6.3. Коефіцієнти ефективности термодинамічних циклів

6.3.1.Прямий цикл

• Схема прямого довільного циклу приведена на рис. 6.1.

Т = Т₁

Q₁

Q₀ → L₀

Q₂

Т = Т₂

Рис. 6.1. Схема прямого довільного циклу

За цією схемою тепло Q₁ від верхнього (гарячого) джерела тепла (ВДТ) з Т₁>Т₂ передається робочому тілу (Р.Т.) завдяки якому частина тепла Q₁ (тепло циклу Q₀) перетворюється в роботу L₀ циклу. Процес Q₀ → L₀ не є самочинним. Він буде здійсненний, якщо разом з тим буде протікати компенсаційний процес – самочинне перенесення частини тепла від гарячого до холодного джерела тепла:

Q ₀ → L₀ несамочинний процес

Q (Т₂) Q(Т₁) самочинний процес.

Прямий цикл характеризується тим, що робота розширення L_рз більша роботи стиску L_ст:

L_рз > L_ст,

а робота циклу

L₀= L_рз – L_ст. (6.45)

Тепло циклу

Q₀= Q₁ – Q₂. (6.46)

• Схема енергетичного балансу прямого циклу:

a) оборотній цикл

(6.47)

б

) необоротній цикл

, (6.48)

де – максимальна робота в оборотньому і необоротньому циклах відповідно;

, – витрати тепла і звершена робота на подолання необоротніх процесів.

• Прямий довільний цикл в p-V (а) i T-s (б) координатах показані на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема прямого довільного циклу в p-V (а) i T-s (б) координатах

На рис. 6.2(а) площа F_31b243 чисельно дорівнює кількости роботи розширення L_рз, площа F_42d134 дорівнює кількости роботи стиску L_ст, а площа F_1b2d1 – кількости роботи циклу L₀. На рис. 6.2(б) площа F_31b243 чисельно дорівнює кількости тепла Q₁, що підводиться до Р.Т. від ВДТ в процесі розширення 1b2, площа F_42d134 – Q₂, що відводиться від Р.Т. до НДТ в процесі стиску, а площа F_1b2d1 – теплу циклу Q₀.

• Оцінку ефективности прямого циклу здійснюють за термічним коефіцієнтом корисної дії (ККД):

(6.49)

Так як Q₂≠0 (повинна бути компенсація!), то η_t<1 (термічний коефіцієнт корисної дії прямого циклу завжди менший одиниці – це теж означення другого начала термодинаміки).

• Термічний коефіцієнт корисної дії прямого оборотнього циклу більший необоротного циклу:

> (6.50)