Теоретические основы теплотехники - 27 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

q
ц
> 0. На T–s диаграмме этот цикл (в общем виде) показан на рис. 1.22. Отметим: чтобы реализовать
подвод тепла к рабочему телу, необходим источник тепла с температурой выше, чем температура в
процессах подвода. Цикл невозможен без процессов с отводом тепла, и для их реализации в среде дол-
жен находиться приемник тепла с температурой ниже, чем температуры рабочего тела в процессах от-
вода. Таким образом, при совершении тепловых циклов система получает из окружающей среды тепло
q
1
, часть ее трансформирует в работу и отдает среде, а другую часть q
2
полученного тепла отдает при-
емнику тепла, тоже находящемуся в окружающей среде. Осуществление цикла приводит к перераспре-
делению видов энергии во внешней среде. Отметим формальный признак тепловых циклов: на обоих
диаграммах они идут по часовой стрелке. Эффективность тепловых циклов оценивают величиной тер-
мического КПД, который представляет собой отношение полезного эффекта к затратам на ее достиже-
ние:
=
η
t
q
qq
q
l
1
21
1
−
=
ц
q
q
2
1
1−= .
Если процессы расширения проходят ниже, чем про-
цессы сжатия, то мы получаем другой цикл. Его называ-
ют холодильным. У таких циклов l
ц
= l
p
– l
c
= F
ц
< 0, т.е.
для реализации холодильного цикла к системе необхо-
димо подводить механическую работу. При этом естест-
венно и q
ц
< 0, т.е. за цикл тепла отводится больше, чем подводится его к рабочему телу. Подвод тепла
здесь проводится при более низкой температуре, поэтому температура источника тепла тоже невысока.
Отвод тепла, наоборот, осуществляется при более высоких температурах и поэтому температура при-
емника тепла всегда выше, чем температура источника. Таким образом, осуществление холодильного
цикла позволяет за счет подводимой извне работы переносить тепло с нижнего температурного уровня
на верхний, т.е. совершать процесс, противоположный естественному направлению (от горячего к хо-
лодному) переноса тепла. Холодильные циклы идут против часовой стрелки, на их основе работают два
типа машин разного назначения. р–v и Т–s диаграммы такого цикла приведены на рис. 1.23.
Если источник тепла мал, а приемник достаточно велик, то реализация цикла приведет к захолажи-
ванию источника. Так работают холодильные машины. Эффективность холодильных машин оценивают
величиной холодильного коэффициента ε, который определяют тоже как отношение полезного эффекта
q
1
к затратам l
ц
:
.
ц
q
q
q
l
q
2
1
11
−
==ε
Отметим, что в отличие от η
t
, который всегда меньше 1,0 (это мы докажем в следующих параграфах),
величина
ε всегда больше 1,0 и, чем она больше, тем совершеннее холодильная машина.
Если же источник тепла неограничен, а приемник тепла невелик, то осуществление цикла приведет
к нагреванию приемника. Так работает машина, которую называют тепловым насосом. Ее эффектив-
ность оценивается теплонасосным коэффициентом
(
)
2122
qqqlqΚ −==
ц
.
Укажем на сравнительно простую конвертируемость холодильной машины в тепловой насос, для
этого достаточно поменять местами источник и приемник тепла.
1.2.4 Цикл и теорема Карно
Совершенство – это завершенность,
а завершенность – это смерть
С. Паркинсон
икл Карно – это теоретически наиболее эффективный термодинамический цикл. Естественно, что он
должен состоять из самых эффективных, с точки зрения получения работы, процессов. Самым эко-
номичным в этом плане является адиабатический процесс – в нем работу получаем за счет внутренней
энергии, не подводя совершенно тепла извне. Однако из одних адиабат цикл создать невозможно, по-
скольку необходимы процессы с подводом и отводом тепла. Из процессов с теплообменом самым при-
влекательным является изотермический процесс, в нем все подводимое тепло трансформируется в рабо-
ту (если газ идеальный).
-l
ц
1
2
3
4
p
v
a
b
источник
приемник
Т
и
Т
п
q
1
q
2
2
3
4
1
T
s
Рис. 1.23
р
–v и Т–s
д
иаг
р
аммы
Ц

Страницы