Термодинамические основы тепловых насосов. Васьков Е.Т. - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

18 19
Полезная работа в тепловом двигателе получается за счет разности
2
1
qq
-
, т. е. не вся теплота превращается в работу, часть ее неизбежно пере-
дается холодильнику.
3.1. Основные формулировки второго закона термодинамики
1. Нельзя построить периодически действующую тепловую машину, все
действие которой сводилось бы к производству механической работы и ох-
лаждению одного источника тепла (формулировка Томсона).
Из этого утверждения следует, что для преобразования теплоты в рабо-
ту необходимо иметь как минимум два источника теплоты с разными темпе-
ратурами и рабочее тело. Чем выше разность температур, тем выше эффект
преобразования теплоты в работу. Первая формулировка второго закона тер-
модинамики означает также, что невозможен вечный двигатель второго рода,
который превращал бы теплоту тел природы (воздух, вода и т. д.), находя-
щихся в тепловом равновесии, в работу.
2. Теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама со-
бой, без затраты внешней работы (постулат Клаузиуса).
3.2. Прямой и обратный циклы Карно
Цикл Карно является идеальным для циклически работающего тепло-
вого двигателя и имеет максимально возможный КПД при данной разности
температур энергоисточников.
Пусть 1 кг идеального рабочего тела совершает прямой цикл Карно
(рис. 3.2), т. е. такой, в результате которого теплота превращается в работу.
Цикл состоит из двух изотерм (T
=
const) и двух адиабат (dq = 0).
В процессе изотермного расширения 1–2 к рабочему телу подводится
теплота q
1
от бесконечно большого источника теплоты с температурой T
1
.
В точке 2 источник теплоты отключается, и рабочее тело адиабатно рас-
ширяется (линия 2–3).
В процессе изотермного сжатия (линия 3–4) рабочее тело отдает холо-
дильнику теплоту q
2
при температуре T
2
.
Процессом 4–1 (адиабатное сжатие) замыкается цикл Карно.
Работа цикла
21ц
qql
-
=
графически изображается площадью цикла.
Термическим коэффициентом полезного действия цикла
t
h
называется
отношение полезно использованной теплоты к подведенной, т. е.
1
2
1
ц
1
21
1
q
q
q
l
q
qq
t
-==
-
=h
.
Рис. 3.2. Прямой цикл Карно в pv- и sT-координатах
В s-T-диаграмме теплота равна площади (см. рис. 3.2):
(
)
1
2
1
1
21 площадь ssTbaq
-
=
-
-
-
=
;
(
)
1
2
2
2
34площадь ssTabq
-
=
-
-
-
=
;
(
)
( )
1
2
1
2
1
122
1
2
111
T
T
ssT
ssT
q
q
t
-=
-
-
-=-=h
;
1
2
1
T
T
t
-=h
.
Из формулы следует:
1. КПД обратимого цикла Карно зависит лишь от температур горячего
и холодного источников теплоты. Чем выше разность температур, тем выше КПД.
2. Термический КПД не может быть равным единице, ибо
0
2
¹
T
и
¥
+
¹
1
T
.
По обратному циклу Карно работают холодильные машины и тепловые
насосы.
В обратном цикле Карно (рис. 3.3) протекают все те же процессы изме-
нения состояния, но в обратном направлении. При этом рабочее тело сначала
расширяется адиабатно по линии 1–2 с понижением температуры от T
1
до T
2
,
затем продолжает изотермически расширяться по линии 2–3, получая тепло-
ту q
2
от холодильника при температуре T
2
.
В адиабатном процессе 3–4 рабочее тело сжимается с повышением тем-
пературы до T
1
, а затем изотермически сжимается по линии 4–1 и отдает го-
рячему источнику теплоту q
1
при температуре T
1
. На этом цикл замыкается.
=
const
=
const
=
const
=
const

Страницы