Круговые процессы (циклы)
В тепловом двигателе рабочее тело совершает замкнутый процесс (цикл) в направлении движения часовой стрелки (рис. 3.3 и 3.4). На участке 1-B -2 (рис. 3.3) происходит расширение рабочего тела, на участке 2 - А -1 – его сжатие. Работа процесса расширения (полученная работа) равна работа процесса сжатия (затраченная работа) равна результирующая (полезная) работа равна . На участке A-1-B (рис. 3.4) осуществляется процесс подвода теплоты к рабочему телу, а на участке B-2 - A – ее отвод. Подведенная теплота в цикле равна , отведенная теплота равна . Разность подведенной и отведенной теплот превращается в работу , и она характеризуется площадью цикла в T – s- диаграмме. Таким образом, в p-v- и T-s- диаграммах площадь цикла является работой теплового двигателя. Такой же результат получается с использованием математического выражения первого закона термодинамики для замкнутого процесса (цикла). Выполняя интегрирование по замкнутому контуру, имеем . Поскольку , следовательно, . 3.3.1. Цикл Карно Термическим коэффициентом полезного действия (КПД) цикла называется отношение работы, произведенной двигателем за цикл, к количеству теплоты, подведенной за этот же цикл:
Термический КПД характеризует степень термодинамического совершенства обратимых циклов. Цикл Карно - это обратимый цикл, который имеет максимальный термический КПД среди всех циклов, осуществляемых в данном интервале температур горячего и холодного источников тепла. Он состоит из двух адиабатных процессов сжатия и расширения рабочего тела (da и bc, рис. 3.5) и двух изотермических процессов подвода и отвода теплоты (ab и cd). Подводимая теплота в цикле
отводимая теплота
где T1 – температура горячего источника, T2 – температура холодного источника. Согласно (3.5), (3.6) и (3.7) термический КПД цикла Карно равен
он не зависит от свойств рабочего тела, а определяется только температурами горячего и холодного источников тепла. Поскольку T2 > 0 и T1 < µ, то ht < 1. 3.4. Понятия средних термодинамических температур На рис. 3.6 представлен произвольный обратимый цикл 1-a-2-b в T-s- диаграмме. Подводимая теплота в цикле (q1) характеризуется площадью c-1-a-2-d и может быть заменена площадью равновеликого прямоугольника c-3-4-d. Таким образом,
где средняя термодинамическая температура подвода теплоты в произвольном обратимом цикле. Аналогично отводимая теплота равна
где средняя термодинамическая температура отвода теплоты. Подстановка (3.9) и (3.10) в (3.5) дает
Таким образом, термический КПД произвольного обратимого цикла всегда может быть вычислен через средние термодинамические температуры подвода и отвода теплоты. Из формулы (3.11) следует: чем выше , или, чем ниже , тем больше термический КПД цикла. Эксергия теплоты Эксергией теплоты, переданной от горячего источника тепла с температурой T к рабочему телу, называется максимальная работа, которая может быть получена за счет этой теплоты при условии, что холодным источником является окружающая среда с температурой Tоc. Максимальную работу (рис. 3.7) можно получить, если осуществить цикл Карно (1-2-3-4) в данном интервале температур T-Tоc . Теплота, воспринятая рабочим телом от горячего источника, равна . Эксергия теплоты вычисляется следующим образом: ,
где - анергия, непревратимая в работу часть теплоты. Термический КПД цикла Карно равен
откуда
Таким образом, эксергия теплоты, полученной от источника теплоты с постоянной температурой T, может быть раcсчитана по формулам (3.12) и (3.13). В том случае, когда источник теплоты имеет переменную температуру (рис. 3.8) (например, горение топлива происходит при постоянном давлении с увеличением T), применимы формулы (3.12) и (3.14): , (3.14) где средняя термодинамическая температура подвода теплоты в процессе 1-2. При передаче теплоты от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (внешний необратимый процесс) эксергия теплоты уменьшается. Пусть (рис. 3.9) теплота q передается от тела с температурой T1 к телу с температурой T2. Переданная теплота характеризуется одинаковыми площадями в T-s- диаграмме: q = Площ.1-2-3-4 = Площ.1-5-6-7. Эксергия теплоты уменьшилась (Площ. m-5-6-9 < Площ. m-2-3-8) на величину потерянной эксергии (Площ. 4 – 8 –9 -7). Таким образом, потеря эксергии составляет
где DsH –увеличение энтропии от необратимости процесса теплообмена. Уравнение (3.15), которое называют уравнением Гюи - Стодолы, имеет важное значение, т.к. характеризует потерю эксергии любых необратимых процессов.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (996)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |