Работа №2 Цикл тепловой машины

Цель работы: исследование принципа работы простейшей тепловой машины в прямом и обращенном цикле.

Будем называть тепловой машиной устройство, способное переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому. В случае, если при этом процессе увеличивается температура теплоприемника за счет неограниченного запаса тепла в более холодном теле, цикл будем называть прямым, в случае уменьшения температуры более холодного тела за счет рассеяния тепла в более теплом теле, цикл будем называть обращенным.

В промышленных тепловых машинах не применяется газ в качестве рабочего тела вследствие крайне низкого КПД, но для ознакомления с принципом работы тепловой машины газ в качестве рабочего тела удобен из-за простоты описания происходящих процессов. Рассмотрим основные этапы работы тепловой машины в прямом цикле. Предполагается, что в системе имеется неограниченный источник тепла, т.е. такой источник, который сохраняет свою температуру независимо от процессов теплообмена с ним. В качестве такого источника реально используется окружающая среда (уличный воздух, вода в больших водоемах). В качестве приемника тепла может выступать, например, воздух внутри помещения. За счет тепла источника газ в начале цикла сжатия приобретает температуру источника. В процессе сжатия температура газа повышается, избыточное тепло передается приемнику тепла. При этом часть тепла неизбежно теряется на нагрев частей установки и, в конечном итоге, возврат назад к источнику тепла. Поскольку масса газа в объеме цилиндра много меньше суммарной массы циркулирующей воды в теплоприемнике и деталей установки, теплом, потраченным на нагрев газа можно пренебречь, тогда уравнение теплового баланса за цикл сжатия можно записать в следующем виде:

где D T - изменение температуры системы за один ход поршня;

C_Ж - теплоемкость теплоприемника (воды);

С_УСТ - теплоемкость цилиндра и поршня;

А - работа внешних сил по перемещению поршня.

Оценить работу A можно графически, построив график зависимости p = f (V) по результатам измерения параметров состояния газа в процессе сжатия.