Кпд тепловой машины Карно

Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно

.

Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдало холодильнику

.

Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

.

Из последнего выражения видно, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости), а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.

Можно показать, что КПД любой тепловой машины, работающей по циклу, отличному от цикла Карно, будет меньше КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника.

Связь между обратимостью цикла и кпд

Для того, чтобы цикл был обратимым, из него должна быть исключена передача тепла при наличии разности температур (так как такие процессы необратимы в силу постулата Томсона). Значит, передача тепла должна осуществляться в изотермическом процессе. Для того, чтобы менять температуру рабочего тела от температуры нагревателя до температуры холодильника и обратно, необходимо использовать адиабатические процессы (они идут без теплообмена и, значит, тоже не влияют на энтропию). Мы приходим к выводу, что любой обратимый цикл должен быть составлен из циклов Карно.

7.Цикл Брайтона

Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела. Цикл назван в честь американского инженера Джорджа Брайтона, который изобрёл поршневой двигатель внутреннего сгорания, работавший по этому циклу. Иногда этот цикл называют также циклом Джоуля — в честь английского физика Джеймса Джоуля, установившего механический эквивалент тепла.

P — V диаграмма цикла Брайтона

I — S (T — S) диаграмма цикла Брайтона Идеального (1—2—3—4—1) Реального (1—2_p—3—4_p—1)

Идеальный цикл Брайтона состоит из процессов

• 1—2 Изоэнтропическое сжатие.

• 2—3 Изобарический подвод теплоты.

• 3—4 Изоэнтропическое расширение.

• 4—1 Изобарический отвод теплоты.

С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических, строится реальный цикл Брайтона (1—2_p—3—4_p—1 на T-S диаграмме)

Термический КПД идеального цикла Брайтона выражается формулой:

где — степень повышения давления в процессе изоэнтропийного сжатия (1—2);

— показатель адиабаты (для воздуха равный 1,4)

Обратный цикл Брайтона

Если обойти цикл Брайтона в обратном направлении — (1—4—3—2—1) получится цикл холодильной машины, называемый также циклом Белла Колемана. Поскольку согласно второму началу термодинамики непосредственная теплопередача от тела с более низкой температурой к телу с более высокой невозможна, холодильный цикл Брайтона осуществим только при условии, что температура холодильника не ниже , а температура нагревателя не выше . Холодильные установки с замкнутым контуром газообразного однофазного рабочего тела, работающие по обратному циклу Брайтона, применяются на практике.

8. Конвективный теплообмен при движении среды в каналах Конвективный теплообмен — это сложный процесс переноса теплоты в неравномерно нагретой жидкости, газообразной или сыпучей среде, обусловленный как конвективным движением среды, так и ее теплопроводностью. Под конвективным движением (конвекцией) понимают перемещение микроскопических частей среды (газа, жидкости), которое приводит к переносу теплоты, массы и других физических величин. Поскольку при этом происходит непосредственный контакт между частицами текущей среды, то конвективный перенос теплоты обязательно сопровождается теплопроводностью. Следовательно, конвективный теплообмен возможен только в текучих средах и осуществляется одновременным действием двух процессов — теплопроводности и конвекции. Однако механизм переноса тепловой энергии в этих двух элементарных процессах различен. Конвекция обязательно связана с перемещением среды, тогда как теплопроводность возможна и в твердых телах при относительной неподвижности их макрочастиц. В технической теплофизике в основном интересуются конвективным теплообменом между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Такой процесс называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей. Интенсивность конвективной теплоотдачи зависит от большого числа факторов:

1) физических свойств среды (X, Ср, р, а, ц);

2) природы возникновения движения среды;

3) режима движения;

4) формы и размеров поверхности теплообмена.