Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Обратным циклом называют круговой процесс, в котором работа, совершаемая системой, отрицательна: А = .tp dF < 0. В диаграмме F — р обратный цикл
11.4.2. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (ЦИКЛЫ). ЦИКЛ КАРНО 191
изображают в виде замкнутой кривой, проходимой рабочим телом против часовой стрелки.
В тепловом двигателе рабочее тело совершает прямой цикл, а в холодильной установке — обратный цикл.
4°. Термическим (термодинамическим) коэффициентом полезного действия (КПД) г)( называют отношение работы А, совершенной рабочим телом в рассматриваемом прямом круговом процессе, к сумме Q1 всех количеств теплоты, сообщенных при этом рабочему телу нагревателями:
п = А =
Q1 Q1 ’
где Q2 — сумма количеств теплоты, отданных рабочим телом холодильникам.
Термический КПД характеризует степень совершенства преобразования внутренней энергии в механическую, происходящего в тепловом двигателе, который работает по рассматриваемому циклу.
5°. Циклом Карно называют прямой круговой процесс (рис. II.4.1), состоящий ИЗ двух изотермических процессов 1—1' и 2—2' и двух адиабатических процессов 1'—2 и 2’—I. В процессе 1 — 1' рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты Q1, а в процессе 2—2' рабочее тело отдает холодильнику количество теплоты Q2.
Теорема Карно: термический КПД обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и является функцией только термодинамических температур нагревателя (T1) и холодильника (T2):
tIk :
192
11.4. ВТОРОЙ И ТРЕТИЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
Доказательство теоремы Карно основано на втором законе термодинамики.
6°. Из сопоставления выражений для термического КПД произвольного цикла (п. 4°) и обратимого цикла Карно следует, что в обратимом цикле Карно отношение температур нагревателя и холодильника равно отношению количеств теплоты, соответственно отданной и полученной ими за цикл:
Il
T2 Qz
Таким образом, для сравнения температур двух тел нужно осуществить обратимый цикл Карно, в котором эти тела используются в качестве нагревателя и холодильника, и измерить Q1 и Q2- Устанавливаемую таким образом шкалу температур называют термодинамической шкалой температур. Ее преимущество состоит в том, что в соответствии с теоремой Карно она не связана со свойствами какого-либо конкретного термометрического тела. Однако вследствие невозможности осуществления обратимого цикла Карно указанный способ сравнения температур нельзя практически реализовать, и он имеет лишь принципиальное значение.
7°. Термический КПД rj, о6р произвольного обратимого цикла не может превосходить термический КПД обратимого цикла Карно, проведенного между температурами Ткакс и Tmiih:
T -T
м макс мин
It Обр гр ’
1 макс
где Tmrkc и Tmiih — экстремальные значения температуры нагревателей и холодильников, участвующих в осуществлении рассматриваемого цикла.
8°. Теоретические циклы поршневых тепловых двигателей описаны в табл. II.3 (с. 193—195).
Таблица ІІ.З
11.4.2. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (ЦИКЛЫ). ЦИКЛ КАРНО 193
W
R
M
=>Я * S «
й 5
4 і: Si ST «в
5 ф X U
Il
Sr
- <и а>
® s к gwa
Щ Й о CJ S CS Cu г -
8 S '
fc ш S CU
к
^ у CJ
й S X
щ & о
^ о Ф
о ? о
« ? #
&.§ &
о
QJ О S
<Q t-ч ш
® О®
S X CC я о ы
5»ч й S й
Cvj CO ^ *ч
IMI
CVJ CO ^
I!
Sr
Ф H я
я я S
* Cl й ? CJ <4
й) Я
п
к
«О
I=;
X
о
ев
О и
S. ?
VO (? ю -CS VO св X
Soso
9 S § S Illl
CSl CO ^
4 a
5 Cr о S
я
ев
Д
5 a
и 3
CO
о S
6 § ° н* о Il
1=3 ^
S и
5 Cu Ef П
S §
ш 1C S 3
и Л
CO
ГУ +J О Ю
Il Ч
«•3
s 5
о-і*
CT Cfcc
7 Зак 2940
Продолжение табл.
Название цикла Схема цикла Термический КПД цикла*
Смешанный цикл со сгоранием при V = const и р = const (цикл Тринклера— Сабатэ) ч. P Рз Qj_ P2 0 1 —2 — адиабатное сжатие, ,„// 2—3' — изохорное нагрева-T 1Уі ние, JTi\ З'—З — изобарное нагрева- і \ ние, 1V \ 3—4 — адиабатное расши-I IX. , рение, I ] ^4^*4 Q2 4— 1 — изохорное охлаж- _i ! г*„ дение. V2 V3 V1 V Рис. 11.4.4 Tli=I- Xpk-I Zk' ![(X-I) + кХ(р-1)]
Цикл со сгоранием при р = const P Р2 Pl 0 1—2 — адиабатное сжатие, 2—3 — изобарное нагрева-J 71 ние, 3—4 — адиабатное расши-\ \ рение, \ \ 4—1—изобарное охлаж-Ч дение. U2 F Рис. 11.4.5 п -1 1 1 р(к-1)/к
Окончание табл.
Название цикла Схема цикла Термический КПД цикла*
Цикл со сгоранием при V = const P Рз --? 1 —2 — адиабатное сжатие, 2—3 — изохорное нагревание, \ 3—4 — адиабатное 1_ K(Xiftc-I) (X-I)PCf-DA
P2 \ расширение, .V 4 — 1 —изобарное \охлаждение.
Pl - \Ns^^
0 Iq2 V Рис. 11.4.6
Принятые обозначения: E ~ — степень сжатия, р = —^ — степень предварительного расшире-
v 2 v2
P з
ния, X — — степень добавочного повышения давления, к — показатель адиабаты сжатия и расшире-P2
ния, P = — — степень повышения давления при сжатии.
Pl
194 и.4. ВТОРОЙ И ТРЕТИЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ I 11.4 2 КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (ЦИКЛЫ). ЦИКЛ КАРНО 195
