Термічний ККД. Холодильний коефіцієнт

Термічний коефіцієнт корисної дії (к. к. д.) циклу. При здійсненні прямого циклу періодично діючого теплового двигуна до робочого тіла від верхнього джерела підводитьсяq ₁ [Дж] тепла і відводиться від робочого тіла в нижнє джерело q₂ [Дж] тепла. Різницяq₁ - q₂=q₀ — це тепло, що перетворюється в роботу циклу, а тому нази­вається корисним теплом.

Досконалість періодично діючого теплового двигуна визначається відношенням корисного теплаq₀до затраченого теплаq1 Це відно­шення називається термічним коефіцієнтом корисної дії (к.к.д.) Циклу

(8.3)

Цикл Карно для ідеального газу і його термічний к.к.д. У дослідженнях циклів великі заслуги належать французькому фізику Саді Карно.

Рис.27 - Цикл Карно — прямий (а) і зворотний (б).

Цикл Карно складається з двох ізотерм і двох адіабат і як прямий цикл ідеального теплового двигуна протікає в такій послідовності (рис.27, а).

Робоче тіло, що знаходиться в циліндрі з абсолютно нетеплопровідного матеріалу, може приєднуватись до безмежно великого верх­нього джерела тепла з абсолютною температурою Т₁ чи до безмежно великого нижнього джерела, тепла з абсолютною температурою Т₂ а також від'єднуватись від цих джерел у певні моменти.

Робоче тіло в початковому стані 1 (параметриp₁ v₁ Т₁) при поло­женні поршняІ приєднується до верхнього джерела ірозширюється ізотермічно (при сталій температурі Т1) до стану2 (параметрир₂, v₂, Т₂) й положенні поршняII, сприймаючи від верхнього джерела теплоq₁

У положенніII робоче тіло від'єднується від верхнього джерела і продовжує розширюватись без теплообміну з навколишнім середо­вищем до приходу поршня в положення III, а робочого тіла в стан 3 (параметри p₃, v₃, Т₂).

У положенніIIIробоче тіло з'єднується з нижнім джерелом, а поршень рухається в зворотному напрямі до положення IV. При цьому здійснюєтьсяізотермічний стискз відведенням тепла q₂ від робочого тіла до нижнього джерела і зміна стану в точці 4 (параметри P₄, v₄, Т₂).

У положенні IV робоче тіло від'єднується від нижнього джерела і при русі поршня з положення IV в положення І продовжуеться стиск без теплообміну з навколишнім середовищем до повернені робочого тіла в початковий стан.

Цикл Карно зворотний, тобто він може відбуватись у зворотньому напрямі. При цьому затрачена робота перетворюється в тепло, що відводиться з нижнього джерела (з нижчою температрою) у верхнє джерело (з вищою температурою).

Слід зазначити, що цикл Карно — це цикл ідеальний, бо він складається з ідеальних нездійснимих процесів — ізотермічних та адіабатних, в яких тепло перетворюється в роботу найдосконаліше. Цикл, що протікає в зворотному напрямку, тобто проти ходу годинникової стрілки, називаєтьсязворотним

За зворотним циклом працюють холодильні машини. У цих машинах бажано, щоб при мінімальній витраті зовнішньої роботи кількість теплоти, що відводиться від менш нагрітого тіла до більш нагрітого, була якомога більша. Тому ефективність зворотного циклу оцінюється холодильним коефіцієнтом £х:

(8.4)

Основні висновки:

1. Суть другого закону термодинаміки полягає в тому, що він виявляє умови, при яких можливе перетворення тепла в роботу фактори, що впливають на цей процес, і визначає шляхи для ефективнішого перетворення тепла в роботу. Перший закон термодинаміки пояснює тільки кількісні співвідно­шення, еквівалентність тепла й роботи і стверджує можливість їх взаємного перетворення, але не розкриває умов, при яких ці перетворення можливі, і факторів, що впливають на процес.

2. Жоден з основних термодинамічних процесів, взятий окремо, не може забезпечити практично роботу теплового двигуна, бо робоче тіло, здійснивши одноразове розши­рення, вичерпує свою роботоздатність, і двигун після цього спиняє­ться. Для забезпечення безперервності процесу перетворення тепла в роботу тепловий двигун повинен бути періодично діючою машиною, в якій після,прямого процесу розширення повинен відбуватися зво­ротний процес — стиск робочого тіла. Такий замкнутий процес, що складається з ряду послідовних про­цесів, внаслідок яких робоче тіло після змін повертається в початковий стан, називається круговим процесом, або циклом.

3. Цикл Карно — це цикл ідеальний, бо він складається з ідеальних нездійснимих процесів — ізотермічних та адіабатних, в яких тепло перетворюється в роботу найдосконаліше. За прямим циклом працюють двигуни внутрішнього згорання, а за зворотним – компресори та холодильні машини

Контрольні питання:

1. Суть другого закону термодинаміки. Написати формулу та пояснити.

2. Поняття «круговий цикл».

3. Поняття «корисне тепло»

4. Формула термічного ККД. Пояснити

5. Формула холодильного коефіцієнта. Пояснити.

6. Для яких теплових машин застосовується прямий та зворотний цикл Карно?

Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом.

Прочитати: [1] c. 145-152; [2] с. 27-35; [3] c. 121-125; [4] 43-49.

Тема №9

Поиск по сайту: