ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Контрольные вопросы и задания из "Техническая термодинамика и теплопередача " По назначению тепловые машины делятся на тепловые двигатели (тепловые установки) и на холодильные установки. Тепловыми двигателями называются непрерывно действующие устройства, в которых происходит превращение теплоты в работу, холодильными установками — непрерывно действующие устройства, предназначенные для переноса теплоты от тел с меньшей температурой к телам с более высокой температурой. [c.103] Непрерывное действие тепловых машин можно получить, если рабочее тело будет осуществлять круговой термодинамический процесс, или цикл. Как уже отмечалось (см. п. 1.2) циклы делятся на прямые и обратные. Цикл, в результате которого часть удельной подведенной теплоты преобразуется в удельную работу 4, а другая часть отдается теплоприемнику, называется прямым. Если в результате осуществления цикла теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счет затраты работы извне, то такой цикл называется обратным. [c.103] В свою очередь циклы тепловых двигателей можно разделить в зависимости от рабочего тела на две группы. Общим для циклов первой группы является использование в качестве рабочих тел газообразных продуктов сгорания топлива, которые на протяжении всего цикла находятся в одном и том же агрегатном состоянии и при относительно высоких температурах считаются идеальным газом (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины и реактивные двигатели). Характерная черта циклов второй группы — применение таких рабочих тел, которые в цикле претерпевают агрегатные изменения (жидкость, влажный и перегретый пар) и подчиняются законам, действительным для реальных газов (паросиловые установки). [c.104] Эффективность термодинамических циклов зависит от характера термодинамических процессов, образующих конкретный цикл. Очевидно, при прочих равных условиях наибольшую эффективность имеют те циклы, у которых все процессы обратимы. Это значит, что в процессах подвода и отвода теплоты рабочее тело должно иметь температуру, равную соответствующей температуре источников теплоты, и процессы эти должны протекать без трения, завихрения и других необратимых явлений. Циклы, состоящие из обратимых процессов, называются обратимыми. [c.105] Следовательно, для осуществления произвольного обратимого цикла, в котором температура рабочего тела в общем случае в каждой точке цикла имеет разное значение, необходимо иметь бесконечное количество источников теплоты с различной температурой. [c.105] осуществляемый с использованием минимального количества источников теплоты,— простейший. Примером такого цикла при наличии только двух источников теплоты постоянной температуры является известный цикл Карно, изучение которого имеет важное значение для установления общих свойств круговых процессов. [c.105] Прямой цикл Карно. Согласно второму закону термодинамики для осуществления термодинамического цикла нужно иметь как минимум два источника теплоты горячий (теплоотдатчик) с постоянной температурой Tj и холодный (теплоприемник) с постоянной температурой Та С Tj. При этом и соблюдении еще условий обратимости подвод и отвод теплоты в цикле могут осуществляться только по изотермам Tj и Та. Однако две изотермы не могут образовать круговой процесс. Поскольку других внешних источников теплоты нет, обратимый переход между Ti и Та возможен лишь по адиабатам 2-3 и 4-1 (рис. 6.3, а). [c.105] В результате осуществления обратного (холодильного) цикла теплота от холодного тела передается к более теплому за счет затраты извне удельной работы /о, эквивалентной площади прямоугольника 34123 и составляющей /о = /х — /а-Таким образом, описанный процесс перехода теплоты от нижнего источника к верхнему не противоречит второму закону термодинамики, так как он протекает не самопроизвольно, а сопровождается дополнительным самопроизвольным процессом превращения работы в теплоту. [c.106] Из последнего выражения следует, что увеличение эффективности холодильных установок связано с понижением температуры окружающей среды и повышением температуры охлаждаемого помещения Т , т. е. с уменьшением разности температур Tj — Т . [c.107] Абсолютная термодинамическая шкала температур. Используя свойства цикла Карно, английский физик В. Кельвин предложил универсальную шкалу температур, которая не зависит от свойств отдельных веществ и получила название абсолютной термодинамической шкалы температур, или шкалы Кельвина. [c.107] Для построения термодинамической шкалы температур установлена единственная реперная точка — тройная точка воды, в которой термодинамическая температура равна 273,16 К. Из равенства (1.2026) явствует, что термодинамическая шкала температур — шкала равномерная. [c.107] Важным свойством термодинамической шкалы температур является наличие на ней предельно низкой температуры, называемой абсолютным нулем. Из равенства (1.2026) следует, что наименьшая температура отвечает случаю, когда = 0 эта температура и есть абсолютный нуль. Следовательно, абсолютный нуль температуры представляет собой наинизшую из всех возможных температур, при которой к. п. д. цикла Карно равен единице, что противоречит второму закону термодинамики. Поэтому температура абсолютного нуля практически недостижима. [c.107] Эквивалентный цикл Карно. Цикл Карно характеризуется рядом важных свойств, которые имеют большое значение для теории тепловых машин. [c.107] Из равенства (1.204) следует, что для повышения термического к. п. д. любого цикла тепловых двигателей необходимо увеличивать среднюю температуру в процессе подвода теплоты (Т ср) и уменьшать среднюю температуру в процессе отвода теплоты (Т ср). В этом состоит важное практическое значение цикла Карно. [c.108] Пределом термического к. п. д. произвольного цикла, осуществляемого между крайними температурами Т ах и Тт п (см. рис. 6.5) является термический к. п. д. цикла Карно при Т ср = Т ах и Т2ср = = Тт1п. Следовательно, в данном интервале температур цикл Карно обладает наибольшей эффективностью (вторая теорема Карно). [c.108] Обобщенный (регенеративный) цикл Карно. В определенном интервале температур от до T a наивысший к. п. д. имеет не только цикл Карно, но и любой другой цикл, состоящий из двух изотерм АВ и D (рис. 6.6). Для этого необходимо, чтобы во время протекания процесса ВС теплота от рабочего тела отдавалась не внешнему твплоприемнику, а через вспомогательный теплообменник (регенератор) возвращалась рабочему телу в процессе его нагрева DA. Отметим, что с внешними источниками теплоты рабочее тело связано только на участках АВ и D цикла. [c.109] Вернуться к основной статье