9. Круговые циклы. Термодин. И холодильный коэф.

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. Рассмотрим цикл в координатах р-v. Допустим, что на участке 1-а-2 цикла к рабочему те­лу подводится теплота q1, а на участке 2-б-1 от него отводится теплота q2. На участке 1-а-2 данного цикла рабочее тело расширяется и производит при этом поло­жительную работу расширения 1-а-2-3-4-1. На другом участке рабочее тело сжимается по линии 2-б-1с затратой работы сжатия, выраженной площадью 2- б-1-4-3-2. После завершения цикла (в точке 1) ра­бочее тело приходит в первоначальное состояние, поэто­му параметры его, в том числе и внутренняя энергия, остаются неизменными.

q₁-q₂=q_ц=l_ц где q_ц — использованная в цикле теплота, lц — произведенная за цикл полезная работа. Работа l_Ц, произведенная за цикл, равна разности подведенного количества теплоты q₁ к ра­бочему телу в круговом процессе и отведенного от него в этом процессе количества теплоты q₂

Термический коэф. полезного действия (КПД) - отношение теплоты, превращен­ной в полезную работу, к теплоте подведенной.

Термический КПД показывает, насколько рациональ­но используется подведенная теплота в тепловом двига­теле. Мы рассмотрели цикл, который совершается в направ­лении вращения часовой стрелки. Подобные циклы назы­ваются прямыми. По прямым циклам работают все теп­ловые двигатели, как паровые, так и газовые. Если процесс будет идти в обратном направлении, т. е. против часовой стрелки, то линия сжатия будет вы­ше линии расширения. В этом случае работа, ограничен­ная контуром цикла, затрачивается на его осуществле­ние. Такие циклы называются обратными. В обратном цикле положительная работа 1—а—2—3—4—1 меньше отрицательной 2—б—1—4—3—2, поэтому полезная рабо­та не производится, а наоборот, затрачивается работа (-l_Ц) от постороннего источника энергии. Обратные циклы осуществляются в холодильных установках и тепловых насосах. Экономичность холо­дильных установок определяется холодильным коэф. :

11.Цикл Карно. Теорема Карно.

Чем больше теплоты в прямом цикле превращено в по­лезную работу и чем меньше ее передано теплоприемнику, тем цикл более экономичен и тем выше его термический КПД.

Максималь­ное значение термического КПД. Рассмотрим этот цикл в координатах р-v. Рабочее тело получает q₁ от ВИТ при Т₁. В результате происходит процесс расширения 1-2.Работа изотер­мического расширения определяется площадью 1-2-6-8-1. В точке 2 следует разобщение рабочего тела с теплоисточником и происходит дальнейшее рас­ширение без теплообмена по адиабате 2-3.. Работа адиабатного расшире­ния определяется площадью 2-3-5-6-2. В точке 3 рабочее тело сообщается с теплоприёмником с T₂, и начинается про­цесс сжатия, в течение которого должно быть отведено q₂ единиц теплоты. Этот процесс изотермического сжатия и работа его определяется площадью 4-3-5-7-4.Когда отвод теплоты q₂ прекратится, рабочее тело разобщается с теплоприемником (точка 4); дальнейшее сжатие происходит по адиабате 4—1. В конце этого про­цесса рабочее тело принимает первоначальные парамет­ры. Работа адиабатного сжатия определяется площадью 4—7—8—1—4.Таким образом, цикл Карно состоит из изотерм 1—2 и 3—4 и адиабат 2—3 и 4—I, причем верхняя изотерма изображает процесс, протекающий при температуре Т₁ а нижняя — при температуре T₂. В результате рассмот­ренных процессов полезная работа цикла определяется площадью 1—2—3—4—1, являющейся положительной разностью площадей 1—2—3—5—8—1и 1—4—3—5— 8—1.

КПД: n=1-(T2/T1) Цикл Карно может быть не только прямым, но и об­ратным. Обратный цикл Карно является наиболее эф­фективным для холодильных установок. Холодильный коэффициент при этом цикле определяется тоже лишь температурами источников теплоты: холод. Коэф. e=T2/(T1-T2)