11. Цикл Карно. Теорема Карно

Карно поставил вопрос: из каких процессов должен состоять цикл тепловой машины, которая бы обеспечивала максимальную эффективность.  Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Допустим, что pабочее тело в исходном состоянии 1 пpиведено в контакт с нагpевателем с темпеpатуpой Т1 и совеpшает изотеpмическое pасшиpение до состояния 2. На этом участке (1  2) pабочее тело забиpает от нагревателя теплоту Q1 и совершает pаботу над внешними телами. Далее pабочее тело теплоизолиpуется и адиабатно pасшиpяется до состояния 3. В этом пpоцессе (2 3) оно совеpшает pаботу за счет внутpенней энеpгии, и потому его темпеpатуpа понижается до Т2 (темпеpатуpа холодильника). Затем пpи темпеpатуpе Т2 pабочее тело сжимается изотеpмически. При этом оно отдает теплоту холодильнику (3  4) и над ним (внешними телами) совеpшается pабота. Тело пpиходит в состояние 4. Наконец, pабочее тело путем адиабатного сжатия возвращается в исходное состояние (1).

Теоpема Каpно касается поведения машин Каpно. Машина Каpно, в свою очеpедь, есть машина, pаботающая по циклу Каpно. 

Рабочую часть двигателя Карно можно представить себе в виде поршня в заполненном газом цилиндре. Поскольку двигатель Карно  и машина чисто теоретическая, то есть идеальная, силы трения между поршнем и цилиндром и тепловые потери считаются равными нулю. Поршень может свободно перемещаться между двумя тепловыми резервуарами  и с высокой температурой и с низкой температурой.

Двигатель Карно имеет много общего с реальными двигателями: он работает по замкнутому циклу (который называется, соответственно, циклом Карно); он получает энергию извне благодаря высокотемпературному процессу (например, при сжигании топлива); часть энергии рассеивается в окружающую среду. При этом производится определенная работа (в случае двигателя Карно  и за счет поступательного движения поршня). КПД, или эффективность двигателя Карно определяется как отношение работы, которую он производит, к энергии (в форме тепла), отнятой у горячего резервуара.

КАРНО ТЕОРЕМА - утверждает, что кпд h тепловой машины, в к-рой используется Карно цикл, зависит только от темп-р t₁и t₂ нагревателя и холодильника, но не зависит от природы рабочего вещества.

Если t₁ и t₂ - эмпирич. темп-ры нагревателя и холодильника, то, согласно К. т.,

h=(Q₁-Q₂)/Q₁=f(t₁, t₂)

где Q₁ - кол-во теплоты, отдаваемое нагревателем, Q₂ - кол-во теплоты, передаваемое холодильнику, f(t₁, t₂) - универсальная ф-ция выбранных эмпирия, темп-р. Теорема о том, что кпд любого теплового двигателя не может превышать кпд цикла Карно, осуществляемого при той же темп-ре нагревателя и холодильника. В том случае, когда в цикле Карно используют идеальный газ, Q₁/Q₂=T₁/T₂,поэтому удобно определить абсолютную шкалу температур так, чтобы f(T_1, Т₂)=(T₁-T₂)/T₁ (шкала Кельвина). Тогда кпд цикла Карно равен h=(T₁-T₂)/T₁.

41.Ос-ти расчёта пов-ти нагр. Приборов для 1 – трубной сист. Отопления.

Площадь нагрева приборов рассчитывают в квадратных метрах (м2).

Расчетная площадь Fпр, м2, отопительного прибора определяется по выражению: FПР =

где QПР - тепловая нагрузка отопительного прибора,

QПР = QП - 0,9·QТР

где QП - тепловые потери отапливаемого помещения,

QТР - суммарная теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения теплопроводов (труб, стояка, ветви и подводок), определяемая по формуле:

QТР = КТР·Π·dН·ℓ·(tг-tв)

где KТР, dН, ℓ- соответственно коэффициент теплопередачи, наружный диаметр, м, длина теплопроводов, м;

tг, tв - температура воды в теплопроводах и воздуха в помещении.

Теплоотдача теплопроводов может быть определена приближенно по формуле:

где - теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб

- длина вертикальных и горизонтальных теплопроводов в пределах помещения, м

1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины принимается в пределах (от 1,03 до 1,08)

2 - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты приборами у наружных ограждений

qПР - расчетная плотность теплового потока отопительного прибора в конкретных условиях работы его в системе водяного отопления, Вт/м2, определяется по формуле:

qПР = qНОМ· · ·CПР, (32) ;

где qНОМ - номинальная плотность теплового потока отопительного прибора, получаемая при тепловых испытаниях прибора для стандартных условий работы прибора в системе отопления (при стандартном температурном напоре ∆t = t - tв= 0,5(tвх+tвых)–tВ= 0,5·(105+70)-18=70®C, расходе воды в приборе G =0,01 кг/с; атмосферном давлении P=1013,3ГПа

GПР - действительный расход воды в отопительном приборе, кг/c

n, p, cПР - экспериментальные коэффициенты

t - действительный температурный напор прибора, равный разности средней температуры воды в приборе и температуры воздуха помещения, оC.

t =t -tВ

t - средняя температура воды в отопительном приборе определяется:

В отличие от двухтрубных систем отопления в однотрубных вертикальных водяных системах температура горячей воды, проходящей последовательно приборы различных этажей, понижается. Поэтому для определения поверхности нагрева отопительных приборов для однотрубных систем отопления необходимо всякий раз предварительно определять температуру воды, поступающей в приборы соответствующего этажа, а также перепады температуры воды в приборах , и переменную среднюю температуру воды в приборе. Температура воды, поступающей в нагревательный прибор, определяется по формуле:

tВХ = tГ-

где - суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов стояка , расположенных выше рассматриваемого прибора при подаче воды по схеме "сверху-вниз”, а по схеме “снизу-вверх” - ниже рассматриваемого прибора, считая по направлению движения воды, Вт;

QСТ - тепловая нагрузка стояка, Вт;

∆tСТ = tГ – tО - температурный перепад воды в стояке, оC.

Перепад температуры в отопительном приборе определяют по формуле:

∆t = ,

где - тепловая нагрузка прибора, Вт

- коэффициент затекания воды в прибор

GСТ – расход воды, кг/ч, проходящей по стояку

Средняя температура воды в отопительном приборе:

t

Расчетное число секций чугунных радиаторов определяют по формуле:

, шт.

где f - площадь поверхности нагрева одной секции, м2,

4 - коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, при открытой установке 4= 1,0;

3 - коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, определяемый в пределах 0,96 1,0 для чугунных радиаторов.