ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Идеализированный цикл теплового двигателя с изобарным процессом подвода энергии в тепловой форме из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Рассматривая цикл Карно (рис. 8.12), мы предполагали, что в процессах подвода 1-2 и отвода 3-4 энергии в тепловой форме температура рабочего тела равна температуре нагревателя (источника энергии) или холодильника. В цикле Карно нагреватель и холодильник являются термостатами. При отдаче энергии в тепловой форме температура нагревателя остается неизменной. При приеме энергии в тепловой форме температура холодильника тоже не изменяется. В реальных условиях это невозможно. [c.112] Из курса физики известно, что давление в газах и жидкостях передается во все стороны одинаково. Следовательно, чем больше давление рабочего тела, тем большие усилия приложены к деталям расширительной машины. Е)сли эти усилия превысят допустимые значения, детали расширительной машины разрушатся. [c.112] Разрушение деталей расширительной машины может также произойти из-за превышения предельно допустимой температуры рабочего тела. [c.112] При враш,ении коленчатого вала (рис. 9.2) объем цилиндра расширительной машины изменяется от максимального до минимального значения, следовательно, так же изменяется объем рабочего тела — от максимального до минимального значения. Так как при враш,ении коленчатого вала поршень совершает возвратно-поступательное движение, при некоторых положениях его скорость равна нулю. Действительно, для изменения направления движения поршню необходимо остановиться. Условная точка на оси цилиндра расширительной машины, в которой скорость поршня равна нулю, называется мертвой точкой (МТ). Мысленно вращая коленчатый вал расширительной машины (рис. 9.2), можно заметить, что поршень фактически останавливается на мгновение в двух точках, которые можно условно отметить на оси цилиндра. [c.113] Определим положение одной из мертвых точек, для чего кривошип коленчатого вала расширительной машины установим в нижнем положении (точка 2 рис. 9.3). Поршень расширительной машины также будет находиться в нижнем положении (в точке М). При таком положении коленчатого вала поршень находится на минимальном удалении от оси вращения. Е1сли кривошип коленчатого вала установить в верхнее положение (точка 1), то поршень также установится в верхнем положении (в точке М) на максимальном удалении Лщах от оси вращения. [c.113] При положении поршня в НМТ объем цилиндра расширительной машины максимальный. Так как рабочим телом является газ, всегда занимающий объем того сосуда, в котором он находится, то при положении поршня в НМТ объем рабочего тела будет максимальным. Положению поршня в НМТ на индикаторной (рабочей) диаграмме (рис. 9.4) соответствует точка а. [c.113] Повернем коленчатый вал на 180° из положения 1 в положение 2. Поршень при этом переместится из точки М в точку N. В точке N поршень останавливается (его скорость равна нулю), поэтому ее называют верхней мертвой точкой. Названия мертвых точек обусловлены их взаимным положением на оси цилиндра расширительной машины (одна выше другой). Поршень при вращении кривошипа совершает возвратно-поступательные движения между мертвыми точками М и ЛГ, каждый раз проходя расстояние (путь) 5. При положении поршня в ВМТ объем цилиндра минимален и равен Ус. Минимальный объем цилиндра расширительной машины К называется объемом камеры сжатхля. [c.113] При перемещении поршня от НМТ к ВМТ объем цилиндра уменьшается, т. е. рабочее тело сжимается. В процессе сжатия а-с энергия подводится (передается) к рабочему телу в механической форме путем совершения работы сжатия. Механическая энергия окружающей среды уменьшается. [c.113] Так как сила Р в процессе сжатия рабочего тела увеличивается, то и сила Ра тоже должна увеличиваться для выполнения условия (9.9). Сила Р переменна по величине, поэтому вычислить по уравнению (9.8) количество энергии, переданное окружающей средой рабочему телу в механической форме, не представляется возможным. [c.115] Проанализируем смысл выражения (9.8). Величина Ра характеризует внешнее воздействие (окружающей среды) на рабочее тело. Перемещение поршня S также характеризует свойство окружающей среды (в данном случае поршень относится к окружающей среде). Таким образом, величины Ре и 5 характеризуют изменения, происходящие в окружающей среде. Это означает, что величина W определяет количество энергии, переданное окружающей средой рабочему телу в механической форме. Ее можно определить по изменению параметров окружающей среды. Первый закон термодинамики позволяет утверждать, если энергия окружающей среды в результате взаимодействия с рабочим телом уменьшилась на величину W, то энергия рабочего тела увеличилась на эту же величину. [c.115] Так как Тс Та, величина Wa- вычисленная по формуле (9.12), будет отрицательной. Величина Wa- представляет собой количество энергии, переданной рабочему телу окружающей средой. Следовательно, величина Wa- —это энергия, а поэтому не может быть отрицательной величиной. Входящие в выражение (9.12) величины характеризуют состояние рабочего тела. Величина Wa- , определяемая по формуле (9.12), выражает изменение энергии рабочего тела (изучаемой системы). Так как Wa- О (величина отрицательна), то это означает, что энергия передается рабочему телу в механической форме (знак минус указывает на направление передачи энергии и ничего более). Ранее мы рассматривали правило знаков, одно из положений которого гласит если энергия передается рабочему телу в механической форме, то она отрицательна. Рассматриваемый случай соответствует этому правилу. [c.116] Так как Гс, то Wa- 0. Вывод аналогичен рассмотренному ранее. [c.116] В точке с (рис. 9.4) прекращают передачу энергии рабочему телу в механической 4юрме и начинают передачу ему энергии в тепловой форме. [c.116] В процессе -z рабочему телу от нагревателя (окружающей среды) передается энергия в тепловой форме в количестве Qi, при этом рабочее тело расширяется (его объем увеличивается К К). Процессы подвода энергии Qi в тепловой форме и расширения рабочего тела согласованы таким образом, что в процессе -z давление рабочего тела остается неизменным Рс = Pz = Ртах = idem. Таким образом, процесс -z является изобарным. Отсюда следует название рассматриваемого цикла. [c.116] ТО величина определяемая по формуле (9.21), будет положительной х-ь 0). Этот факт соответствует правилу знаков, принятому в термодинамике если энергия в механической форме отводится от изучаемой системы, она записывается со знаком плюс . Знак плюс указывает на направление передачи энергии в механической форме при взаимодействии изучаемой термодинамической системы и окружающей среды. [c.118] Так как Та Ть, то ( 2 0. Это означает, что энергия отводится от рабочего тела в тепловой форме. На направление передачи энергии в тепловой форме указывает знак минус . Этот вывод соответствует правилу знаков, принятому в термодинамике если энергия в тепловой форме отводится от изучаемой системы, она записывается со знаком минус . [c.118] В точке а цикл замыкается. [c.118] Подставляя равенства (9.25), (9.42) и (9.45) в зависимость (9.24), получим . . [c.121] В выражении (9.47) учтено, что Vb = Va (см. рис. 9.4). [c.121] Энтропийная (тепловая) диаграмма цикла с изохорно-изобарным процессом подвода энергии в тепловой форме представлена на рис. 9.6. В адиабатном процессе а-с (рис. 9.4) рабочее тело сжимается без подвода и отвода энергии в тепловой форме (адиабатный процесс сжатия). [c.121] Вернуться к основной статье