Электронная библиотека

  • Для связи с нами пишите на admin@kursak.net
    • Обратная связь
  • меню
    • Автореферат (88)
    • Архитектура (159)
    • Астрономия (99)
    • Биология (768)
    • Ветеринарная медицина (59)
    • География (346)
    • Геодезия, геология (240)
    • Законодательство и право (712)
    • Искусство, Культура,Религия (668)
    • История (1 078)
    • Компьютеры, Программирование (413)
    • Литература (408)
    • Математика (177)
    • Медицина (921)
    • Охрана природы, Экология (272)
    • Педагогика (497)
    • Пищевые продукты (82)
    • Политология, Политистория (258)
    • Промышленность и Производство (373)
    • Психология, Общение, Человек (677)
    • Радиоэлектроника (71)
    • Разное (1 245)
    • Сельское хозяйство (428)
    • Социология (321)
    • Таможня, Налоги (174)
    • Физика (182)
    • Философия (411)
    • Химия (413)
    • Экономика и Финансы (839)
    • Экскурсии и туризм (29)

ЛЕКЦИЯ 05 Тема лекции: Круговые термодинамические процессы. Цикл КАРНО

ЛЕКЦИЯ 05

Тема лекции: Круговые термодинамические процессы. Цикл КАРНО

План лекции: 1. Круговые процессы или циклы.

2. Прямые циклы (циклы двигателей) и их эффективность.

3. Обратные циклы и их эффективность.

4. Циклы Карно.

5. Регенеративный цикл.

6.Сущность второго закона термодинамики и его основные формулировки.

1. Круговые процессы или циклы

Как видно из предыдущего анализа для непрерывного получения работы необходимо периодически возвращать рабочее тело в исходное состояние, т.е. после процесса расширения проводить процесс сжатия, но организовывать процесс таким образом, чтобы работа процесса сжатия была меньше работы процесса расширения.

Процессы, в которых рабочее тело возвращается в исходное состояние, носят называние круговых процессов или циклов. Такие процессы изображаются замкнутыми кривыми.

Различают циклы прямые и циклы обратные.

В прямых циклах работа расширения больше работы сжатия и по прямым циклам работают тепловые машины.

В обратных циклах работа сжатия больше работы расширения. По обратным циклам работают компрессоры, холодильные машины, тепловые насосы.

2. Прямые циклы (Циклы двигателей)

Изображение прямых циклов производится по часовой стрелке.

clip_image002

Для того, чтобы работа расширения |l1-a-2| была больше |l2-б-1|, необходимо в процессе расширения тепло подводить, т.е. q1>0; а в процессе сжатия, тепло отводить, т.е. q2<0.

Найдём полезную работу.

Полезная работа, получаемая в результате осуществления цикла определяется выражением:

clip_image004 (5-1)

Выразим работу цикла через подведённое и отведённое тепло, для чего запишем 1-ый закон термодинамики для процесса расширения и сжатия.

(а) clip_image006 – расширение.

(б) clip_image008 -сжатие.

Суммируя выражения (а) и (б) получим, что

clip_image010 (5-2)

Оценим эффективность прямого цикла с помощью КПД, который представляет собой отношение работы цикла к затраченной энергии.

clip_image012 (5-3)

Как видно из проделанного анализа для непрерывного превращения тепла в работу, любая тепловая машина должна включать

1) источник тепла

2) рабочее тело

3) приёмник тепла.

Всё подводимое тепло q1 не может быть преобразовано в работу, т.е. h < 1 всегда.

В результате осуществления прямого цикла имеем возможность, получая тепло горячего источника, часть его преобразовать в работу.

3. Обратный цикл

Изображение обратного цикла в любой из диаграмм производится только против часовой стрелки.

Как видим работа расширения в обратном цикле больше работы сжатия (см. рис.), т.е.

clip_image014 и clip_image016

Запишем I закон термодинамики применительно к процессам расширения и сжатия, тогда можно записать:

clip_image018 – для расширения.

clip_image020 -для сжатия.

Суммируя последние выражения найдём, что

Величина l < 0

clip_image022

В результате осуществления обратного цикла рабочее тело отбирает тепло от холодного источника и передаёт его горячему источнику, на что затрачивается работа цикла.

Эффективность обратных циклов оценивается с помощью холодильного коэффициента, представлявшего собой отношение тепла, отбираемого от холодного источника с затратой работы.

clip_image024

где – ex - холодильный коэффициент, при этом

clip_image026

4. Циклы Карно

Наибольшая эффективность циклов имеет место в циклах обратимых, в которых каждый из составляющих процессов является обратимым.

Под обратимыми процессами понимают процессы в которых, при изменении знака внешнего воздействия изменение состояния происходит в обратном направлении по той же линии.

Если цикл сформирован из обратимых процессов, то наивысшее значений КПД и холодильного коэффициента будут иметь место в циклах Карно, которые состоят из двух изотерм и двух адиабат.

4.1. Прямой обратимый цикл Карно

clip_image028

1-2 – процесс изотермического расширения, в течении которого к рабочему телу подводится тепло q1 при T1.

2-3 – процесс адиабатического расширения, в котором температура рабочего тела падает от Т1 до Т2.

В процессах 1-2 и 2-3 рабочее тело совершает работу.

3-4 – процесс изотермического сжатия при Т2, когда от рабочего тела отводится тепло q2, .

4-1 – процесс адиабатического сжатия, в котором рабочего тела повышается от T2 до T1 .

В результате осуществления такого цикла при заданном перепаде температур Т2¸Т1, осуществляется максимально возможное преобразование тепла в работу, что видно из анализа T-S диаграммы цикла и выражения КПД цикла Карно:

Для изотермического процесса расширения

clip_image030

Для изотермического процесса сжатия

clip_image032

Тогда работа цикла:

clip_image034 ,и соответственно КПД будет определяться как:

clip_image036 (5.4)

Как видно из зависимости (5.4) для повышения КПД необходимо повышать температуру теплоисточника (рабочего тела в процессе подвода тепла) и уменьшать температуру теплоприёмника (температуру рабочего тела в процессе расширения).

КПД всех других циклов при заданном перепаде температур Т1 , Т2 меньше КПД цикла Карно.

clip_image0384.2 Обратный обратимый цикл Карно

1-2 – процесс адиабатического расширения в котором температура падает от Т1 до Т2.

2-3 – процесс изотермического расширения при Т2 , в котором от холодного источника отнимается тепло q2 и передаётся рабочему телу.

3-4 – процесс адиабатического сжатия, в результате которого температура от рабочего тела повышается от Т2 до T1 .

4-1 – процесс изотермического сжатия, в результате которого от рабочего тела отводится тепло q1 и передаётся горячему источнику при Т1.

clip_image040

Работа: clip_image042

Холодильный коэффициент:

clip_image044

Осуществление обратного обратимого цикла Карно позволило бы отнять от холодного источника тепло q2 при минимально возможных затратах работы.

5. Регенеративный цикл

clip_image046Конфигурация реальных циклов значительно отличается от цикла Карно и в общем случае может быть представлена в диаграмме.

Работа цикла:

clip_image048

Термический КПД

clip_image050

Как видно из приводимой диаграммы температура рабочего тела в процессе отвода тепла 3-4, выше температуры рабочего тела в процессе подвода тепла 1-2. Благодаря этому появляется возможность хотя бы часть отводимого тепла в процессе 3-4 передать через промежуточный теплообменник рабочему телу в процессе подвода тепла 1-2.

Такой теплообменник и цикл в целом носит название регенеративный (воспроизведение).

При этом контуры цикла не меняются, количество совершённой работы остаётся прежним, а количество подводимого извне тепла совращается на величину регенерированного тепла.

Тогда КПД регенеративного цикла

clip_image052

Очевидно, что

clip_image054

Как видим КПД регенеративного цикла выше КПД исходного цикла, но не может превышать КПД цикла Карно.

6. Сущность второго закона термодинамики и его основные формулировки

Так как hк < 1 то h < 1. Отсюда вытекает одна из классических формулировок II начала термодинамики:

- невозможно построить вечный двигатель второго рода, т.е. такую периодически действующую машину, которая превращала бы все тепло, полученное от нагревателя в работу (имела бы КПД равный единице).

Существуют несколько формулировок второго закона термодинамики.

Теплоту какого-либо тела невозможно превратить в работу не произведя никакого другого действия кроме охлаждения этого тела. (Кельвин)

Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому. (Клаузиус)

Природа стремится от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным. (Больцман)

Изменение энтропии изолированной системы clip_image056

Закон возрастания энтропии разрешает процессы, связанные с возрастанием энтропии и запрещает обратные. По образному выражению Зоммерфельда «В гигантской фабрике естественных процессов принцип возрастания энтропии занимает место директора, который предписывает вид и течение всех сделок. Закон сохранения энергии играет лишь роль бухгалтера, который приводит в равновесие дебет и кредит».

Тема необъятна, читайте еще:

  1. ЛЕКЦИЯ 04 Тема лекции: Политропные процессы. Реальные рабочие тела, пары
  2. ЛЕКЦИЯ 12 Тема: Газотурбинные и паросиловые установки.
  3. ЛЕКЦИЯ 11 Тема: РЕАЛЬНЫЕ И ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВС
  4. ЛЕКЦИЯ 15 Тема лекции: Показатели энергоёмкости транспортной продукции

Автор: Наташа, 03.07.2015
Рубрики: Разное
Предыдущие записи: . Идеальный газ. Уравнение состояния.
Следующие записи: ЛЕКЦИЯ 06 Тема: Теория теплообмена. Теплопроводность.

Последние статьи

  • ТОП -5 Лучших машинок для стрижки животных
  • Лучшие модели телескопов стоимостью до 100 долларов
  • ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ РЕЧЕВОГО РАЗВИТИЯ У ДЕТЕЙ РАННЕГО ВОЗРАСТА
  • КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СИБИРИ: ГЕОПОЛИТИЧЕСКИЕИ ГЕОЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ
  • «РЕАЛИЗМ В ВЫСШЕМ СМЫСЛЕ» КАК ТВОРЧЕСКИЙ МЕТОД Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО
  • Как написать автореферат
  • Реферат по теории организации
  • Анализ проблем сельского хозяйства и животноводства
  • 3.5 Развитие биогазовых технологий в России
  • Биологическая природа образования биогаза
Все права защищены © 2015 Kursak.NET. Электронная библиотека : Если вы автор и считаете, что размещённая книга, нарушает ваши права, напишите нам: admin@kursak.net