q=L.

В основе действия парокомпрессионных, абсорбционных и пароэжекторных холодильных машин лежит второй закон термодинамики (или второе начало), который применительно к холодильным машинам гласит:

для передачи теплоты от менее нагретого тела (холодного) к более нагретому (горячему) необходимо затратить энергию.

Рис. 2

На рис. 2 показаны принципиальные схемы действия теплового двигателя (а) и холодильной машины (б).

В тепловом двигателе происходит прямой круговой процесс или цикл - последовательное изменение состояния рабочего вещества и возвращение его в исходное состояние.

В прямом цикле при подводе теплоты Q от источника с высокой температурой T₂; совершается работа L При этом часть теплоты Q_o переходит к источнику с низкой у. температурой T₁.

Энергетическую эффективность теплового двигателя оценивают термическим КПД, показывающим, какая часть тепловой энергии Q превратилась в работу L:

h_Т=L/Q

Термический КПД всегда меньше 1.

В холодильной машине происходит обратный круговой процесс или цикл. При совершении работы L. теплота Q₀ с помощью рабочего eвещества передается от источника с низкой температурой T₁ к источнику с более высокой температурой Т₂.

Таким образом, для цикла холодильной машины можно дать следующее определение:

обратным круговым процессом или циклом холодильной машины называется замкнутый процесс последовательного изменения состояния циркулирующего в ней рабочего вещества за счет затраты энергии, при этом осуществляется перенос теплоты Q₀ от охлаждаемой среды к более теплой окружающей среде - воздуху или воде

Энергетическую эффективность холодильной машины оценивают холодильным коэффициентом, представляющим отношение теплоты Q₀ к работе L, которую нужно затратить, чтобы отвести ее от источника с низкой температурой:

e = Q₀ /L

Холодильный коэффициент может быть в несколько раз больше 1. Он зависит от разности температур T₁ - T₂ . с ее увеличением он уменьшается.

Машину, в которой происходит также обратный цикл, но теплота Q₀ переносится от окружающей среды с температурой T₂ к нагреваемой среде (с ограниченными размерами), имеющей температуру T₃ , называют тепловым насосом.

Таким образом, тепловой насос предназначен для поддержания более высокой температуры T₃ , по сравнению с температурой .окружающей среды T₂.

Энергетическую эффективность теплового насоса оценивают ₎коэффициентом преобразования (его называют также отопительным коэффициентом или коэфициентом трансформации теплоты):

m =Q_Г /L

Так как теплота, подведенная к нагреваемой среде,:

Q_Г =Q₀+L,

а Q₀ /L=e

то m =e+1

Следовательно, энергетическая эффективность теплового насоса выше, чем энергетическая эффективность холодильной. машины. |

В прямом и обратном циклах

Q=Q₀+L

Возможен также комбинированный цикл. В этом случае теплота Q₀, отводимая от охлаждаемой среды с теnмпературой T₁, передается нагреваемой среде с температурой T₃ Осуществляя такой цикл, одновременно получают холод Q₀ и теплоту Q_Г.

Очевидно, что энергетическая эффективность комбинированного цикла выше, чем раздельного охлаждения и нагрева.

В реальных условиях одновременное получение холода и теплоты с помощью одной и той же машины, при взаимосвязанных величинах Q₀ и Q_Г не всегда целесообразно.