2.7. Идеальный цикл трд
2.7.1. Сущность второго закона термодинамики
В ТРД как и в любой другой тепловой машине (ТМ) основным энергетическим преобразованием является превращение теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в механическую работу – реактивную тягу. Посредником в данном превращении является рабочее тело – газ (воздух плюс газообразные продукты сгорания топлива) к которому это тепло подводится.
В соответствие со вторым законом термодинамики применительно к тепловым машинам (ТМ) не все тепло, подведенное к газу, превращается в полезную работу, часть тепла обязательно необходимо отвести в «холодильник» – среду с более низкой температурой.
Второй закон термодинамики дополняет первый закон термодинамики, указывая условия преобразования теплоты в работу.
Действительно, превращение работы в теплоту не связано с какими-либо трудностями, так как вся работа полностью переходит в теплоту. Превращение же теплоты в работу возможно только при отводе части теплоты в среду с более низкой температурой (tx < tг). Эта теплота полезно не используется и является неизбежной потерей в соответствии со вторым законом термодинамики.
В реальных ТМ отвод тепла осуществляется в атмосферу и, чем выше температура газа на выходе из ТМ по сравнению с температурой окружающей среды, тем эти потери тепла больше.
Иная формулировка второго закона термодинамики: невозможно построить вечный двигатель второго рода. Это означает, что для преобразования тепла в работу необходимы специально созданные условия – наличие хотя бы двух тел с разной температурой, между которыми посредник (газ) мог бы осуществлять цикл и производить работу.
Второй закон термодинамики сформулирован на основе обобщения таких явлений природы, как:
– стремление всех естественных процессов протекать в определенном направлении (газ всегда перетекает из области с более высоким давлением в область с пониженным давлением, тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому телу);
– все самопроизвольные процессы продолжаются до тех пор, пока не наступает энергетическое равновесие между телами, участвующими в процессе.
Для осуществления искусственного, циклически повторяющегося процесса необходимо затратить внешнюю энергию. Для работы ТРД необходимо подводить к газу теплоту в КС, иначе работа расширения газа, полученная в ГТ, будет полностью расходоваться на сжатие воздуха в компрессоре, а полезная (внешняя) работа будет равняться нулю.
2.7.2. Условия и диаграммы идеального цикла
Последовательность процессов, в результате которых рабочее тело приходит в исходное состояние, называется циклом (рис. 2.7, 2.8).
Обычно диаграммы
циклов изображают в системах координат
давление – удельный объем (объем,
занимаемый одним килограммом газа при
данной температуре) р –
или температура – энтропия Т – S.
Техническая энтропия возрастает
(убывает) если в термодинамическом
процессе имеет место подвод (отвод)
тепла к газу.
|
|
|
Рис. 2.7. Диаграмма цикла ТРД: н-вх – адиабатное сжатие в ВЗ; вх-к – адиабатное сжатие в ОК; к-г – изобарный подвод тепла в КС; г-т – адиабатное расширение в ГТ; т-с – адиабатное расширение в РС; с-н – отвод тепла в «холодильник» (выброс газа в атмосферу)
|
Рис. 2.8. Диаграмма цикла ТРД: н-вх – изоэнтропное сжатие в ВЗ; вх-к – изоэнтропное сжатие в ОК; к-г – изобарный подвод тепла в КС; г-т – изоэнтропное расширение в ГТ; т-с – изоэнтропное расширение в РС; с-н – отвод тепла в «холодильник» (выброс газа в атмосферу)
|
|
Условия идеального цикла:
- процесс обратим;
- нет потерь тепла, кроме отдачи тепла в «холодильник»;
- отсутствуют трение, гидравлические и механические потери;
- рабочее тело неизменно по составу (химическим и физическим свойствам);
- состояние рабочего тела рассматривается в характерных сечениях: н-н; вх-вх; к-к; г-г; т-т; с-с за узлами ТРД, в которых происходят энергетические преобразования.