Вопрос 21 Первый и второй законы термодинамики. Прямые и обратные циклы.

Первый закон термодинамики

- это одно из выражений всеобщего закона природы, закона сохранения и превращения энергии. Этим законом утверждается способность различных видов энергии переходить к непрерывным превращениям и изменениям.

Q= E2-Еl+L внешн.

Теплота подведенная к системе расходуется на изменение ее энергии и совершение внешней работы.

Механическое взаимодействие термодинамической системы с окружающей средой в общем случае осуществляется в формах работы перемещения и работы изменения объема. Всякая элементарная

механическая работа может быть определена как произведение обобщенной силы на превращение обобщенной координаты.

В термодинамике используют понятие удельной теплоемкости они бывают массовой теплоемкостью,

отнесенные к 1 кг вещества., малярной - отнесенной к одному молю вещества и объемной (Сх) _

отнесенной к одному кубическому метру. .

Второй закон термодинамики - этот закон устанавливает существующую в природе направленность макроскопических предметов, и определяет в каких условиях и в какой мере один из энергии может превращаться в другой. По этому закону все процессы происходят в определенном направлении. И без затраты энергии проходить в обратном направлении, этим самым утверждается принцип необратимости процессов. Поэтому можно сказать, что процессы проходят в направлении от более низкого к более высокому. Все процессы, которые происходят произвольно называются самопроизвольными. Процессы превращения внешней механической энергии в тепловую происходят непрерывно.

Прямые и обратные циклы, При превращении тепловой энергии в механическую в теплосетевых установках или в холодсетевых рабочее тело совершает цикл, проходя последовательно стадии расширения и сжатия. На осуществление процесса сжатия работа заключается из вне.

I=/lp/ + /lc/

/lp/>/lc/

Прямой цикл abcd

Ip= пл.аbсс'а'

Ic= пл.аdсс'а'

1= пл.аbсdа>О

Обратный цикл аЬсе

L p= пл. аbсс'а'

lс= пл. аесс'а'

1= пл. аесЬа<О

В составе цикла должно быть 4 процесса: Сжатие, расширение, подвод и отвод теплоты.

22. Транспортные энергетические установки. Принципы действия, эксплуатационные характеристики, области применения

1. Тепловые двигатель – это машина, в которой тепловая энергия, выделяемая при сжигании топлива, преобразуется в механическую.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочей полости двигателя, преобразуется в механическую работу. В ДВС теплогенератор и тепловой двигатель объединены в одном устройстве – цилиндр двигателя. По роду топлива ДВС разделяются на газовые и двигатели жидкого топлива.

На автомобильные ДВС приходится около 25% общего количества потребляемой энергии и около 60% общего количества всех видов загрязнений воздуха. Отработавшие газы автомобилей содержат углекислый газ, воду и другие вещества. Максимальный теоретический КПД бензиновых ДВС составляет около 58%, дизелей – 64%. КПД реальных ДВС вдвое меньше.

Коэффициент полезного действия – это отношение количества тепла, превращенного в работу, к количеству подведенного тепла

Технические особенности двигателей внутреннего сгорания – малый удельный вес, небольшие габариты, высокая экономичность – обусловили особенно широкое их распространение в качестве транспортных, например, в автомобилях, мотоциклах, тракторах, на водном транспорте, в военной технике (танки), в сельском хозяйстве (комбайны), в строительстве (экскаваторы, грузоподъемные машины).

2. Двигатели внешнего сгорания. В этих двигателях топливо сгорает вне цилиндра. Горение происходит непрерывно. Вибрация и шум практически отсутствуют. Вредные выбросы продуктов сгорания незначительны. Недостаток – недолговечность теплонапряженной стенки цилиндра вследствие отсутствия соответствующих конструкционных материалов.

3. Газотурбинные установки. Воздух сжимается в компрессоре, смешивается с топливом, и смесь воспламеняется. Отработавшие газы проходят через турбину. Движение осуществляется за счет разности количества движения воздуха на входе в компрессор и выходе из турбины двигателя. Применяются в многотоннажных грузовых автомобилях, мощных тягачах, многоместных автобусах, спортивных машинах.

4. Холодильные машины – в них некоторое количество теплоты отбирается от холодного источника, а её большее количество отдается горячему приёмнику. Разность этих количеств теплоты представляет собой работу, совершаемую внешними силами над рабочим телом (хладагентом). Работа холодильной машины связана с изменением агрегативного состояния хладагента: плавлением твердого вещества либо испарением жидкости вблизи холодного источника и обратным процессом вблизи горячего приёмника.

5. Термоэлектрические генераторы – состоят из замкнутой электрической цепи из двух разных металлов или полупроводников. При нагреве одного из них возникает электродвижущая сила и появляется электрический ток. КПД такой установки 10-12%.

6. Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы). Их действие основано на явлении электромагнитной индукции при движении ионизированного рабочего тела (газ, плазма) в магнитном поле. КПД преобразования энергии составляет несколько процентов.

7. Электрохимические генераторы – устройства, преобразующие химическую энергию непосредственно в электрическую. Первые электрохимические генераторы назывались гальваническими элементами.

8. Топливные элементы – в них электрический ток генерируется за счет регулируемого «электрохимического сжигания» топлива. Реакция происходит в системе топливо – электролит – окислитель. Топливный элемент – это электрохимический элемент, отличающийся тем, что активные вещества подаются извне, а материал электродов в электрохимических превращениях не расходуется. Достоинство - высокий КПД – около 60 %, отсутствие подвижных частей, бесшумность, отсутствие выделения теплоты с отработанными продуктами, способность работать при комнатных температурах.

Недостатки: ограниченный срок службы, относительно высокая стоимость газообразного топлива и получаемой электроэнергии.