Обратный цикл Карно. Оценка эффективности работы холодильных установок, тепловых насосов и теплофикационных машин

Перенос теплоты от охлаждаемого объекта 3 (см. рис 1) в окружающую среду 1 с минимальной затратой внешней энергии осуществляется с помощью обратного (холодильного) цикла Карно.

а) б) в)

Рис.3 а) - Обратный цикл Карно; б) – обратимый; в) – необратимый

Он состоит из четырех процессов изменения состояния рабочего тела: двух изотерм 2-3 и 4-1 и двух адиабат 1-2 и 3-4.

В процессе 4-1 (при постоянной температуре T_охл) от охлаждаемого объекта отнимается теплота q₀ (площадь а-4-1-b). Затем рабочее тело сжимается (линия 1-2) при s = const (без теплообмена с окружающей средой), в результате температура тела повышается от Т_охл до Т_окр. На совершение процесса сжатия затрачивается работа l_сж. В процессе 2-3 (при T_окр = const) теплота q (площадь a-b-2-З) отводится от рабочего тела в окружающую среду. В адиабатном процессе расширения 3-4 рабочее тело совершает полезную работу l_paс, при этом температура тела снижается от T_окр до T_охл.

В результате передачи теплоты от охлаждаемого тела окружающей среде, т. е. при совершении обратного цикла Карно, затрачивается работа l (площадь 4-1-2-3).

Все процессы цикла Карно являются обратимыми.

Обратимым - называется такой идеальный процесс, на выполнение которого в пря­мом и обратном направлении не требуется затрат внешней энергии. Например, в идеальном процессе расширения сжатого газа получае­мая энергия q_pac точно равна энергии q_сж, затрачиваемой на сжатие газа, т. е. на возвращение его в начальное состояние. В этом случае dq = 0, следовательно, и ds =0.

В обратимых изотермических процессах подвода и отвода теплоты разница температур между охлаждаемым и рабочим телом, а также между рабочим телом и охлаждающей средой равна нулю.

Процессы и циклы, осуществляемые в реальных машинах, необратимы. Различают внутреннюю и внешнюю необратимость.

Внутренние потери – обусловленные нарушением равновесия в хладагенте

(трение, дросселирование, неравномерность температуры хладагента по объему, теплообмен со стенками проточной части компрессора и др.)

Внешние потери - связаны с тем, что реальные процессы подвода и отвода теплоты происходят при конечной разности температур между температурами рабочего тела и охлаждаемой и охлаждающей средами (рис. 3б).

При увеличении разности температур необратимость процесса увеличивается, вызывая дополнительный расход энергии l'>l. Любая необратимость процессов характеризуется ростом энтропии системы хладагент – внешние источники теплоты. Рост энтропии означает рассеяние (диссипацию) энергии. Рассеянная энергия не может быть превращена в работу.

Наиболее экономичные процессы осуществляются при бесконечно малой разности температур между источником теплоты и рабочим телом.

Поиск по сайту: