Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Цикл Карно
Французский инженер Сади Карно в 1824 году впервые дал теоретическое объяснение работы тепловых машин. В то время еще использовалась теория теплорода и не была установлена единая природа теплоты и работы как меры энергетического взаимодействия. Однако С. Карно в своей теории тепловой машины были высказаны основные положения второго закона термодинамики [1, 7]. Основное положение теории С. Карно, впоследствии получившее название принципа Карно, состоит в том, что для получения работы в тепловой машине необходимы по крайней мере два источника теплоты с разными температурами. Карно предложил идеальный цикл тепловой машины, в котором используются два источника теплоты с постоянными температурами: источник с высокой температурой – горячий источник и источник с низкой температурой – холодный источник. Поскольку цикл идеальный, то он состоит из обратимых процессов теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты, соответствующих двум изотермам, и двум идеальным адиабатам перехода рабочего тела с одной изотермы на другую. Графическое изображение цикла Карно в P,v- и T,s- диаграммах, использующего в качестве рабочего тела идеальный газ, представлено на рис.8.5. В цикле Карно горячий источник теплоты с Т1=const передает теплоту (процесс 14) рабочему телу, это обратимый процесс, поэтому рабочее тело получает теплоту q1 по изотерме Т1 (процесс 41). На процессе 12 рабочее тело расширяется по обратимой адиабате от Т1 до Т2. В обратимом процессе 23 рабочее тело передает теплоту q2 холодному источнику по изотерме Т2=const (для горячего источника это процесс 23). На процессе 34 рабочее тело сжимается по обратимой адиабате от Т2 до Т1. Для цикла Карно в T,s- диаграмме подведенная теплота к рабочему телу q1 и отведенная от него q2 представляют площади под изотермическими процессами 41 и 23, которые соответствуют прямоугольникам с определенными сторонами: для q1 – с Т1 и Δs, для q2 – с T2 и Δs. Величины q1 и q2 определяются по формулам изотермического процесса: q1 = T1Δs; (8.5) q2 = T2Δs. (8.6) Работа цикла Карно равна разности подведенной и отведенной теплоты: ltк = q1 - q2 = (T1-T2) Δs. (8.7) В соответствии с выражением (8.7) получить работу возможно только при наличии разности температур у горячего и холодного источников теплоты. Максимальная работа цикла Карно теоретически была бы при Т2=0, но в качестве холодного источника в тепловых машинах, как правило, используется окружающая среда (вода, воздух) с температурой около 300 К. Кроме этого, достижение абсолютного нуля в природе невозможно (этот факт относится к третьему закону термодинамики). Таким образом, в цикле Карно не вся теплота q1 превращается в работу, а только ее часть. Оставшаяся после получения работы теплота q2 отдается холодному источнику, и при заданных Т1 и Т2 она не может быть использована для получения работы, величина q2 является тепловыми потерями (тепловым отбросом) цикла. Термический КПД цикла Карно может быть записан в виде . (8.8) Таким образом, КПД цикла Карно будет тем больше, чем больше Т1 и меньше Т2. При Т1=Т2 КПД равен нулю, т.е. при наличии одного источника теплоты получение работы невозможно. Невозможность существования Т2=0 К указывает на то, что КПД цикла Карно не может быть равен единице, и на то, что он всегда меньше единицы. Анализ выражений (8.7) и (8.8) включает в себя выводы, которые относятся к формулировкам второго закона термодинамики: получение работы в тепловой машине возможно только при наличии двух источников теплоты, имеющих разную температуру; в тепловой машине невозможно преобразовать всю теплоту горячего источника в работу; невозможно создание вечного двигателя второго рода, в котором в качестве источника теплоты используется окружающая среда. Необходимо отметить, что любой цикл имеет термический КПД ниже КПД цикла Карно, проходящего в интервалах максимальной и минимальной температур данного цикла. Это утверждение легко доказать, представив сравниваемые циклы в T,s- диаграмме (рис.8.6). Сравним термический КПД произвольного цикла abcd (ηt) с КПД цикла Карно 1234 (ηtк), проходящего в интервалах максимальной – T1max и минимальной – T2min температур данного цикла – abcd. Из рис.8.6 видно, что q1к > q1 на величину площади 1ad и 4dc, а q2 > q2к на величину площади а2b и 3cb. В результате имеем q2/q1 > q2к/q1к, следовательно, получаем соотношение ηtк = 1 - > ηt = 1 - . Термический КПД цикла Карно зависит только от температур горячего и холодного источников теплоты (Т1 и Т2). Зная температуры цикла Карно, легко определить его КПД и сопоставить его с КПД другого цикла Карно. Любой обратимый цикл можно представить в виде эквивалентного цикла Карно, т.е. цикла с такими же q1 и q2, а соответственно и с такой же работой и термическим КПД, как у исходного цикла. Понятие эквивалентного цикла Карно позволяет сопоставить между собой термические КПД различных по конфигурации обратимых циклов, используя только Т1 и Т2. Для преобразования произвольного обратимого цикла в эквивалентный цикл Карно вводится понятие среднетермодинамической температуры. Среднетермодинамической температурой Тm называется частное от деления теплоты процесса на изменение его энтропии: . (8.9) В диаграмме Т,s- значению Тm (рис.8.7) соответствует высота прямоугольника авсd, равновеликого площади 12сd. Используя понятие среднетермодинамической температуры, представим в виде эквивалентного цикла Карно произвольный обратимый цикл 1234 (рис.8.8). Для этого процесс подвода теплоты в цикл 12 заменим изотермическим процессом ав со среднетермодинамической температурой T1m, а процесс отвода теплоты 34 заменим изотермическим процессом cd со среднетермодинамической температурой T2m. Полученный цикл Карно авсd имеет q1 и q2 равные подведенной и отведенной теплоте рассматриваемого цикла 1234, т.е. это эквивалентные циклы, для которых термический КПД определяется по формуле . В дальнейшем понятие эквивалентного цикла Карно будет использоваться для сопоставления тепловой экономичности различных циклов теплоэнергетических установок.
Date: 2015-05-09; view: 970; Нарушение авторских прав |