1.9. Другий закон термодинаміки

Програма.

Суттєвість другого закону термодинаміки, його формулювання. Прямі і зворотні термодинамічні цикли. Прямий і зворотний оборотні цикли Карно. Термічний ККД і холодильний коефіцієнт циклу Карно. Теорема Карно.

Методичні вказівки. Другий закон термодинаміки вказує напрям протікання мимовільних теплових процесів у природі та визначає умови перетворення теплоти в роботу, тобто встановлює максимально можливу межу перетворення теплоти в роботу в теплових машинах. Прямий цикл Карно є «еталоном» при оцінюванні досконалості будь-яких циклів теплових двигунів. В цьому циклі робота розширювання буде більшою за роботу стискання, тобто отримується позитивна робота. У зворотньому циклі Карно навпаки робота стискання більше за роботу розширення: для передачі теплоти від джерела з низькою температурою до джерела з високою температурою витрачається робота. При вивченні цієї теми студент повинен твердо засвоїти наступне. Через те, що ККД циклу Карно завжди менший за одиницю, не залежить від виду робочого тіла і має найбільше значення у порівнянні з ККД будь-яких інших циклів, обмежених тим же інтервалом температур, то:

• ніякими новими конструкціями теплових двигунів або застосуванням нових робочих тіл не можна в циклі всю підведену теплоту перетворити в корисну роботу;

• для збільшення ККД потрібно прагнути до таких процесів, що утворюють цикл, щоб середня температура підведення теплоти була якомога більша, а середня температура відведення теплоти - якомога менша.

Характеристиками циклів є:

термічний ККД - для прямого циклу; холодильний коефіцієнт- для зворотнього циклу.

Література: Л. 1, з. 39-45; Л. 2, з. 85-96.

1.10. Цикли і робочий процес теплових машин

Програма.

Поршневі двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ). Робочий процес поршневого ДВЗ. Теоретичні цикли ДВЗ з ізохорним, ізобарним і зі змішаним підведенням теплоти. Термічний ККД циклів. Зображення циклів в p - v і T - s діаграмах. Аналіз циклів. Способи підвищення ККД.

Газотурбинні устатковини (ГТУ). Принципова схема, робочий процес і теоретичний цикл ГТУ з ізобарним підведенням теплоти, його зображення в p - v і T - s діаграмах. Термічний ККД циклу. Способи підвищення ККД газотурбинних устатковин.

Паросилові устатковини (ПСУ). Принципова схема, робочий процес і теоретичний цикл ПСУ (цикл Ренкіна), його зображення в p - v, T - s і i - s діаграмах. Термічний ККД циклу. Аналіз циклу. Шляхи підвищення ефективності ПСУ.

Холодильні машини. Принципова схема, робочий процес і теоретичний цикл повітряної і парової компресорних холодильних машин, його зображення в p - v і T - s діаграмах. Холодопродуктивність і холодильний коефіцієнт циклу. Способи підвищення ефективності компресорних холодильних машин.

Поняття про абсорбційну і пароежекторну холодильні машини. Принципова схема і робочий процес. Переваги і недоліки тепловикористовуючих холодильних машин.

Тепловий насос, його призначення. Цикл теплового насосу. Коефіцієнт перетворення теплоти.

Методичні вказівки. Перш ніж приступати до вивчення цієї теми, студент повинен ясно собі уявляти, що:

• теплові машини можуть працювати по прямим циклам - такі машини називаються двигунами (ДВЗ, ГТУ, ПСУ) і по зворотним циклам - холодильні машини і теплові насоси;

• в теплових машинах робочим тілом може бути або газ (продукти згоряння палива в ДВЗ, ГТУ, повітря в компресорній холодильній машині), або пара (водяна пара в ПСУ, в пароежекторній холодильній машині, хладони в парових компресорних холодильних машинах).

Відповідно перші називаються газовими, другі - паровими тепловими машинами.

В теплових машинах процеси стискання і розширення через велику швидкість можна приймати адіабатними. Процеси підведення і відведення теплоти в теплових машинах можуть бути різні, але ізотермічний процес - енергетично більш вигідний.

Успішне засвоєння цієї теми неможливо без знань термодинамічних процесів ідеальних і реальних газів.

Література: Л. 1, с. 75-89, з. 103-118, с. 120-122, с. 151-155;

Л. 2, с. 98-106, с. 108-117, с. 125-130, с. 132-133.

Змістовий модуль 2. ТЕОРІЯ ТЕПЛООБМІНУ