10. Обратный цикл Карно. Основные характеристики цикла Карно.

Е сли температура источников в процессе теплообмена не меняется, то единственно возможным циклом, в котором будут соблюдаться условия обратимости, будет цикл Карно.

Процессы сжатия 1–2 и расширения 3–4 идут изоэнтропно, то есть обратимо.

Изотермические процессы теплообмена происходят при температуре рабочего вещества, бесконечно близкой к постоянной температуре источников (источнику низкой температуры и температуры окружающей среды).

Термодинамическая эффективность холодильного цикла характеризуется холодильным коэффициентом

,

где – теплота, подведенная к рабочему веществу от источника низкой температуры;

– работа, затраченная для осуществления обратимого цикла.

Для цикла Карно

.

11. Необратимые процессы и циклы. Источники необратимости.

Внутренняя и внешняя необратимость.

Понятие об обратимости процессов имеет важное значение в теории холодильных машин.

Процесс называют обратимым, если после его завершения тела, принимавшие в нем участие, могут быть возвращены в первоначальное состояние, и при этом какие-то дополнительные изменения нигде не возникнут.

Процессы, которые не удовлетворяют этим условиям, называются необратимыми.

Источниками необратимости в холодильных машинах являются:

1. Внутреннее трение частиц рабочего вещества.

2. Трение в элементах машины.

3. Дросселирование, диффузия.

4. Передача теплоты при конечной разности температур.

5. Неравновесные фазовые превращения.

6. Смешение различных компонентов и др.

Важным вопросом является разделение необратимости на внутреннюю и внешнюю.

С достаточной для инженерной практики точностью можно считать, что процесс, в котором соблюдаются условия равновесия внутри тела, отсутствуют внутреннее трение и диффузия, не происходит смешение и химические реакции, является внутренне обратимым.

Внешне обратимым процессом называется процесс, выполняются условия равновесия между рабочим веществом и внешними телами, находящимися с ним во взаимодействии.

Очевидно, что возможны различные сочетания процессов, и их можно классифицировать:

1. процессы вполне обратимы как внутренне, так и внешне.

2. процессы внешне обратимые, но необратимые внутренне.

3. процессы внешне необратимые, но обратимые внутренне.

4. процессы необратимы как внутренне, так и внешне.

Все без исключения процессы, происходящие в элементах холодильной машины, осуществляющие обратный круговой процесс, относятся к 4-ой группе.

12. Цикл в области влажного пара.

Из испарителя  пар рабочего вещества всасывается компрессором , где изоэнтропно сжимается до давления конденсации Pк (процесс 1-2). Положение точки 1 должно быть таким, чтобы в конце процесса сжатия в компрессоре получался сухой насыщенный пар.

После сжатия рабочее вещество направляется в конденсатор , где оно конденсируется за счет отвода теплоты в окружающую среду (процесс 2-3). При этом давление и температура конденсации остаются постоянными.

В процессе 3-4 происходит изоэнтропное расширение рабочего вещества от давления конденсации до давления кипения Pо в детандере .

После детандера рабочее вещество в состоянии влажного пара поступает в испаритель, где кипит (процесс 4-1) за счет подвода теплоты от источника низкой температуры. Температура То и давление Pо рабочего вещества в процессе кипения остаются постоянными, так как образовавшийся пар постоянно отсасывается компрессором.

Если внешние источники (ИНТ и окружающая среда) не меняют свою температуру и теплообмен рабочего вещества и внешних источников происходит при бесконечно малой разности температур, то в этом случае рабочее вещество в холодильной машине будет совершать обратный цикл Карно.

Теплота, подведенная к 1 кг рабочего вещества в испарителе, в диаграмме T-S соответствует площади n-1-4-m, которая эквивалентна разности энтальпий i –i .

Эта величина называется удельной холодопроизводительностью q . В диаграмме i-p q соответствует отрезку 1-4.

При сжатии пара в компрессоре затрачивается работа l . Эта работа в диаграмме T-S соответствует площади 1-2-3-0-1; в диаграмме i-p-отрезку под процессом 1-2. В процессе конденсации 2-3 теплота передается окружающей среде. Эта теплота в диаграмме i-p соответствует отрезку 2-3, а в диаграмме T-S-площади n-2-3-m.

В процессе 3-4 происходит расширение рабочего вещества с совершением внешней работы l . Эта работа в диаграмме T-S-площадь 4-3-0-4, в диаграмме i-p-отрезок под процессом 3-4.

Таким образом, основные величины, характеризующие цикл 1-2-3-4, можно вычислить следующим образом:

q₀ = i₁ – i₄ ; l_k = i₂ – i₁ ; q = i₂ – i₃ ; l_д = i₃ – i₄

Работа цикла равна разности работ затраченной в компрессоре и полученной в детандере:

l_ц = l_k – l_д = (i₂ – i₁) – (i₃ – i₄) или

l_ц = q – q₀ = (i₂ – i₃) – (i₁ – i₄) = (i₂ – i₁) – (i₃ – i₄)

Итак, чтобы совершить обратный цикл и перенести теплоту от источника низкой температуры к окружающей среде, необходимо затратить работу l_ц.

Холодильный коэффициент цикла 1-2-3-4 равен

ε = =