Применение законов термодинамики для расчета круговых процессов
Круговым процессом (циклом) называется термодинамический процесс, в результате которого система возвращается в исходное состояние. Круговые процессы происходят, например, при работе двигателя. Двигатель состоит из рабочего тела и двух резервуаров – теплоотдатчика и
Рис. 9.11.
теплоприемника (рис. 9.11). Рабочее тело совершает круговой процесс, при этом происходит обмен энергией с резервуарами.
Круговой процесс заключается в расширении объема рабочего тела от V1 до V2, а затем в сжатии от V2 до V1. Работа, совершаемая в цикле, будет отлична от нуля, если в процессе расширения давление P1 больше, чем давление P2 в процессе сжатия:
(9.52)
Для этого в ходе расширения рабочему телу передается тепло Q1 от теплоотдатчика, а в ходе сжатия рабочее тело отдает тепло теплоприемнику. Работа, совершаемая за цикл:
На диаграмме P,V круговой процесс изображается двумя кривыми 1 – 2 и 2 – 1, а работа равна площади, ограниченной кривыми (рис. 9.12).
Рис. 9.12.
Тепловая машина совершает прямой цикл, в котором тепло передается рабочему телу от внешнего источника и часть тепла отдается во внешнюю среду. На рис. 9.12 стрелками показано направление прямого цикла. В холодильной машине рабочее тело передает тепло от менее нагретого тела к более нагретому.
На рис. 9.13 изображен обратный цикл холодильной машины, совершающийся против часовой стрелки.
Рис. 9.13
Работа в обратном цикле равна
(9.53)
Рассмотрим, какие процессы могут входить в обратимый цикл тепловой машины. Если температура теплоотдатчика Т1, при которой происходит передача тепла рабочему телу будет больше, чем температура рабочего тела T1 > Т, а температура теплоприемника Т2 < Т, то обратный процесс не будет происходить, т. к. он противоречит второму началу термодинамики. Единственным процессом, сопровождающимся обменом теплом c резервуаром, температура которого остается постоянной, является изотермический процесс: Это означает, что в ходе получения тепла от теплоотдатчика температура рабочего тела Т на бесконечно малую величину dT меньше, чем Т1 (Т = Т1 – dT), а в ходе передачи тепла теплоприемнику температура Т на бесконечно малую величину больше, чем Т2 (Т = Т2 + dT). Чем больше площадь, ограниченная кривыми 1 – 2 и 2 – 1, тем больше работа, совершаемая двигателем. Если ввести в обратный цикл адиабатные процессы, происходящие без теплообмена то можно увеличить работу, совершаемую двигателем.
На рис. 9.14 изображен обратимый цикл идеальной тепловой машины Карно в параметрах T,S. Он состоит из двух изотерм (T1 = const, T2 = const) и двух адиабат (S1 = const, S2 = const).
Рис. 9.14
Коэффициент полезного действия тепловой машины равен отношению полезной работы к работе затраченной:
(9.54)
Поскольку количество теплоты пропорционально температуре, при которой происходит обмен теплом в идеальной тепловой машине, то
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 501;