Цикл Карно. Изучение идеальных круговых процессов имеет существенное значение для анализа работы теплоэнергетических машин

Изучение идеальных круговых процессов имеет существенное значение для анализа работы теплоэнергетических машин.

Вопрос о том, какая часть тепла, под веденного от горячего источника, может быть превращена в полезную быть превращена в полезную работу в замкнутом процессе, впервые разрешил французский инженер и ученый Сади Карно. Рабочим телом цикла (рисунок 5) служил идеальный газ.

Рисунок 5 – Цикл карно

В этом цикле тепло отводится и подводится по изотермам при температурах горячего источника тепла и холодного теплоприемника.

Произведем анализ прямого цикла Карно (рисунок 5), считая рабочее тело идеальным газом. В этом цикле: процесс 1-2 – изотермическое расширение рабочего тела за счет тепла горячего источника при температуре . Затем рабочее тело отключается от горячего источника и адиабатно расширяется по линии 2-3 с понижением температуры до . После этого рабочее тело подключается к холодному теплоприемнику и сжимается изотермически по линии 3-4, отдавая ему тепло при температуре . Затем оно отключается от теплоприемника и продолжает сжиматься адиабатно по линии 4-1 с повышением температуры до , чем и завершается цикл.

Согласно определению термического КПД для цикла Карно:

, (65)

где (66)

. (67)

Или, учитывая, что под имеется в виду абсолютная величина отводимого тепла, можно записать:

. (68)

Таким образом:

. (69)

Соотношение параметров для адиабаты 2-3 можно записать:

, (70)

а для адиабаты 4-1:

. (71)

Следовательно, и .

Тогда, после сокращения:

. (72)

Полученные выражения показывают, что термический КПД цикла Карно тем больше, чем выше температура горячего источника тепла и чем ниже температура холодного теплоприемника.

В заданном интервале температур цикл Карно является наивыгоднейшим по величине термического КПД, поэтому, хотя цикл Карно в технике и не используется, он играет роль эталона для сопоставления экономичности прямых циклов находящих практическое применение.

Теорема Карно гласит: термический КПД обратимого цикла, осуществляемого между двумя источниками тепла, не зависит от свойств рабочего тела, при помощи которого совершается этот цикл.