10. Круговые циклы. Термодинамический и холодильный коэффициенты.

Для работы любого теплового двигателя необходимо, чтобы рабочее тело, с помощью которого тепловая энергия превращается в работу, совершило замкнутый процесс и возвратилось в свое первоначальное состояние. Этот замкнутый процесс называется круговым процессом, или циклом.

1а2б1 – замкнутый цикл (круговой процесс); 1а2 – прямой процесс.

На основании первого закона термодинамики для цикла в целом можно записать: q₁ – q₂ = q_п = l_п

q_п – использованная в цикле теплота; l_п – произведенная за цикл полезная работа.

Важнейшей тепловой характеристикой цикла является термический коэффициент полезного действия (КПД), представляющий собой отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте подведенной.

ᵑ_t = l_п/ q₁ = (q₁ – q₂)/ q₁ = 1 - q₂/ q₁

Термический КПД всегда меньше единицы, т.к. q₂>1.Для увеличения КПД надо стремиться уменьшить q₂ и увеличить q₁. По прямым циклам работают все тепловые двигатели, как паровые, так и газовые.

Если процесс будет идти в обратном направлении, то это обратный цикл. Теплота переходит от холодного тела к горячему, но это обязательно должно сопровождаться затратой работы, которая также превращается в теплоту. Поэтому

q₁ = q₂ + l_п

Обратные циклы осуществляются в холодильных установках и тепловых насосах. Экономичность холодильных установок определяется холодильным коэффициентом:

Ɛ = q₂ /l_п = q₂ / (q₁ – q₂) >1,

Т.е. отношением полезной теплоты q₂, отнятой от холодного источника, к теплоте, эквивалентной затраченной работе l_п.

1.Идеальный газ, определение и его св-ва

Идеальный газ – газ, молекулы которого представляют собой материальные точки с ничтожно малыми объёмами и не обладают силами взаимодействия

Понятие об идеальном газе введено для упрощения изучения термодинамических процессов и получения бо­лее простых расчетных формул.

Водяной пар рассматривают как реальный газ, к ко­торому нельзя применять законы, установленные для идеальных газов. Все реальные газы являются парами тех или иных жидкостей; при этом чем ближе газ к пере­ходу в жидкое состояние, тем больше его свойства откло­няются от свойств идеального газа.

Свойства идеального газа определяются исходя из физической модели идеального газа, в которой приняты следующие допущения:

• объём частицы газа равен нулю (то есть, диаметр молекулы dпренебрежимо мал по сравнению со средним расстоянием между ними)

• импульс передается только при соударениях (то есть, силы притяжения между молекулами не учитываются)

• суммарная энергия частиц газа постоянна (то есть, нет передачи энергии за счет передачи тепла или излучения)

31.Системы водяного отопления с естественной и искусственной циркуляцией. Основные схемы. Их характеристика. Циркуляционной давление в системах

СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Процесс отопления происходит по следующей схеме. Вода, нагретая в отопительном котле, как более легкая, поднимается по стояку вверх, поступает в разводящие магистральные трубопроводы, а из них через падающие стояки - в нагревательные приборы (радиаторы). Отдавая тепло, вода в радиаторе остывает, становиться более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается в низ, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх - в главный подающий стояк. Пока нагревательный котел работает, этот процесс непрерывно повторяется и в результате в системе происходит циркуляция воды. Таким образом, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости.

С ВЕРХНЕЙ РАЗВОДКОЙ

1 - отопительный пиролизный котел;

2 - главный стояк;

3 - расширительный бак;

4 - переливная труба;

5 - разводящий трубопровод;

6 - стояки горячей воды;

7 - радиаторы;

8 - вентиль ручной;

9 - обратные стояки;

10 - обратная линия.

С НИЖНЕЙ РАЗВОДКОЙ

1 - отопительный пиролизный котел;

2 - разводящий трубопровод;

3 - стояки горячей воды;

4 - расширительный бак;

5 - переливная труба;

6 - труба отвода воздуха;

7 - радиаторы;

8 - вентиль ручной;

9 - обратные стояки;

10 - обратная линия

Достоинства:

простота монтажа и ввода в эксплуатацию;

экономичность и простота эксплуатации;

отсутствие циркуляционного насоса, а соответственно, шума и вибрации;

сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации - более 40 лет без капитального ремонта);

способность системы к саморегулированию: при изменении температуры и плотности воды изменяется и расход вследствие возрастания или уменьшения естественного циркуляционного давления. Одновременное изменение температуры и расход воды обеспечивает теплопередачу приборов, необходимую для поддерживания заданной температуры помещений, т.е. придает системе тепловую устойчивость.

Недостатки:

замедленное включение системы в действие;

сокращение радиуса действия системы по горизонтали до 30 м из-за небольшого циркуляционного давления;

повышение затрат в связи с применением труб большего диаметра;

повышение опасности замерзания воды в трубах, проложенных в неотопительных помещениях.

СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ С ИСКУССТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

в системе с искусственной циркуляцией перемещение воды по трубам создается центробежными насосами. Насосы, действующие в замкнутой кольцевой системе отопления, заполненной водой, не поднимают, а только перемещают, создавая циркуляцию, и поэтому называются циркуляционными.

Циркуляционный насос монтируют, как правило, в трубопровод обратной линии. Охлажденная вода подается в котел насосом. Такая установка исключает взаимодействие насоса с горячей водой и увеличивает срок его службы. И еще одна важная деталь этой системы. Расширительный бак подсоединен не к главному стояку, подающему горячую воду, как в системе с естественной циркуляцией, а к обратной трубе магистрали

Циркуляционное давление зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности температур горячей и охлажденной воды. Кроме того, циркуляционное давление зависти еще от высоты расположения нагревательных приборов (радиаторов) над котлом. Чем выше, расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление. Поэтому в системах водяного отопления нагревательные приборы, расположенные на верхнем этаже, прогреваются лучше, чем приборы на нижнем этаже. Ясно, что в двухтрубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с отопит. Естественное циркуляционное давление равно произведению ускорения свободного падения на вертикальное расстояние от центра нагрева в источнике теплоты до центра охлаждения в отопительном приборе и разности плотностей в обратном и подающем трубопроводе

В системах с нижней разводкой охлаждение воды не учитывают, так как охлаждение воды в подъемных стояках, вызывающее уменьшение действующего давления, примерно равно охлаждению воды в опускных трубах, приводящему к увеличению действующего давления. Очевидно, что естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в трубах вертикального циркуляционного кольца системы, состоящего из N участков, складывается из произведений высот ht расположения центров охлаждения над некоторой плоскостью на разность плотности воды после и до каждого центра, считая по направлениям движения воды.

В двухтрубных системах отопления как с нижним, так и с верхним расположением подающей магистрали многоэтажных зданий число циркуляционных колец равно числу отопительных приборов, так как к отопительным приборам каждого этажа, присоединенных по параллельной схеме, подведен теплоноситель с одинаковой температурой tГ, что приводит к образованию собственных циркуляционных колец на каждом этаже. Естественное циркуляционное давление, возникающее в этих кольцах, будет различно и зависит только от высоты расположения отопительных приборов.