Кпд газа идеального: Задача 30 (5). КПД цикла | Решение задач ЕГЭ по физике

Содержание

Задача 30 (5). КПД цикла | Решение задач ЕГЭ по физике

Полное условие задачи

Найдите КПД цикла, изображенного на рисунке для идеального одноатомного газа.

Краткое условие задачи

Решение задачи

КПД цикла находим по формуле:

где работа определяется как площадь прямоугольника 1234:

Для определения затраченного количества теплоты нужно выяснить, в каких процессах газ получал теплоту. Для этого воспользуемся первым законом термодинамики, формулой для изменения внутренней энергии и уравнением состояния идеального газа:

Рассмотрим каждый процесс по отдельности.

В процессе 1 – 2 начальная температура меньше конечной:

поэтому изменение внутренней энергии больше нуля:

а работа равна нулю, поскольку процесс изохорный:

Отсюда следует, что газ в процессе 1 – 2 получал тепло:

Найдем это тепло:

Разность температур найдем используя уравнение состояния идеального газа. Запишем его для состояния 1 и для состояния 2:

Вычитаем из второго уравнения первое и находим разность температур:

Подставим в формулу для теплоты:

В процессе 2 – 3 начальная температура также меньше конечной:

поэтому изменение внутренней энергии также больше нуля:

а работа в этом процессе больше нуля (газ совершает работу):

поскольку объем увеличивается:

Отсюда следует, что газ в процессе 2 – 3 тоже получал тепло:

Найдем это тепло:

Разность температур найдем используя уравнение состояния идеального газа. Запишем его для состояния 2 и для состояния 3:

Вычитаем из второго уравнения первое и находим разность температур:

Подставим в формулу для теплоты:

В процессе 3 – 4 начальная температура больше конечной:

поэтому изменение внутренней энергии меньше нуля:

а работа равна нулю, поскольку процесс изохорный:

Отсюда следует, что газ в процессе 3 – 4 отдает тепло:

В процессе 4 – 1 начальная температура также больше конечной:

поэтому изменение внутренней энергии также меньше нуля:

работа в этом процессе тоже меньше нуля (над газом совершают работу):

поскольку объем уменьшается:

Отсюда следует, что газ в процессе 4 – 1 тоже отдает тепло:

Таким образом затраченная теплота равна:

Искомый КПД равен:

Или

Ответ: 17 %.

Определение КПД замкнутого цикла – Физика дома

Задачи на определение КПД замкнутого цикла пользуются неизменной популярностью на экзаменах по физике, также как и другие графические задачи по термодинамике. Эта задача будет полезна и тем, кто сдаёт физику в этом году,  и тем учащимся, кто хочет научиться решать подобные задачи.

На p-V диаграмме изображен замкнутый цикл, проводимый с одноатомным идеальным газом. Определить КПД (коэффициент полезного действия) этого цикла.

КПД (коэффициент полезного действия) замкнутого цикла определяется по формулам для вычисления КПД теплового двигателя.

Причём, можно воспользоваться первой формулой, а можно воспользоваться второй.

Разница состоит в том, что Q1 — это количество теплоты, которое получает рабочее тело (идеальный газ ) за цикл от нагревателя, а Q2 — это энергия, отдаваемая за цикл холодильнику.

По графику, представленному в задаче надо четко определить, на каких участках газ энергию получает, а на каких — отдаёт. Так как график дан в координатах pV, то сделать можно это начертив изотермы через все указанные состояния.

Ну а далее с помощью понятий, изучаемых в термодинамике (работа газа и внутренняя энергия), первого закона термодинамики и уравнения состояния идеального газа (уравнения Менделеева — Клапейрона) определяем работу газа за цикл и рассчитываем, в зависимости от выбранной формулы, либо Q1 либо Q2.

Подставляя величины в формулу, определяем КПД замкнутого цикла.

На сайте Вы можете посмотреть решение еще одной задачи по этой теме.

 

Вы можете оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

Написать комментарий

Цикл Карно с идеальным газом


Сравним теперь величины термических к. п. д. обратимого и необратимого циклов Карно с идеальным газом, осуществляемых между одними и теми же источниками тепла, имеюш,ими температуру и В соответствии со сказанным ранее очевидно, что для подсчета т], обратимого цикла Карно мы должны в уравнение (3-32) вместо величин и подставить соответственно равные им (с точностью до бесконечно малой величины) значения Т  
[c.59]

Обратимый цикл Карно с идеальным газом  [c.59]

Коэффициент полезного действия цикла Карно с идеальным газом зависит только от абсолютных температур обоих резервуаров, между которыми происходит обмен тепла. При этом мы должны обратить особое внимание на то, что для проведения такого цикла, который преобразует тепло в работу, должны использоваться два источника тепла, один из которых отдает тепло, а другой получает.  

[c.59]

Работу, полученную в цикле, мы ранее рассчитали для цикла Карно с идеальным газом. При этом мы молчаливо предполагали этот цикл обратимым. Произвольный круговой процесс, однако, не может 7- считаться обратимым только потому, что рабо-  [c.64]

МЫ получили температурную шкалу Г, основанную на измерениях давления и объема. Для цикла Карно с идеальным газом получалось  [c.77]

Рис. 6.8. Идеальный цикл Карно с фотонным газом ст- в vp-координатах б – в sT координатах
Таким образом, предположение о том, что можно изменить термический к, п. д. машины, взяв другую не с идеальным газом, а с произвольным веществом, неправомочно. Это положение представляет собой теорему Карно, которая говорит о том, что термический к. п. д. цикла с двумя источниками теплоты не зависит от свойств рабочего тела цикла.  
[c.70]

В 1824 г. французский инженер С. Карно, исследуя эффективность работы тепловых машин, предложил обратимый цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм, осуществляемый между двумя источниками постоянных температур — нагревателем (Т,) и холодильником (Т ) (Рис. 1.9). В качестве рабочего тела в цикле С. Карно используется идеальный газ.  

[c.43]


Итак, в соответствии с теоремой Карно величина термического к. п. д. любого обратимого цикла, осуществляемого между двумя источниками тепла, не зависит от свойств рабочего тела, используемого в этом цикле. Следовательно, все выводы, которые были сделаны нами ранее на основе анализа обратимого цикла Карно, осуществляемого при помощи идеального газа, имеющего постоянную теплоемкость, справедливы для обратимого цикла Карно с любым рабочим телом. В частности, применимо к любому обратимому циклу Карно полученное ранее выражение (3-32) для термического к. п. д. цикла  [c.64]

Чтобы показать это, рассмотрим обратимый цикл Карно, совершаемый с идеальным газом при температурах теплоотдатчика и теплоприемника, равных в идеально газовой шкале и Г2, а в термодинамической шкале Х] и Тз-  

[c.60]

Но, как известно, обобщенный цикл Карно является идеальным циклом -и практически неосуществим. Сжатие воздуха в компрессоре по изотерме и расши(рение газов в турбине по изотерме осуществить невозможно. Следовательно, нужно стремиться максимально приблизить действительный цикл к обобщенному циклу, чтобы получить наибольший T)t. Для осуществления этого прибегают к многоступенчатому сжатию -воздуха в компрессоре с промежуточным охлаждением его и многоступенчатому расширению газов в турбине с промежуточным подводом им тепла. На фиг. 8. 22 представлен такой цикл газотурбинной установки с тремя сту-  

[c.185]

Чтобы вычислить коэффициент полезного действия цикла Карно, мы предположим вначале, что проводим его с идеальным газом. Для  [c.58]

Сначала мы вводим абсолютную температурную шкалу с помощью идеального газа. При получении к. п. д. цикла Карно мы также вначале использовали свойства этого газа, применяя законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака — Джоуля. Затем с помощью второго закона было показано, что вычисленное значение к. п. д. пригодно для всех рабочих веществ и что абсолютная температурная шкала идеального газа может быть выведена также из рассмотрения цикла Карно с любыми телами.

Этот путь соответствует историческому развитию и для введения является самым удобным, так как он связан с простым и наглядным поведением идеального газа. С точки зрения аксиоматики выводы не являются вполне корректными, так как они предполагают существование такого газа, который в действительности является лишь предельным случаем.  [c.74]

Хотя цикл Карно — относительно простой процесс для превращения теплоты в работу, любой другой обратимый цикл, в котором происходит теплообмен с окружающей средой только при двух фиксированных температурах, приведет точно к таким же результатам. В цикле Карно происходит теплообмен с окружающей средой только во время изотермических расширения и сжатия идеального газа.  

[c.199]

При выводе термического к. п. д. обратимого цикла Карно были использованы соотношения, справедливые только для идеального газа. Поэтому, для того чтобы можно было распространить все сказанное о цикле Карно на любые реальные газы и пары, необходимо г доказать, что термический к. п. д. цикла Карно не зависит от свойств вещества, при помощи которого он осуществляется. Это и является содержанием теоремы Карно. Для доказательства этой теоре- 2 предположим, что две машины //////////////////////////////А i работают по обратимому циклу Рис. 8-5 Карно с различными рабочими те-  

[c.116]

Сопоставим теперь формулу (2.45) с выражением для термического к. п. д. цикла Карно, в котором рабочим телом является идеальный газ. Согласно уравнению (2.36) количество теплоты Ql и (З2. полученной и отданной идеальным газом на изотермических участках 1—2 и 3—4 цикла (см. рис. 2.11),  [c.54]

По смыслу представленного вывода ясно, что величина т1о не зависит от свойств конкретного идеального газа Я, с-о), поскольку они не учтены в выражении (3.10). В действительности справедливо еще более общее положение, известное как теорема Карно термический КПД обратимого цикла Карно определяется только температурами 7, и 2 и не зависит от природы рабочего тела и устройства двигателя.

[c.52]


Для осуществления идеального цикла Карно принимаются следующие условия порция рабочего тела постоянна и не меняет своих физико-химических свойств, имеются два источника тепла (горячий и холодный), цикл обратим. Идеальный цикл Карно (рис. 12, а) состоит из двух изотермических и двух адиабатных процессов. В первый период газ расширяется при постоянной температуре Ti по изотерме 1—2, получая от нагревателя с температурой Ti тепло qi, и совершает положительную работу. Во второй период газ в процессе 2—3 расширяется адиабатически до тех пор, пока температура газа не станет равной температуре холодильника Та. В третий период происходит изотермическое сжатие газа внешними силами в процессе 3—4, в котором от газа в холодильник с температурой Та передается количество тепла q2, в четвертый — адиабатное сжатие газа внешними силами в процессе 4—1, в котором температура газа повышается от Т. до На этом цикл Карно заканчивается.  
[c.45]

В частном случае для идеального газа, имеющего v = 1. 4, при Гс = 820°С и отношении давлении 5 1 получаем 7 = 415°С и КПД = = 37 %. Если начальная температура равна 2i° , то для цикла Карно в этом интервале ТЕ мператур получаем КПД = 73%. Это означает, что КПД цикла Брайтона весьма далек от максимально возможного. При этом необходимо еще учесть, что был рассмотрен теоретический цикл, не учитывающий потери давления и теплоты, механические потери в компрессоре турбины и необратимость процессов.  [c.77]

Из формулы (118) следует, что термический к. п. д. цикла Карно не зависит от природы рабочего вещества, совершающего этот цикл, а определяется только температурами источника тепла и холодильника. Эту важную для термодинамики, так называемую, теорему Карно-Клаузиуса, можно доказать. Понимать это надо так, что если рабочим телом в цикле Карно является не идеальный, а какой-либо действительный газ с его свойствами, или же перегретый, либо насыщенный пар, то термический к. п. д, цикла сохраняет свою величину, как для идеального газа.[c.88]

В гл. 3 был рассмотрен цикл идеальной холодильной установки, в которой осуществляется обратный обратимый цикл Карно. В этом цикле, осуществляемом между горячим источником с температурой и холодным источником с температурой сжатый хладоагент (газ или нар), состояние которого на Г, s-диаграмме (рис. 13-3) изображается точкой 1, обратимо расширяется по адиабате 1-2, производя работу (например, перемещая поршень). Температура хладоагента в процессе адиабатного расширения понижается от до Го- Адиабатное расширение хладоагента производится до тех пор, пока его температура не станет равна величине на бесконечно малую величину dT меньшей, чем температура  [c.428]

Приведенное выше выражение для термического к. П. д. цикла Карно было получено исходя из предположения, что рабочим телом дв(игателя является идеальный газ. Чтобы его можно было использовать при анализе циклов с любым другим рабочим телом, следует доказать положение, называемое теоремой Карно и гласящее, что термический ж. п. д. обратимого цикла, осуществляемого между двумя источниками тепла, не зависит от свойств рабочего тела, при помощи которого совершается этот цикл.  [c.59]

Совершенно ясно, что абсолютная термодинамическая шкала является только чисто теоретической. Нельзя построить идеальную тепловую машину, работающую по идеальному циклу Карно. Таким образом, теоретическое построение универсальной термодинамической шкалы еще не открывает путей ее практического использования. Для этой цели нужна связь термодинамической шкалы с реальными измерителями температуры. Из них первостепенное значение приобретают газовые термометры, показания которых могут быть связаны с термодинамической шкалой посредством понятия идеального газа.  [c.30]

Идеальный газ совершает квазистатический циклический процесс (цикл Карно), изображенный на фиг. 11. Переход из 1 в 2 представляет собой изотермическое расширение, при котором газ находится в контакте с тепловым резервуаром с температурой Т, переход из 2 в 3 — адиабатическое расширение, переход из 3 в 4 — изотермическое сжатие, при котором имеет место контакт с тепловым резервуаром с температурой Т2, и, наконец, переход из 4 в 1 является адиабатическим сжатием. Доказать соотношение  [c.44]

Цикл Карно осуществляется при наличии горячего. источника , имеющего температуру Г], и холодного источника с температурой Тг. Цикл состоит из двух изотермных и двух адиабатных процессов, и его графическое изображение для случая, когда рабочим телом служит идеальный газ, представлено на рис, 7-1,  [c.86]

Коэффициент полезного действия обратимого цикла Карно с идеальным газом зависит только от температур теплоотдат-чика и теплоприемника (-с и  [c.61]

Первые 8 глав учебника относятся к различным разделам, рассматриваемым в учебниках по термодинамике, особенно это касается гл. 8, имеющей следующее содержание законы термодинамики энергия как функция состояния циклы работа цикла цикл Карно цикл Карно с идеальным газом обратимые и необратимые процессы обратимость цикла Карно второй закон термодинамики формулировка его экономический коэффициент обратимых и необратимых машин другая формулировка второго закона термодинамики уравнение Клайперона—Клаузиуса зависимость поверхностного натяжения от температуры значение второго закона термодинамики.[c.647]


Q, разобъем сеткой изотерм площадь цикла A-B- -D на 100 равных частей так, чтобы в каждом цикле (5ц = тогда изотермы пройдут через Р. Так же можно построить изотермы, лежащие ниже Наименьшая предельная температура = О, при которой термический к. п. д. цикла Карно равен единице, принимается за начальную точку термодинамической шкалы температур. Эта термодинамическая шкала совпадает с абсолютной шкалой температур, построенной по термометру с идеальным газом.  [c.73]

Поэтому наибольп1ая эффективность реального цикла, в отличие от идеального, достигается при определенной (оптимальной) степени повышения давления, причем каждому значению соответствует свое Яопт (рис. 20,11). КПД простейших ГТУ не превышает 14—18%, и с целью его повышения ГТУ выполняют с несколькими ступенями подвода теплоты и промежуточным охлаждением сжимаемого воздуха, а также с регенеративным подогревом сжатого воздуха отработавшими газами после турбины, приближая тем самым реальный цикл к циклу Карно,  [c. 175]

Существуют два источника теплоты источник с более высокой температурой 7, и источник с более низкой температурой Т , причем Т- — onst и = onst, так как предполагается, что источники теплоты обладают большим количеством энергии и что подвод или отвод некоторого количества теплоты не изменяет мх температуры. Рассмотрим процессы пря.мого обратимого цикла Карно для I кг идеального газа в v—р-диаграмме (рис. 7.3, а).  [c.150]

Обратный обратимый цикл Карно. Рассмотрим цикл применительно к идеальной (без потерь) холодильной установке. На рис. 5.5 изображен обратный обратимый цикл Карно. Газ с начальным состоянием (точка а) расширяется по адиабате а-Ь без теплообмена с окружающей средой, при этом температура падает от Ti—температуры окружающей среды, например, равной (273 + 20) К, до Т а—заданной температуры охлаждаемых предметов (веществ), например, равной (273—10) К. После адиабатного а-Ь расширения продолжается расширение по изотерме Ь-с (7 jj = onst) при изотермическом расширении к газу должна подводиться теплота от охлаждаемых предметов (веществ). В идеальном случае температуры охлаждаемых предметов и газа (рабочего тела) считаются практически равными в реальном случае  [c.63]

В 2-17 был рассмотрен цикл Карно там было указано, что по конструктивным соображениям нельзя построить двигатель, который работал бы по этому циклу. Затруднения прежде всего связаны с подводом и отводом тепла при постоянной температуре. В дальнейшем мы увидим, что в отношении двигателей, рабочим телом в которых служит водяной пар, такой подвод и отвод тепла частично возможен. В двигателях, использующих в качестве рабочего тела идеальный газ, это невозможно даже частично. Таким образом, цикл Карно — только теоретический цикл, изучение которого дает возможность установить предельное значение термического к. п. д. при преобразовании тепла в механическую энергию, и именно это обстоятельство определяет его большое практическое значение. Действительные дннгатели работают по циклам, отличным от цикла Карко.  [c.149]

Произведем анализ прямого цикла Карно (рис. 5-4), считая рабочее тело идеальным газом. В этом цикле оно сначала расширяется изотермически по линии 1-2, получая от горячего источника тепло qi при температуре Ti, затем отключается от горячего источника и продолжает расширяться адиабатно по линии 2-3 с понижением температуры до Та. После этого рабочее тело подключается к холодному теплоприеми ику сжимается изотермически  [c.57]

Созданию термодинамич. Т. ш. предшествовало применение газового термометра, градуированного по шкале Цельсия, термометрич. свойством в нём служило давление Ри При те.мп-рах и i2 термометрич. свойство x,=pi и X2=Pi, по совр. данным, отношение pilp 1 = 1,3661 и р = 0 при /= —273,15 С. При построении термодинамич. Т. in. У. Томсон (лорд Кельвин, 1850) сохранил размер единицы темп-ры таким же, как по Т. ш. Цельсия, положив, что разность темп-р кипения воды при атм. давлении и плавлении льда также равна 100. Второе допущение, определившее зависимость темп-ры от термометрич, свойства, состояло в том, что отношение кол-ва теплот и темп-р в цикле Карно равно отношению темп-р QilQ -T2lTi. В определённой термодинамич. Т. ш. Кельвина наинизшая возможная темп-ра, соответствующая т) = I в цикле Карно, имеет Значение Tj = 0 (абс. нуль), а в газовом термометре, заполненном идеальным газом, р = 0 при Тх=Ч. Второй реперной точкой термодинамич. Т. ш., темп-ра по к-рой измеряется в кельвинах (К), служит точка плавления льда при атм. давлении 7 2 = 273,15 К. Связь значений темп-ры по термодинамич. Т. ш. Т (К) и по газовому термометру, градуированному по шкале Цельсия, t С описывается ф-лой  [c.63]

При измерении темп-ры по термодина.мич. Т. ш. на практике применяют, как правило, не цикл Карно, а одно из строгих следствий второго начала термодинамики, связывающих удобно измеряемое термометрич. свойство с термодинамич. темп-рой законы идеального газа, законы излучения абсолютно чёрного тела. Кюри закон для идеального парамагнетика, Йайквиста формулу для тепло-  [c.63]

Резюмируя изложенное, можно сказать, что учебник Погодина, выдержавший в течение 10—12 лет три издания (типографских) представляет собой краткий элементарный учебник по технической термодинамике с продуманным построением и хорошим изложением. В учебнике Погодина отсутствуют многие темы, рассмотренные в изданных до него учебниках Радцига, Мерцалова и Зернова. Как уже говорилось, в учебнике Погодина обращают на себя внимание метод вывода интеграла Клаузиуса (для идеальных газов) и вывод формулы термического к. п. д. цикла Карно.  [c.141]


Цикл Карно, идеальный – Справочник химика 21


    Второе начало термодинамики говорит о том, что самопроизвольно теплота передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой и никогда наоборот. Получение же холода связано как раз с передачей теплоты от менее нагретого тела к более нагретому, т. е. с переносом теплоты с низшего температурного уровня на высший. Такой перенос возможен только с затратой работы. В качестве переносчика теплоты с низшего температурного уровня на высший используется специальное рабочее вещество-хладагент, совершающее круговой процесс. Идеальным круговым процессом является обращенный цикл Карно (рис. 39). [c.121]

    Цикл Карно — это идеальный цикл. Его невозможно в точности осуществить в реальной тепловой машине, потому что нельзя обеспечить изотермический подвод п отвод теплоты, а также расширение и сжатие рабочего тела без теплообмена с окружающей средой. Тем не менее исследования Карно имеют большое значение. Они показали, в частности, что для повышения экономичности тепловых двигателей надо осуществлять подвод теплоты к рабочему телу при возможно более высокой температуре, а отвод — при возможно более низкой. [c.32]

    Отношение A/Ql показывает, какая часть теплоты, поглощенной газом за один цикл, превращается в работу. Оно называется коэффициентом полезного действия (к. п. д.) цикла. В данном случае—это к. п. д. цикла Карно с идеальным газом, рассматриваемого как тепловая машина. [c.44]

    При проведении каждого отдельного процесса равновесного цикла Карно с идеальным газом в обратном направлении не только рабочее тело совершает цикл, но и источники теплоты (нагреватель и холодильник) остаются практически в исходном состоянии (если они очень велики по сравнению с рабочим телом). Поэтому мы называем цикл Карно с идеальным газом обратимым циклом. [c.45]

    Цикл Карно для идеального газа является идеальной, не осуществимой в практике схемой тепловой (холодильной) машины. В технической термодинамике рассматриваются другие циклы, более близкие к реальным процессам в тепловых машинах, и вычисляются коэффициенты полезного действия этих циклов. [c.46]

    Цикл Карно (стр. 43) является простейшим круговым процессом. Он был рассмотрен как сочетание процессов сжатия и расширения идеального газа, дающее механическую работу. [c.80]


    В таком цикле Карно гальванический элемент при известной температуре поглощает теплоту нагревателя и производит электрическую работу. Последняя может быть затрачена на поднятие тяжести и таким образом сохранена как потенциальная механическая энергия. Заставляя затем элемент работать в условия идеальной тепловой изоляции, можно адиабатно понизить (или г. о-высить) его температуру, после чего, используя сохраненную работу, можно провести химическую реакцию в элементе в обратном направлении, при ином значении электродвижущей силы, а затем адиабатно довести элемент до первоначальной температуры. [c.81]

    Коэффициент полезного действия такого цикла, работающего равновесно, должен быть тем же, что и у цикла Карно, работающего с идеальным газом. Важно только, чтобы система обменивалась теплотой с окружающей средой при двух температурах, одинаковых в обоих циклах. [c.81]

    Холодильный коэффициент идеальной машины, соответствующий минимальным затратам энергии, рассчитывается для обратного цикла Карно, построенного на средних температурах хладоносителя и охлаждающей воды  [c.183]

    Для данной установки полезный эффект заключается в отводе теплового потока Q от охлаждаемого объекта при средней температуре Т,. и передаче его окружающей среде с температурой Т . Количественная мера этого эффекта в единицах эксергии представляет собой минимальную работу идеального холодильного устройства, работающего по циклу Карно с предельными температурами Тох и 7 , и рассчитывается по формуле [c. 183]

    Следовательно, величина работы, производимая тепловой машиной, работающей по идеальному циклу Карно, зависит от разности температур нагревателя Тх и холодильника Гг и соотношения объемов рабочего тела в системе. При этом можно отметить, что изменение внутренней энергии Ai/ осталось постоянным, а работа была произведена только за счет частичного расходования энергии нагревателя на изменение состояния рабочего тела. [c.61]

    При начальной температуре 373 К 1 моль кислорода совершает цикл в идеальной машине Карно. Сначала он расширяется изотермически до двукратного объема, затем расширяется адиабатически до трехкратного объема (по сравнению с первоначальным), затем сжимается изотермически до такого объема, чтобы в результате последуюш,его адиабатического сжатия вернуться к первоначальному состоянию. Приняв 7 = Ср Су = 1,4, рассчитайте работу, совершенную газом в каждой части цикла работу, произведенную за счет теплоты в цикле, и КПД цикла. [c. 73]

    Для идеального холодильного цикла (обращенного цикла Карно) [c.147]

    Одной из причин большой затраты работы в реальном цикле по сравнению с идеальным (цикл Карно) является необратимость процесса, связанная с применением редукционного вентиля. Для [c.260]

    Чтобы получить математическое выражение второго начала термодинамики, следует более детально рассмотреть действия идеальной тепловой машины. Идеальной тепловой машиной мы называем такую машину, которая работала бы без трения и без потерь теплоты. В ней рабочим телом является идеальный газ. Работа машины основана на принципе обратимого термодинамического цикла, называемого циклом Карно. [c.66]

    Все эти выводы получены, как уже подчеркивалось, для идеального газа в качестве рабочего тела. Следовательно, коэффициент полезного действия цикла Карно есть максимальный коэффициент полезного действия тепловых машин, работающих циклами, и невозможно построить такую машину, которая, получив Q джоулей теплоты, превратила бы в работу больше энергии, чем riQ.[c.69]

    Вычислим количества теплоты Р] и Рг — взятое и отданное в цикле Карно — для случая, когда работающее тело — идеальный газ. На основании (11.65) и (И.66) можно записать  [c.48]

    Отсюда легко получается экономический коэффициент для цикла Карно, работающее тело в котором есть идеальный газ  [c.49]

    Идеи Карно были развиты математически Э. Клапейроном (1834), который впервые предложил графическое изображение известного цикла Карно, состоящего из двух изотерм и двух адиабат идеального газа (см. рис. 16). [c.88]

    Следовательно, идеально обратимым является такой гипотетический процесс, в котором трение, лучеиспускание, электросопротивление и все другие аналогичные источники рассеяния энергии отсутствуют. Он может рассматриваться как предел реально воспроизводимого процесса, подойти к которому на практике мы можем как угодно близко. Представим себе процесс, происходящий таким образом, что на каждой стадии бесконечно малое изменение внешних условий будет вызывать обращение хода процесса или, иначе говоря, на каждой ступени процесс сбалансирован. Очевидно, система может быть обращена в свое первоначальное состояние бесконечно малыми изменениями внешних условий. В этом смысле говорят, что обратимый процесс осуществим на идеальном опыте . С таким идеальным опытом мы уже имели дело при описании цикла Карно, который весь состоит из процессов, осуществимых только в нашем воображении. [c.94]


    Рабочим телом в этом цикле является 1 моль идеального газа. Все процессы, составляющие цикл Карно, обратимы. Рассмотрим их последовательно. [c.58]

    Отсюда следует, что 01 = АО- , Q и А можно измерить экспериментально. Далее, выбрав две фиксированные температуры (точки плавления льда при нормальном давлении и кипения воды), между которыми проводится цикл Карно, и приняв, что Д0=1ОО, получим абсолютную термодинамическую шкалу, которая совпадает со шкалой идеального газа. [c.61]

    Эту функцию ввел Р. Клаузиус (1865), назвал энтропией и обозначил буквой 5. Математическое выражение энтропии было получено им из цикла Карно, на котором основана работа тепловой машины. Графическое изображение циклических процессов представлено на рис. 2.1. Рабочее тело (1 моль идеального газа) получает от нагревателя с температурой Т некоторое количество теплоты Q и, расширяясь изотермически (кривая АВ), совершает работу Далее газ расширяется адиабатно, без подвода теплоты (кривая ВС) и его температура падает до Т-2. Совершаемая работа в этом процессе W2  [c.36]

    Согласно Карно для периодического действия тепловой машины, т. е. превращения неограниченного количества теплоты в работу, необходимо по меньшей мере два тепловых резервуара с различающимися температурами — нагреватель и холодильник. Идеи Карно были восприняты и развиты математически Э. Клапейроном (1834), которым было также впервые предложено графическое изображение известного цикла Карно, состоящего из двух изотерм и двух адиабат идеального газа (рис. П1.3). [c.67]

    Этот цикл называют идеальной тепловой машиной. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) цикла Карно и вообще наибольший возможный к. п. д. тепловой машины независимо от рода работающего тела можно выразить соотношением [c.67]

    Почему в формулировках Клаузиуса и Кельвина речь идет о круговом процессе — действуя посредством кругового процесса Потому что, например, при однократном расширении идеального газа по изотерме 1—2 (рис. П1.3) в принципе возможно поЛное превращение теплоты в работу [вспомните соотношение (П.33), где Qt= Ат. Но нельзя бесконечно расширять газ, и для повторения операции получения второй и т. д. порций работ необходимо будет его сжать. Если сжимать газ при той же температуре Ti, т. е. по изотерме 2—1 (рис. П1.3), не получится выигрыша работы. Поэтому в цикле Карно газ из состояния 2 расширяют адиабатически до состояния 3, снижая его температуру до T a. Сжатие при T a требует затраты меньшей работы [формула (П.33)1, а поэтому в целом и получается выигрыш работы, равный площади цикла 1 2 3 4.[c.69]

    Вид функции (IV, 1) можно определить и другим путем. В соответствии с теоремой Карно — Клаузиуса, достаточно провести обратимый цикл Карно с любым веществом, для которого известно уравнение состояния. Это дает возможность выразить процессы, составляющие цикл, через термодинамические параметры состояния, придав правой части (IV, 1) конкретное выражение. В качестве рабочего тела остановимся на идеальном газе, так как его свойства известны из молекулярно-кинетической теории, Для идеального газа PV = RT поэтому (см. рис. 21) [c.79]

    При начальной температуре 348,2 К 1 моль Н2 совершает цикл в идеальной машине Карно сначала он расширяется до двойного объема изотермически, затем расширяется до учетверенного первоначального объема, чтобы при последующем адиабатическом сжатии, вернуться в исходное положение. Вычислить работу каждой части цикла и к. п. д. цикла (у=1,4). [c.94]

    Согласно теореме Карно замена идеального газа любым другим веществом не приведет к изменению к. п. д. цикла Карно, замена же цикла Карно любым другим циклом приводит к меньшему к. п. д. (теорема Клаузиуса—Карно). Таким образом, даже в случае идеальной тепловой машины превращение теплоты в работу не может быть полным. [c.92]

    Уравнение (VI.4) и связанное с ним (VI.5) получены из (VI.3) для идеального, обратимого цикла Карно. В необратимом цикле к. п. д. т] меньше, чем в обратимом цикле, т. е. [c.92]

    Реальные холодильные циклы. При рассмотрении холодильного цикла Карно (идеального цикла) не обязательно обращаться к деталям, связанным с механизмом процесса. Действительно, громадным преимуществом этого метода анализа является его простота, обусловленная тем, что он не зависит от механизма. В действительности не существует процесса охлаждения, равноценного идеальному процессу Карно. Следующей нашей задачей будет рассмотрение реальных циклов и определение степени их отклонения от идеального. Реальные холодильные циклы отличаются от идеального цикла Карно двумя оиювными признаками. Во-первых, сам цикл, даже если механизм для его совершения является идеальным, имеет определенные, присущие ему необратимые эффекты, которые делают его менез производи- [c.488]

    Так как функция ф (Т , Т ) не зависит от природы рабочего тела машины, то мы можем найти вид этой функции, используя юбой частный случай, например такой, когда рабочим телом обратимого цикла Карно является идеальный газ. [c.83]

    Теоретический цикл идеальной машины — цикл Карно — в координатах PV состоит из двух адиабат и двух изотерм. На фиг. 1 представлена диаграмма кругового цикла Карно. От точки 1 до точки 2 расширение газа происходит при Ti = onst по изотерме с подводом тепла от точки 2 до точки 3 — расширение газа по адиабате от точки 3 до точки 4 — сжатие газа по изотерме с отводом тепла при Ti = onst от точки 4 до точки 1 — сжатие газа по адиабате. [c.14]

    В любом тепловом двигателе при помощи любого теплового цикла, даже с помощью идеального теплового цикла Карно (состоящего из двух изотерм и двух адиабат) теплота не может быть полностью превращена в работу. Часть тепла в цикле не используется, переходя с высшего температурного уровня на низший и, таким образом, в определенной степени обесцени вается. [c.86]

    Можно представить себе, однлко, идеальный цикл сжижения газа, в котором затрачиваемая работа будет меньше, чем в цикле Карно (L [c.648]

    Результаты расчетов работы (в квт-ч1кг), затрачиваемой на сжижение I к2 газа по идеальному циклу 11 д, см. уравнение (ХУП,6)1 и циклу Карно ( .J при Т1 300 “К и — 9,81 10 н/м (1 ат) приведены ниже  [c.649]

    Для получения низких температур может быть использован идеальный (обр 1тимый) цикл Стирлинга, термодинамически эквивалентный циклу Карно. Этот цикл состоит из диух изотерм и двух изохор (рис. ХУП-19) и положен в основу холодильной машины фирмы Филипс , схема устройства и работы которой показаны на рис. XVI1-20. [c.675]

    Все термодинамические способы повышения степени рекуперации тепловой энергии в узлах теплообмена и ТС в целом определяются вторым законом термодинамики [7,20-24] идельаные обратимые процессы протекают без изменения энтропии, в то время как в реальных, необратимых процессах, она возрастает. Наиболее отчетливо это видно из анализа идеального цикла Карно, в котором возможно максимальное превращение имеющегося тепла в работу. Если обозначить количество тепла при температуре потока Т через Ц, а -температура окружающей среды, то теоретически максимально возможное количество работы А, получаемое в цикле Карно, равно Q (Т -Т )/Т . Величина TQ/TJ – часть тепла, которое рассеивается в атмосферу (рис. I). Зависимость цикла Карно от температуры =(Т]–Тд)/Т представлена на рис. 2. Из изложенного вытекает несколько важных термодинамических предпосылок, учет которых при синтезе оптимальных ресурсосберегающих ТС позволяет обеспечивать их высокую эффективность. [c.38]

    Первое начало термодинамики применимо к описанию как обратимых, так и необратимых процессов. В некоторых случаях можно воздействовать на систему таким образом, чтобы необратимый термодинамический процесс протекал обратимым путем. Для этого, как правило, систему необходимо снабжать специальным устройством для совершения работы. Для пояснения этого утверждения удобно сослаться на пример передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Если оба тела привести в соприкосновение, то будет происходить самопроизвольный процесс передачи теплоты от одного тела к другому до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются. Этот процесс носит необратимый характер, так как проведение процесса в обратном направлении без совершения работы невозможно. Тем не менее процесс передачи теплоты можно сделать обратимым, если для этого использовать тепловую машину, например на основе цикла Карно, с идеальным газом. В этом случае система наряду с передачей теплоты будет совершать определенную работу, которая в обратном процессе может быть использована для передачи теплоты от менее нафетого тела к более нагретому [c.18]

    Рассмотрим две машины, работающие по циклу Карно при температурах нагревателя 7, и теплоприемника Га (ТхУТ ). Пусть в первой машине рабочим телом является идеальный газ, а во второй — любое другое вещество (рис. 2.15). Подберем условия так, чтобы Qi=Ql.  [c.59]


9.2: Цикл Карно для идеального газа и концепция энтропии

Исторически паровая машина была первой машиной для преобразования тепла в работу, которую можно было использовать в больших масштабах. Паровой двигатель сыграл важную роль в промышленной революции и, следовательно, в развитии современной наукоемкой экономики. Это имело важное значение и при разработке основных понятий термодинамики. Паровая машина производит работу, когда горячий пар под давлением вводится в цилиндр, толкая поршень наружу.Вал соединяет поршень с маховиком. Когда соединительный вал достигает наибольшего выдвижения, отработанный пар выбрасывается в атмосферу. После этого маховик загоняет поршень внутрь.

Экономическая жизнеспособность паровой машины частично обусловлена ​​тем фактом, что отработанный пар можно выбрасывать в атмосферу в конце каждого цикла. Однако это не обязательное свойство тепловых двигателей. Мы можем разработать двигатели, которые попеременно нагревают и охлаждают рабочую жидкость для преобразования тепловой энергии в механическую работу. Двигатели Стирлинга являются практичными устройствами этого типа. Двигатель Карно — это концептуальный двигатель, использующий реакцию замкнутой системы на изменения температуры. Двигатель Карно извлекает тепло из одного резервуара при фиксированной высокой температуре и отдает меньшее количество тепла во второй резервуар при фиксированной более низкой температуре. Количество энергии, равное разнице между этими приращениями тепловой энергии, проявляется в окружающей среде как работа.

Пусть за один цикл двигателя Карно теплота, переданная системе из горячего и холодного резервуаров, будет равна \(q_h\) и \(q_{\ell }\) соответственно.У нас есть \(q_h>0\) и \(q_{\ell }<0\). Пусть чистая работа, выполненная в системе, равна \(w_{net}\), а чистая работа, которая появляется в окружении, равна \({\hat{w}}_{net}\). У нас есть

\({\шляпа{ш}}_{сеть}>0\), \({\шляпа{ш}}_{сеть}=-w_{сеть}\) и \(ш_{сеть}} \). За один цикл двигателя \(\Delta E=0\), а с

\[\Delta E=q_h+q_{\ell}+w_{net}=q_h+q_{\ell}-{\шляпа{w}}_{net},\]

следует, что \({\hat{w}}_{net}=q_h+q_{\ell}\). Энергия, подводимая к двигателю Карно, равна \(q_h\), а полезная работа, возникающая в окружающей среде, равна \({\hat{w}}_{net}\).(Тепло, принимаемое низкотемпературным резервуаром, \({\hat{q}}_{\ell }=-q_{\ell }>0\), является побочным продуктом в том смысле, что оно представляет собой энергию, которая не может быть преобразован в механическую работу с помощью этого цикла.Все возможные тепловые двигатели обладают этой особенностью двигателя Карно.Напротив, вечный двигатель второго рода преобразует всю свою потребляемую теплоту в работу, ни одна часть ее потребляемой теплоты не остается неиспользованной. ) КПД, \(\эпсилон\), с которым двигатель Карно преобразует входную энергию, \(q_h\), в полезных выходных энергий, \({\hat{w}}_{net}\), следовательно,

\[\epsilon =\frac{\hat{w}_{net}}{q_h}=\frac{q_h+q_{\ell}}{q_h}=1+\frac{q_{\ell}}{ д_ч}\]

Мы можем обобщить наше рассмотрение тепловых двигателей, включив в него любую серию изменений, при которых замкнутая система обменивается теплотой с окружающей средой более чем при одной температуре, передает окружающей среде положительное количество работы и возвращается в исходное состояние. Мы используем цикл Карно и машинную формулировку второго закона для анализа систем, которые передают работу давление-объем окружающей среде. Мы рассматриваем как обратимые, так и необратимые системы. Начнем с рассмотрения обратимых циклов Карно. Если какая-либо система обратимо проходит любой замкнутый путь на диаграмме давление-объем, площадь, ограниченная путем, представляет собой работу давления-объема, которой обмениваются система и ее окружение. Если площадь не равна нулю, температура системы изменяется в течение цикла.Если цикл обратим, то все возникающие теплопередачи должны происходить обратимо. Мы можем применить наши рассуждения об обратимых циклах к любой замкнутой системе, содержащей любой набор химических веществ, при условии, что любые фазовые переходы или происходящие химические реакции являются обратимыми . Это означает, что все фазовые и химические изменения, происходящие в системе, должны быстро приспосабливаться к новым положениям равновесия, которые налагаются на них по мере того, как система обратимо проходит цикл Карно.

Рис. 2. Цикл Карно идеального газа. Обратите внимание, что ось давления сжата: в P построен по сравнению с V .

На рис. 2 описана работа обратимого двигателя Карно, в котором рабочим телом является идеальный газ. Мы обозначаем начальное давление, объем и температуру системы \(P_1\), \(V_1\) и \(T_h\). Из этого начального состояния мы заставляем идеальный газ подвергаться обратимому изотермическому расширению, при котором он поглощает некоторое количество тепла \(q_h\) из высокотемпературного теплового резервуара при \({\hat{T}}_h\ ).Мы обозначаем давление, объем и температуру в конце этого изотермического расширения как \(P_2\), \(V_2\) и \(T_h\). На втором этапе мы обратимо и адиабатически расширяем идеальный газ до тех пор, пока его температура не упадет до температуры второго, низкотемпературного резервуара тепла. Мы обозначаем давление, объем и температуру в конце этого адиабатического расширения как \(P_3\), \(V_3\) и \(T_{\ell}\). Начнем возвратную часть цикла с обратимого и изотермического сжатия идеального газа при температуре холодного резервуара. Мы продолжаем это обратимое изотермическое сжатие до тех пор, пока идеальный газ не достигнет давления и объема, при которых адиабатическое сжатие просто вернет его в исходное состояние. Мы обозначаем давление, объем и температуру в конце изотермического сжатия \(P_4\), \(V_4\) и \(T_{\ell}\). На этом этапе идеальный газ отдает некоторое количество тепла \(q_{\ell }<0\) низкотемпературному резервуару. Наконец, мы обратимо и адиабатически сжимаем идеальный газ до его исходного давления, объема и температуры.{T_h}_{T_{\ell}}{C_VdT}\]

для адиабатического сжатия. Интегралы теплоемкости те же, за исключением направления интегрирования; их сумма равна нулю, и мы имеем \(w_{exp}+w_{comp}=0\). Чистая работа, выполненная в системе, представляет собой сумму работы для этих четырех шагов, \(w_{net}=w_h+w_{exp}+w_{\ell}+w_{comp}=w_h+w_{\ell} \). Подвод тепла происходит в высокотемпературном резервуаре, так что \(q_h>0\). Отвод тепла происходит в низкотемпературный резервуар, так что \(q_{\ell }<0\). {V_1}_{V_4}{\frac{R}{V}}dV=-R{ \ln \left(\frac{V_1}{V_4}\right)\ }\]

Интегралы по \(T\) те же, за исключением направления интегрирования. Их сумма равна нулю, так что \(-R{ \ln \left({V_3}/{V_2}\right)\ }-R{ \ln \left({V_1}/{V_4}\right)\ }= 0\) и

\[\frac{V_2}{V_1}=\frac{V_3}{V_4}\]

Используя этот результат, второе уравнение для КПД обратимого двигателя Карно принимает вид

\[\epsilon =1-\frac{T_{\ell}}{T_h}\]

Приравнивая наши выражения для КПД обратимой машины Карно, находим

\[\epsilon =1+\frac{q_{\ell}}{q_h}=1-\frac{T_{\ell}}{T_h}\], из которых имеем

\[\frac{q_h}{T_h}+\frac{q_{\ell}}{T_{\ell}}=0\]

Так как на адиабатических ступенях нет теплообмена, \(q_{exp}=q_{comp}=0,\) и мы можем записать эту сумму как

\[\sum_{цикл}{\frac{q_i}{T_i}}=0\]

Если мы разделим путь вокруг цикла на большое количество очень коротких отрезков, предел этой суммы, когда \(q_i\) станет очень маленьким, составит

\[\oint{\frac{dq^{rev}}{T}}=0\]

, где верхний индекс «\(rev\)» служит напоминанием о том, что цикл должен быть пройден обратимо. {рев}}{Т}}=0\]

\(S\) — это, конечно же, функция энтропии, описанная в нашей основанной на энтропии формулировке второго закона.

Теперь мы хотим посмотреть, какие выводы о свойствах \(S\) позволяет сделать машинная формулировка второго закона. Поскольку изменение \(S\) равно нулю, когда идеальный газ совершает полный цикл Карно, мы можем предположить, что \(S\) является функцией состояния. Конечно, тот факт, что \(\Delta S=0\) вокруг одного конкретного цикла, не доказывает, что \(S\) является функцией состояния.{rev}/T}=0\) для любой системы, которая обратимо проходит любой замкнутый путь.

Идеальный цикл – обзор

3.3.1 Идеальный цикл Джоуля–Брайтона

Цикл Джоуля–Брайтона сначала будет описан как идеальный цикл, в котором жидкостью считается идеальный газ с постоянным расходом и постоянным составом. во всех компонентах, и термодинамические процессы во всех компонентах будут идеальными, т. е. без какой-либо необратимости. Эти допущения позволяют вывести простое выражение КПД и удельной работы цикла.

Начнем с обсуждения результатов работы. Поскольку и работа сжатия, и работа расширения могут быть выражены как разность энтальпий между выходом и входом и наоборот соответственно, выходная мощность идеального цикла может быть записана следующим образом:

[3.18]W=WT−WC=mcp( T3−T4)−mcp(T2−T1)

Отсюда, разделив на mc p T 1 , можно записать выражение удельной работы идеального цикла Джоуля–Брайтона как:

[3.19] WmcpT1=(T3T1−T4T1)−(T2T1−1)

Мы можем определить τ = T 3 / T 1 как характеристическое число цикла, поскольку оно представляет собой отношение между самая высокая и самая низкая температура цикла.Самая низкая температура T 1 определяется условиями окружающей среды, тогда как T 3 представляет собой температуру на входе в турбину, то есть технологический предел, которого может достичь цикл с материалами, из которых он построен.

Отношение T 2 / T 1 – это отношение температур в процессе сжатия, которое является как адиабатическим, так и изоэнтропическим в идеальном цикле.

В любом адиабатическом обратимом процессе давление и объем связаны следующим выражением:

[3.20]pvk=constant

, где k = c p /c v и всегда больше 1, поскольку c p всегда больше, чем c v .

Применяя уравнение состояния идеального газа, мы можем написать: kT1k=p21−kT2k→p11−kkT1=p21−kkT2

Выразив уравнение [3.22] через отношение температур, получим:

[3.23](p2p1)1−kk=T1T2→T2T1=(p2p1)k−1k=βk−1k=βε

, где β – степень сжатия процесса сжатия, а ε – характеристический параметр жидкости . При k всегда больше 1, 0 < ε < 1.

Температурное отношение T 4 / T 1 может быть аналогично рассчитано из следующего выражения: =T4T3T3T1=T4T3τ

В процессе адиабатического расширения:

[3. 25]p31−kkT3=p41−kkT4

[3.26]T4T3=(p3p4)1−kk=β1−kk=β−ε

Следовательно:

[3.27]T4T1=τβε

Учитывая уравнения [3.23] и [3.27], уравнение [3.19] может быть записано как: −βε)(1−1βε)

Изучая уравнение [3.28], мы можем заметить, что удельная работа равна нулю, когда β ε = 1, что происходит в цикле, где точки 1 и 2 и точки 3 и 4 совпадают, и нет ни сжатия, ни расширения, при этом жидкость нагревается от точки 2 до точки 3′, а затем охлаждается при том же давлении до точки 1 (рис.3.6)

3.6. Цикл Джоуля-Брайтона с различными отношениями давлений.

Удельная работа также равна нулю, когда τ = β ε . Это тот случай, когда конечная точка сжатия достигает максимальной температуры цикла, а цикл состоит только из двух процессов: сжатия и расширения, требующих и обеспечивающих соответственно одинаковую работу. Цикл перемещается из точки 1 в точку 2*″ и обратно (рис. 3.6).

Между этими двумя предельными значениями β можно найти максимальное значение удельной работы (рис. 3.7). Поскольку в обоих крайних случаях уравнение [3.28] равно нулю, а для любого другого значения β функция положительна, выводя уравнение [3.28] и приравнивая результат к нулю, мы получаем β , при котором удельная работа равна максимум:

3.7. Удельная работа по отношению к давлению.

[3.29]∂(W/mcpT1)∂β=τεβ(ε+1)−εβ(ε−1)=0τ=β2ε⇒β=τ12ε

Эффективность идеального цикла Джоуля–Брайтона, заданная уравнением [ 3.16] можно изменить следующим образом, рассмотрев идеальный цикл и разделив верхнюю и нижнюю часть дроби на T 1 :

[3.30]η=WQ1=1−Q2Q1=1−mcp(T4−T1)mcp(T3−T2)=1−T4T1−1T3T1−T2T1

Используя те же обозначения, что и для расчета конкретной работы, мы можем написать Уравнение [3.30] выглядит следующим образом:

[3.31]η=1−T4T1−1T3T1−T2T1=1−τβε−1τ−βε=1−1βε

Можно отметить, что эффективность идеального цикла Джоуля–Брайтона только зависит от степени сжатия и характеристик жидкости (рис. 3.8).

3. 8. Идеальный КПД цикла Джоуля – Брайтона в зависимости от отношения давлений.

С чисто математической точки зрения уравнение [3.30] утверждается, что КПД не зависит от максимальной температуры цикла. Однако это неверно, поскольку β ограничено тем, что конечная температура сжатия не может превышать максимальную температуру цикла. Поэтому уравнение [3.30] достигает максимального значения в зависимости от фиксированного для цикла T 3 и стремится к 1 только при бесконечных значениях T 3 .

В любом случае, поскольку ε положителен, но меньше 1, эффективность увеличивается с ростом β, имеет нулевое значение для β = 1 и достигает максимального значения, когда β= τ 1/ ε .

Цикл Карно – University Physics Volume 2

Цели обучения

  • Опишите цикл Карно с указанием роли всех четырех вовлеченных процессов
  • Опишите принцип Карно и его последствия
  • Продемонстрировать эквивалентность принципа Карно и второго закона термодинамики

В начале 1820-х годов французский инженер Сади Карно (1786–1832 гг. ) заинтересовался повышением эффективности практических тепловых двигателей.В 1824 году его исследования привели его к предложению гипотетического рабочего цикла с максимально возможной эффективностью между теми же двумя резервуарами, известного сейчас как цикл Карно. Двигатель, работающий в этом цикле, называется двигателем Карно. Цикл Карно имеет особое значение по целому ряду причин. На практическом уровне этот цикл представляет собой обратимую модель для паровой электростанции и холодильника или теплового насоса. Тем не менее, он также очень важен теоретически, поскольку он играет важную роль в развитии другого важного утверждения второго закона термодинамики.Наконец, поскольку в его работе участвуют только два резервуара, его можно использовать вместе со вторым законом термодинамики для определения шкалы абсолютной температуры, которая действительно не зависит от какого-либо вещества, используемого для измерения температуры.

С идеальным газом в качестве рабочего тела этапы цикла Карно, представленные на (рис. ), следующие.

  1. Изотермическое расширение. Газ находится в тепловом контакте с тепловым резервуаром при температуре Газ поглощает тепло из теплового резервуара и получает возможность изотермического расширения, совершая работу Поскольку внутренняя энергия идеального газа является функцией только температуры, изменение внутренней энергии равна нулю, то есть при этом изотермическом расширении.Из первого закона термодинамики находим, что теплота, поглощаемая газом, равна
    . Четыре процесса цикла Карно. В качестве рабочего тела принимается идеальный газ, термодинамический путь которого MNOP представлен на (рис.).

    Полная работа, выполненная газом в цикле Карно, показана и представлена ​​площадью, ограниченной петлей MNOPM .

  2. Адиабатическое расширение . Газ термически изолирован и ему позволяют расширяться дальше, совершая работу. Поскольку это расширение адиабатическое, температура газа падает — в этом случае из От и уравнения состояния идеального газа имеем


    так что

  3. Изотермическое сжатие .Газ находится в тепловом контакте с холодным резервуаром при температуре и изотермически сжимается. При этом газ совершает работу и отдает тепло холодному резервуару. Рассуждения, использованные на шаге 1, теперь дают
    .


    где – тепло, отдаваемое газом в холодный резервуар.

  4. Адиабатическое сжатие . Газ термически изолирован и возвращается в исходное состояние за счет сжатия. В этом процессе над газом совершается работа. Поскольку сжатие адиабатическое, температура газа повышается — в данном случае от .Обоснование шага 2 теперь дает


    Полная работа, выполненная газом в цикле Карно, равна

Эта работа равна площади, ограниченной петлей, показанной на диаграмме пВ (рисунок). Поскольку начальное и конечное состояния системы одинаковы, изменение внутренней энергии газа в цикле должно быть равно нулю, т. е. . Тогда первый закон термодинамики дает

и

Чтобы найти КПД этого двигателя, сначала разделим

Если постоянную адиабаты из шага 2 разделить на постоянную из шага 4, мы найдем

Подставляя это в уравнение для получаем

Наконец, с помощью (Рисунок) мы находим, что КПД этой идеальной газовой машины Карно равен

Двигатель не обязательно должен следовать циклу двигателя Карно.Все двигатели, однако, имеют один и тот же чистый эффект , а именно поглощение тепла из горячего резервуара, производство работы и отвод тепла в холодный резервуар. Это заставляет нас задаться вопросом: имеют ли все обратимые циклы, работающие между одними и теми же двумя резервуарами, одинаковую эффективность? Ответ на этот вопрос дает второй закон термодинамики, который обсуждался ранее: Все циклы реверсивного двигателя дают одинаковую эффективность . Кроме того, как и следовало ожидать, все реальные двигатели, работающие между двумя резервуарами, менее эффективны, чем реверсивные двигатели, работающие между теми же двумя резервуарами.Это также является следствием второго закона термодинамики, показанного ранее.

Цикл идеального газового холодильника Карно представлен диаграммой пВ (рисунок). Это двигатель Карно, работающий в обратном направлении. Холодильник извлекает тепло из резервуара с низкой температурой, когда идеальный газ изотермически расширяется. Затем газ адиабатически сжимается до тех пор, пока его температура не достигнет заданного значения, после чего изотермическое сжатие газа приводит к отдаче тепла в высокотемпературный резервуар. Наконец, цикл завершается адиабатическим расширением газа, в результате чего его температура падает до

Работа, совершаемая над газом за один цикл холодильника Карно, показана и дана площадью, ограниченной петлей MPONM .

Работа, совершенная над идеальным газом, равна площади, ограниченной путем диаграммы пВ . Из первого закона эта работа равна

.

Анализ, аналогичный анализу двигателя Карно, дает

В сочетании с (Рисунок) это дает

для коэффициента полезного действия идеального газового холодильника Карно. Точно так же мы можем вычислить коэффициент полезного действия теплового насоса Карно как

.

Мы только что нашли уравнения, представляющие КПД двигателя Карно и коэффициент полезного действия холодильника Карно или теплового насоса Карно, предполагая, что в качестве рабочего тела в обоих устройствах используется идеальный газ.Однако эти уравнения являются более общими, чем следует из их выводов. Вскоре мы покажем, что они оба верны независимо от того, какое рабочее вещество.

Карно резюмировал свое исследование двигателя Карно и цикла Карно в то, что теперь известно как принцип Карно:

Принцип Карно

Никакой двигатель, работающий между двумя резервуарами при постоянных температурах, не может иметь больший КПД, чем реверсивный двигатель.

Этот принцип можно рассматривать как еще одно утверждение второго закона термодинамики, и можно показать, что он эквивалентен утверждению Кельвина и утверждению Клаузиуса.

Двигатель Карно Двигатель Карно имеет КПД 0,60 и температуру его холодного резервуара 300 К. а) Какова температура горячего резервуара? б) Если двигатель совершает работу 300 Дж за цикл, сколько теплоты отводится из высокотемпературного резервуара за цикл? в) Сколько тепла отводится в низкотемпературный резервуар за цикл?

Стратегия Из температурной зависимости теплового КПД двигателя Карно можно найти температуру горячего резервуара.Тогда из определения КПД мы можем найти отводимое тепло при заданной работе, совершаемой двигателем. Наконец, экономия энергии приведет к тому, сколько тепла должно быть сброшено в холодный резервуар.

Решение

  1. Из у нас есть


    чтобы температура горячего резервуара была

  2. По определению КПД двигателя равен , так что теплота, отводимая от высокотемпературного резервуара за цикл, равна
  3. Согласно первому закону теплота, отводимая двигателем в низкотемпературный резервуар за цикл, равна

Значение Двигатель Карно имеет максимально возможную эффективность преобразования тепла в работу между двумя резервуарами, но это не обязательно означает, что он эффективен. По мере увеличения разницы температур горячего и холодного резервуара КПД двигателя Карно увеличивается.

С точки зрения затрат на электроэнергию тепловой насос является очень экономичным средством для обогрева зданий ((Рисунок)). Сравните этот метод с преобразованием электрической энергии непосредственно в тепло с помощью резистивных нагревательных элементов. В этом случае одна единица электрической энергии дает не более одной единицы тепла. К сожалению, у тепловых насосов есть проблемы, ограничивающие их полезность. Их приобретение довольно дорого по сравнению с резистивными нагревательными элементами, и, как показывает коэффициент полезного действия теплового насоса Карно, они становятся менее эффективными при понижении температуры наружного воздуха.На самом деле, при температурах ниже примерно , тепло, которое они выделяют, меньше, чем энергия, используемая для их работы.

Фотография теплового насоса (большая коробка), расположенного снаружи дома. Этот тепловой насос расположен в районе с теплым климатом, например на юге Соединенных Штатов, поскольку он был бы слишком неэффективным в северной части Соединенных Штатов. (кредит: модификация работы Питера Стивенса)

Проверьте свое понимание Двигатель Карно работает между резервуарами на и .а) Каков КПД двигателя? б) Если двигатель совершает работу 5,0 Дж за цикл, сколько теплоты за цикл он поглощает из высокотемпературного резервуара? в) Какое количество теплоты за цикл отводится в резервуар с низкой температурой? г) Какие температуры в холодном резервуаре дадут минимальный и максимальный КПД?

Проверьте свое понимание Холодильник Карно работает между двумя тепловыми резервуарами, температура которых равна и . а) Чему равен КПД холодильника? б) Если за цикл над рабочим телом совершается работа 200 Дж, то какое количество теплоты за цикл отбирается из холодного резервуара? в) Какое количество теплоты за цикл отдается горячему резервуару?

Резюме

  • Цикл Карно является наиболее эффективным двигателем для обратимого цикла, разработанного между двумя резервуарами.
  • Принцип Карно — это еще один способ сформулировать второй закон термодинамики.

Концептуальные вопросы

Для повышения КПД двигателя Карно следует повысить или понизить температуру горячего резервуара? А холодный резервуар?

Для повышения эффективности температура горячего резервуара должна быть повышена, а холодного резервуара – максимально снижена. Это видно на (рис.).

Как можно сконструировать двигатель Карно с эффективностью?

Какие процессы происходят в цикле Карно?

адиабатические и изотермические процессы

Проблемы

Температура холодного и горячего резервуаров, между которыми работает холодильник Карно, составляет и соответственно.Каков его коэффициент полезного действия?

Двигатель Карно работает между резервуарами при температуре 600 и 300 К. Если двигатель поглощает 100 Дж за цикл в горячем резервуаре, какова его работа за цикл?

Двигатель мощностью 500 Вт приводит в действие холодильник Карно между и . а) Какое количество тепла в секунду извлекается из холодильника? б) Какое количество теплоты отдается наружному воздуху в секунду?

Нарисуйте цикл Карно на диаграмме объем-температура.

Тепловой насос Карно работает между и . Какое количество теплоты уходит внутрь дома на каждые 1,0 Дж работы, совершаемой насосом?

Двигатель, работающий между тепловыми резервуарами при температуре и отбирает 1000 Дж за цикл из горячего резервуара. а) Какую максимальную работу может совершить двигатель за цикл? б) Какое количество теплоты отводится в холодный резервуар при выполнении этой максимальной работы за один цикл?

Предположим, что двигатель Карно может работать между двумя резервуарами либо как тепловой двигатель, либо как холодильник.Как связан КПД холодильника с КПД тепловой машины?

Двигатель Карно используется для измерения температуры теплового резервуара. Двигатель работает между резервуаром тепла и резервуаром, состоящим из воды в его тройной точке. (a) Если 400 Дж за цикл удаляется из теплового резервуара, а 200 Дж за цикл накапливается в тройном резервуаре, какова температура теплового резервуара? (b) Если 400 Дж за цикл удаляется из резервуара с тройной точкой, а 200 Дж за цикл накапливается в тепловом резервуаре, какова будет температура теплового резервуара?

Какова минимальная работа, необходимая для холодильника, если он должен извлекать 50 Дж за цикл из внутренней части морозильной камеры при температуре ?

Глоссарий

Цикл Карно
цикл, состоящий из двух изотерм при температурах двух резервуаров и двух адиабатических процессов, соединяющих изотермы
Двигатель Карно
Тепловая машина Карно, холодильник или тепловой насос, работающие по циклу Карно
Принцип Карно
принцип, регулирующий эффективность или производительность теплового устройства, работающего по циклу Карно: любое обратимое тепловое устройство, работающее между двумя резервуарами, должно иметь такой же коэффициент полезного действия или производительности, больший, чем у необратимого теплового устройства, работающего между теми же двумя резервуарами

(PDF) Цикл Карно с уравнением состояния Ван-дер-Ваальса

Eur

J.

Phys 11 (1990) -90 Prylnled

в

UK

UK

AA

Цикл Карно с

I

Ван дер Ваальс Уравнение

из

Состояние

D

C

AGRAWALT и

V

V

J

J

Menons

? Отдел сельскохозяйственной техники, Институт сельскохозяйственных наук, Банарас Индусский университет,

Varanasi 221

005,

Индия

$ Департамент физики, Banaras Indu Университет, Варанаси 221

005,

Индия

Поступила в редакцию 30 марта 1989 г.

Резюме.Мы

получаем

выражение

для

эффективность

из

a

Zusammenfnssung.

WIR GEBEN EINE HERLETUNG

Мех

Die

Aarnot Двигатель с использованием

A

VAN

A

DER

Unistungsfahigkeit

Leistungsfahigkeit Eill Carnot Engine Unter Vetwendung

вещество.

van

der

Waal Gas

als

Wirkungssubstanz.

л.

Введение

Обсуждение цикла Карно и его эффективности составляет

неотъемлемой частью какого-либо курса в бакалавриате

термодинамика (Feynman

ET

A1

1963, ABBOTT и

фургон Нес 1972A, B, c, Warren 1979, Halliday and Res-

nick 1988). Обычная трактовка (Abbott and

Van Ness 1972a, Halliday and Resnick 1988) этой темы

основана на использовании уравнения Рабочая поэтапность

, которая, в свою очередь, приводит к выражению для эффективности экспрессии

:

V

=

1

TC / TH (1)

где

TC

и

TH

относятся к абсолютным температурам

холодного стока и горячего источника соответственно.Далее-

больше, ссылаясь на второй закон термодинамики

в учебниках показано, что

V

обратимого

двигателя не зависит от природы рабочего

вещества.

Во время преподавания этого курса в классах бакалавриата

нам пришло в голову, можно ли проверить вышеупомянутые утверждения о

двигателе Карно для

других уравнений состояния (Abbott and Van Ness 1972b)

таких как e .грамм. известное уравнение Ван-дер-Ваальса.

Мы решаем этот вопрос в разделе 2, резюмируя

выражения давления и внутренней энергии ван-дер-ваальсова газа, вычисляя теплоты, поступающие или

выделяемые в цикле Карно, и, наконец, выводя

желаемая формула эффективности. В разделе 3 мы

указываем на трудности, с которыми можно было бы столкнуться,

, если ту же процедуру провести для более сложных уравнений состояния, и предлагаем

возможный метод преодоления этих трудностей.

2.

Термодинамика

несовершенный газ

2.1.

Уравнение

из

Состояние

Уравнение Ван дер Ваальс (Абботт и Ван Несс

1972B) Для моль несовершенного газа читается

P

=

RT / (V

б)

A / V2 (2)

, где

P,

V, Tand R имеют обычные значения и параметры

A

и

B

константы, которые

можно отнести к критическим значениям (обозначенным индексом с

) как

Чтобы

можно было говорить о цикле Карно, необходимо

дополнить уравнение (2) формулой для внутренней

энергии

U

. Для этого исходим из стандартного термодинамического соотношения (Эббота и Ван-Несса

1972~): –

P]dV (3)

где

Кл,

– удельная теплоемкость при постоянном

объеме.Поскольку dU является полным дифференциалом, отсюда ограничение

dCy/aV

=

(a/aT)[T(aP/dT),

P]

2 =

2 aT2)y

(4)

. Теперь для

P

, заданный уравнением (2)

T (A2P / AT2),

=

0

, подразумевая, что AC, / av

=

0,

, то есть значение

C,

для газа Ван-дер-Ваальса является

a

функцией только температуры

.Использование уравнения (2) и

(3)

(3)

Мы получаем

Выражение для бесконечномального тепла DQ AS

DQ

=

=

+

PDV

=

Cydt

+

РТдВ/(В

б).

(5)

(5)

0143-08071

0088

+

+

50

+

50

@

1990

Ltd

8

Европейский

Phaincal Social

Определения и терминология термодинамики – Engineers Edge

Определения и терминология термодинамики

Руководство по термодинамике

Адиабатический – Описывает процесс, при котором не происходит теплообмена с окружающей средой.

Адиабатический КПД компрессора – отношение работы, необходимой для повышения давления газа до заданного значения изоэнтропическим образом, к фактической работе.

Адиабатический КПД форсунки – Отношение фактической кинетической энергии жидкости на выходе из форсунки к значению кинетической энергии на выходе изоэнтропической форсунки для того же состояния на входе и давления на выходе.

Адиабатический КПД турбины – Отношение фактической производительности турбины к производительности, которая была бы достигнута, если бы процесс между состоянием входа и состоянием выхода был изэнтропическим.

Стандартные допущения для воздуха — допущения, используемые для упрощения анализа сложных газовых циклов. Эти допущения таковы: (1) Рабочей жидкостью является воздух, который непрерывно циркулирует по замкнутому контуру и всегда ведет себя как идеальный газ. (2) Все процессы внутренне обратимы. (3) Процесс горения заменяется процессом подвода тепла. (4) Процесс выхлопа заменяется процессом отвода тепла.

Воздушный стандартный цикл — Цикл, для которого применимы допущения о воздушном стандарте.

Доступность — максимальная полезная работа, которую можно получить от системы в заданном состоянии в заданной среде.

Бинарный паровой цикл. Энергетический цикл, представляющий собой комбинацию двух циклов, один в области более высокой температуры, а другой в области более низкой температуры.

Граница — Реальная или воображаемая поверхность, отделяющая систему от ее окружения.

Цикл Карно. Цикл Карно состоит из четырех обратимых процессов.Два процесса изотермические и два адиабатические. Цикл Карно может выполняться как в замкнутой, так и в стационарной системе.

Эффективность Карно – Эффективность цикла Карно, работающего между двумя тепловыми резервуарами. КПД Карно — это максимальный КПД, который может иметь тепловая машина, работающая между двумя температурами. Эффективность Карно равна (1 – (самая низкая температура) / (самая высокая температура)).

Тепловая машина Карно. Тепловая машина Карно — это гипотетическая тепловая машина, работающая по циклу Карно.

Принципы Карно – (1) КПД необратимой тепловой машины всегда меньше КПД обратимой, работающей между теми же двумя резервуарами. (2) КПД всех обратимых тепловых двигателей, работающих между одними и теми же двумя резервуарами, одинаков.

Холодильник Карно или тепловой насос Карно Холодильник или тепловой насос, работающий по обратному циклу Карно.

Неравенство Клаузиуса. Неравенство Клаузиуса утверждает, что циклический интеграл от dQ/T (изменение теплоты в зависимости от температуры) всегда меньше или равен нулю.(Равенство выполняется для полностью обратимых или внутренне обратимых циклов, а неравенство выполняется для необратимых циклов. )

Заявление Клаузиуса. Утверждается, что невозможно сконструировать устройство, которое работает в цикле и не производит никакого эффекта, кроме передачи тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Утверждение Клаузиуса является формой второго закона термодинамики.

Закрытый нагреватель питательной воды — Устройство, которое часто используется в паровых электростанциях.В закрытом подогревателе питательной воды тепло передается от пара, отводимого от турбины, к питательной воде, поступающей в котел. Пар и питательная вода не смешиваются.

Закрытая система – Система с фиксированной массой. Теплота, рабочая энергия и объем не обязательно фиксированы.

Коэффициент полезного действия теплового насоса – Мера эффективности теплового насоса. Коэффициент полезного действия теплового насоса определяется как доля желаемой производительности над требуемой мощностью теплового насоса.

Коэффициент полезного действия холодильника – Коэффициент полезного действия холодильника представляет собой коэффициент полезного действия холодильника и определяется как часть требуемой производительности по сравнению с требуемой производительностью холодильника.

Стандартное предположение для холодного воздуха — Используется для упрощения анализа газовых циклов. Включает все стандартные допущения по воздуху в дополнение к допущению о том, что рабочая жидкость (воздух) имеет постоянную удельную теплоемкость.

Степень сжатия – Отношение максимального объема к минимальному объему, образующемуся в цилиндре поршневого двигателя.

Принцип сохранения энергии (для общей системы со стационарным потоком с несколькими входами и выходами) – Суммарная энергия, пересекающая границу, в виде теплоты и работы в единицу времени равна общей энергии, переносимой из контрольного объема с массой в единицу времени, за вычетом общей энергии переносится в контрольный объем с массой в единицу времени.

Принцип сохранения массы (для контрольного объема) – Чистое изменение массы в контрольном объеме равно общей массе, поступающей в контрольный объем, минус общая масса, выходящая из контрольного объема.

Коэффициент отсечки – Соотношение объемов цилиндров до и после процесса сгорания в дизельном двигателе.

Циклический процесс – Процесс, в котором начальное и конечное состояния идентичны.

Мертвое состояние — Состояние, находящееся в термодинамическом равновесии с окружающей средой.

Диффузор. Устройство, увеличивающее давление жидкости за счет уменьшения скорости жидкости.

Энтропия – Мера молекулярного беспорядка.

Баланс энтропии для закрытых систем – Изменение энтропии замкнутой системы в процессе процесса равно сумме энтропии, переносимой через границу системы за счет теплопередачи, и энтропии, образующейся в границах системы в результате необратимости.

Баланс энтропии для контрольных объемов. Скорость изменения энтропии в контрольном объеме (dScv/dt) во время процесса равна сумме скорости переноса энтропии через границу контрольного объема за счет теплопередачи, чистой скорости перенос энтропии в контрольный объем массовым потоком и скорость генерации энтропии в границах контрольного объема в результате необратимости.

Изменение энтропии идеальных газов –
постоянная удельная теплоемкость (приблизительная трактовка)
s2 – s1 = Cv, ave ln (T2 / T1) + R ln (v2/v1)
s2 – s1 = Cp, ave ln (T2 / T1) – R ln (P2/ P1)
переменная удельная теплоемкость (точная обработка)
s2 – s1 = s2o – s1o – R ln (P2/P1)

Изменение энтропии твердых тел и жидкостей – s2 – s1 = Cave ln (T2 / T1)

Генерация энтропии – Мера необратимости или несовершенства, которые возникают в течение цикла.

Расширенное свойство — свойство, зависящее от размера или степени системы. (Наиболее обширные свойства обозначаются прописными буквами.)

Внешне обратимый – Процесс называется внешне обратимым, если во время процесса за пределами системы не возникает необратимости.

Работа потока (или энергии потока) — работа, необходимая для вталкивания массы в контрольный объем или из него.Работа потока необходима для поддержания непрерывного потока через контрольный объем.

Тепловая машина — Тепловая машина — это устройство, используемое для преобразования тепла в работу. Все тепловые двигатели можно охарактеризовать следующим: (1) Они получают тепло от высокотемпературного источника (солнечная энергия, масляная печь, ядерный реактор и т. д.). (2) Они преобразуют часть этого тепла в работу (обычно в виде вращающегося вала). (3) Они отбрасывают оставшееся отработанное тепло в низкотемпературный сток (атмосфера, реки и т. д.).). (4) Они работают по циклу.

Тепловой насос. Тепловой насос представляет собой устройство, передающее тепло от низкотемпературной среды к высокотемпературной среде.

Регенерация тепла – процесс, при котором тепло передается устройству хранения тепловой энергии (регенератору) в течение одной части цикла и возвращается обратно к рабочему телу в течение другой части цикла.

Резервуар тепла – Резервуар тепла представляет собой резервуар тепловой энергии, который поставляет или поглощает энергию в форме тепла.И источники, и стоки являются резервуарами тепла.

Идеальный цикл — модельный цикл, который напоминает реальный цикл, но не содержит внутренне необратимых процессов.

Закон идеального газа — уравнение состояния, которое обычно является точным только при низком давлении и/или высокой температуре. Закон идеального газа гласит: PV = nRT, где P = давление, V = объем, n = количество молей, R = универсальная газовая постоянная и T = температура.

Идеальный цикл Ренкина. Идеальный цикл Ренкина не включает никаких внутренних необратимостей и состоит из следующих четырех процессов: 1-2, изоэнтропическое сжатие в насосе; 2-3 – подвод тепла в котле при постоянном давлении; 3-4 — изоэнтропическое расширение в турбине; 4-1, отвод тепла в конденсаторе при постоянном давлении.

Принцип увеличения энтропии. Указывает, что общее изменение энтропии, связанное с процессом, должно быть положительным или равным нулю.

Интенсивное свойство — свойство, не зависящее от массы. (Интенсивные свойства обычно обозначаются строчными буквами.)

Внутренняя энергия. Свойство, значение которого представляет собой сумму всех микроскопических форм энергии.

Внутренне обратимый — процесс, при котором необратимость не возникает в границах системы.

Внутренне обратимый адиабатический процесс (изэнтропический процесс) – Процесс без теплопередачи (адиабатический) и без необратимости внутри системы (внутренне обратимый).Энтропия фиксированной массы должна оставаться постоянной во время изоэнтропического процесса.

Внутренне обратимый – Процесс, при котором необратимость не возникает в границах системы.

Необратимый процесс — процесс, который оставляет след в окружающей среде при обратном ходе.

Необратимость – Любая разница между обратимой работой и полезной работой.

Изэнтропические процессы чистых веществ – s2 = s1

Изэнтропические процессы твердых тел и жидкостей – T2 = T1

Изобарический – Описывает процесс, при котором давление является постоянным.

Изохорный – Описывает процесс, для которого объем является постоянным.

Изолированная система — особый случай, когда энергия не пересекает границы системы.

Изотермический – Описывает процесс, при котором температура постоянна.

Формулировка второго закона Кельвина-Планка. Утверждается, что ни одна система не может производить чистую работу, работая в цикле и обмениваясь теплом с одним резервуаром тепловой энергии.

Шкала Кельвина — абсолютная термодинамическая температурная шкала, впервые предложенная лордом Кельвином. В обратимом процессе отношение тепла, связанного с высокой температурой, к теплу, связанному с низкой температурой, равно отношению высокой температуры к низкой температуре.

Массовый расход — количество массы, протекающей через площадь поперечного сечения в единицу времени.

Смесительная камера — место, где смешиваются две или более жидкости.

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. Метод, при котором газ сжимается поэтапно и охлаждается между каждым этапом путем пропускания газа через теплообменник, называемый промежуточным охладителем.

Форсунка – Устройство, увеличивающее скорость жидкости за счет давления.

Открытый подогреватель питательной воды. Открытый подогреватель питательной воды представляет собой смесительную камеру, в которой пар, выходящий из турбины, смешивается с питательной водой, поступающей в котел.

Открытая система или контрольный объем — выбранная область в пространстве, часто используемая для изучения массового расхода. И масса, и энергия могут пересекать границу открытой системы.

Путь — ряд состояний, через которые проходит система во время процесса.

Вечный двигатель. Вечный двигатель — это устройство, нарушающее либо первый, либо второй закон термодинамики.

Вечный двигатель первого рода (PMM1) — Вечный двигатель первого рода — это устройство, нарушающее первый закон термодинамики (путем создания энергии).

Вечный двигатель второго рода (ВМ2) — Вечный двигатель второго рода — это устройство, нарушающее второй закон термодинамики.

Коэффициент давления – Отношение высокого давления к низкому давлению в цикле Брайтона.

Процесс – Любое изменение, которое система претерпевает от одного состояния равновесия к другому.

Насос. Устройство, работающее как компрессор, но работающее с жидкостями, а не с газами.

Чистое вещество – Вещество, имеющее единый состав.

Холодильник – Устройство, передающее тепло от низкотемпературной среды к высокотемпературной среде.

Регенерация – Процесс, в котором нагреватель питательной воды использует пар, извлеченный из турбины, для предварительного нагрева воды, поступающей в котел. Регенерация часто используется на электростанциях.

Относительное давление – (P2/P1) s = const = Pr2/ Pr1

Относительный удельный объем – (v2/v1) s = const = vr2/ vr1

Обратимый процесс – Процесс, при котором система может быть возвращена в исходное состояние, не оставляя никаких следов в окружающей среде.(И система, и окружение могут быть возвращены в исходное состояние в конце обратимого процесса.)

Обратимая работа — максимальное количество полезной работы, которое может быть получено, когда система проходит процесс между указанными начальным и конечным состояниями.

Раковина

– Раковина представляет собой резервуар, который поглощает энергию в виде тепла.

Источник – Источник представляет собой резервуар, поставляющий энергию в виде тепла.

Постулат состояния. Утверждает, что состояние системы может быть полностью определено двумя независимыми интенсивными свойствами.

Процесс со стабильным потоком — Процесс, во время которого жидкость непрерывно течет через контрольный объем. Стационарный процесс характеризуется следующим: (1) Никакие свойства (интенсивные или экстенсивные) в пределах контрольного объема не меняются со временем. (2) На границах контрольного объема свойства не меняются со временем.(3) Взаимодействие теплоты и работы между стационарной системой и ее окружением не меняется со временем.

Stream Availability — Доступность потока жидкости.

Окружение – Масса или регион вне системы.

Работа в окружении – Работа, выполняемая окружением или против него во время процесса.

Система – Количество материи или область в пространстве, выбранная для изучения.

Тепловой КПД – Термальный КПД представляет собой долю подводимого тепла, которая преобразуется в чистую выходную мощность. Тепловой КПД является мерой производительности тепловой машины.

Резервуар тепловой энергии. Резервуар тепловой энергии представляет собой гипотетическое тело с относительно большой емкостью тепловой энергии (масса, умноженная на удельную теплоемкость), которое может отдавать или поглощать конечное количество тепла без каких-либо изменений температуры.

Термодинамическая температурная шкала – Температурная шкала, которая не зависит от свойств веществ, используемых для измерения температуры.

Термодинамическое равновесие. Возникает, когда во всей системе существует одинаковая температура.

Третий закон термодинамики. Утверждается, что энтропия чистого кристаллического вещества при температуре абсолютного нуля равна нулю.

Дроссельный клапан – Любое ограничивающее поток устройство, вызывающее значительное падение давления в рабочей жидкости. Падение давления часто сопровождается большим падением температуры. Дроссельные клапаны часто используются в системах охлаждения и кондиционирования воздуха.

Полностью обратимый — процесс является полностью обратимым, если он не связан с необратимостью в системе или ее окружении.

Ловушка. Ловушка представляет собой устройство, которое позволяет дросселировать жидкость в область более низкого давления, но улавливает любой пар.

Турбина – Устройство, преобразующее тепловую энергию в рабочую энергию.

Равномерно-поточный процесс – Процесс с нестационарным течением со следующими идеализациями: (1) В любой момент процесса состояние контрольного объема является однородным (т. е. одинаковым на всем протяжении).Состояние контрольного объема может меняться со временем, но оно будет происходить равномерно. (2) Свойства жидкости могут отличаться от одного входа или выхода к другому, но поток жидкости на входе или выходе является равномерным и устойчивым. Свойства не меняются со временем или положением в поперечном сечении входа или выхода.

Процесс с нестационарным потоком (или процесс с переходным потоком) — процесс, который включает изменения в контрольном объеме во времени.

Actual Useful Work (Полезная работа) — Его значение представляет собой разницу между фактической работой и работой окружения.

Коэффициент использования – Коэффициент использования представляет собой отношение суммы полезной выработки плюс отданное технологическое тепло к общему подводимому теплу когенерационной установки.

Объемный расход — объем жидкости, протекающей через площадь поперечного сечения в единицу времени.

Рабочая жидкость – Жидкость, к которой и от которой передается тепло в циклическом устройстве.

Домашнее задание 132 Стива Боддекера

Ч 22 №5, 8, 13 , 27 , 31 , 35, 43, 59, поезд

 

Ч 22.1 № 5

Многоцилиндровый Бензиновый двигатель самолета, работающий при 2500 об/мин, потребляет энергии 7890 Дж и выдает 4580 Дж на каждый оборот коленчатого вала. а) Сколько литров топлива он потребляет? за 1,00 ч работы, если теплота сгорания равна 4,03 10 7 Дж/л? б) Какова выходная механическая мощность двигатель? Пренебрегите трением и выразите ответ в лошадиных силах. в) чему равен крутящий момент коленвал под нагрузкой? г) какая мощность должны ли выхлопная система и система охлаждения выводиться из двигателя?

(а) 2500 об/мин (60 мин/1 час) (7890 Дж/об) (1 / (4. 03 10 7 ) л/Дж) = 29,4 л/ч

 

(б)

Q h = W eng + Q c

Q h /t = W eng / t + Q c / t

Вт англ /т = Q ч / т – Q с

Мощность = Работа/время

P eng = Q h / т – Q c / т

P eng = (7890-4580) Дж/об (2500 об/мин)

P eng = 8.28×10 6 Дж/мин (1 мин/60 с)

P eng = 138 000 Вт (1 л.с. / 746 Вт)

P eng = 185 л.с.

 

(в) P eng = τ ω

τ = P eng / ω

τ = (7890-4580)Дж/об (1об/2π)

τ = 527 Дж

 

(d) P выхлоп = Q c /t

P выхлоп = (4580) Дж/об (2500 об/мин)

P выхлоп = 11. 5×10 6 Дж/мин (1 мин/60 с)

P выхлоп = 191 000 Вт (1 л.с. / 746 Вт)

P выхлоп = 256

л.с.

 

 

Гл. 22.2 #8

Холодильник имеет коэффициент полезного действия 3,00. Отсек для лотка для льда имеет температуру 20,0°C, а температура в помещении 22,0С. Холодильник может преобразовать 30,0 г воды при 22,0С до 30,0 г льда при 20,0С каждую минуту.Какая входная мощность требуется? Дайте ответ в ваттах.

 

Тепло удалено каждую минуту, Q c /t

Q с /т = (mc лед ΔT + m L f-лед + mc вода ΔT) /минута

Q с /т = (30()20 + 30(80) + 30(1)22 ) / минута

Q с /т = 3360 кал/минута

Q с /т = 3360 кал/мин (4,186 Дж/кал)(1 мин/60 с)

Q с /т = 234 Дж/с (или Вт)

COP = Q c /W

Работа = Q c /COP

Работа = Q с /3

Мощность = Работа / время

Мощность = 234 Дж/с / 3

Сила = 78 Вт

 

 

 

Ч 22. 3 № 13

Идеальный газ пройден цикл Карно. Изотермическое расширение происходит при 250С, а изотермическое сжатие происходит при 50,0°С. Газ забирает 1200 Дж энергии из горячего резервуара за время изотермическое расширение. Найдите (а) энергия, вытесняемая в холодный резервуар в каждом цикле, и (b) чистая работа, выполняемая газом в каждом цикле.

(а) |Q с | = | Q ч | Т с ч

|Q c | = 1200 (273+50)/(273+250)

|Q c | = 741 Дж

(б) W eng = |Q h | – | Q c |

Вт eng = 1200 – 741

Вт eng = 459 Дж

 

 

Ч 22.4 № 27

Сколько работает идеальному холодильнику Карно требуется удалить 1,00 Дж энергии из гелия при 4,00 К и отбрасывать эту энергию в окружающую среду при комнатной температуре (293 К)?

(КС) Карно хладагент = T c / ∆T

КПД = 4 / (293-4)

КПД = 0,0138

Работа = |Q c | / КС

Работа = 1 Дж/ 0,0138

Работа = 72,2 Дж

 

 

Ч 22. 5 № 31

В цилиндре в автомобильном двигателе сразу после сгорания газ ограничивается объемом 50,0 см 3 и имеет начальное давление 3,00 x 106 Па. Поршень движется наружу до конечного объема 300 см 3 и газ расширяется без потери энергии на тепло. (а) Если γ = 1,40 для газа, какое конечное давление? б) какую работу совершает газ расширяется?

(а)

П и В и γ = П В γ

P = P i (V i / V) γ

P = 3×106 (50/300) γ

Р = 0.244 x 106 Па

или 244 кПа

(б) Ш = P ∫dV

W = P i ∫ (V i /V) γ дВ

Вт = P i В i γ ∫ В γ дВ

W = P i V i γ [ ∆V γ +1 ] / (-γ+1)

Вт = 3×10 6 (5×10 -5 ) 1. 4 [(5×10 -5 ) -.4 – (30×10 -5 ) -.4 ] / (-1,4+1)

Вт = 192 Джоулей

 

 

Ч 22.6 #35

Лоток для льда содержит 500 г жидкой воды при 0°С. Рассчитайте изменение энтропии воды, так как она медленно и полностью замерзает при 0°С.

∆S = ∆Q/T

∆S = м л / Т

∆S = -(1/2кг)(3,33×105 Дж/кг) / 273K

∆С = -610 Дж/К

 

 

Ч 22.7 № 43

Как быстро ты лично заставляет энтропию Вселенной увеличиваться прямо сейчас? Вычислить оценка по порядку величины, указывающая, какие количества вы принимаете в качестве данных и ценности, которые вы измеряете или оцениваете для них.

Энтропия есть мера беспорядка. Мы едим пищу, расщепляем ее и расходуем как одноразовую форму. тепло тела. Средний человек ест 2500 ккал в день.

2 500 000 кал/день (4,186 Дж/кал) (1 день/24 часа) (1 час/3600 секунд) = 120 Дж/с = 120 Вт

∆S = ∆Q/T

∆S/∆t = ∆Q/T /∆t

∆S/∆t = ∆Q/∆t/T

∆S/∆t = ∆Q/∆t/T

∆S/∆t = 120 Вт / (273+20)

∆S/∆t = 0.4 Вт/К

Спрашивается СЕЙЧАС, сколько из вас СЕЙЧАС водят машину? Ответ: нет

Но если включить вождение автомобиля, сидение в кондиционере, и т.д. вы вносите НАМНОГО больше, чем ≈ 1 Вт/К

 

Ч 22 № 59

Силовая установка, имея КПД Карно, производит 1000 МВт электроэнергии из турбины, которые всасывают пар при температуре 500 К и отбрасывают воду при температуре 300 К в проточную река.Вода ниже по течению 6,00 K теплее за счет мощности силовой установки. Определить скорость течения реки.

эфф = 1 Т с ч

эфф = (T ч Т в ) /Т ч

эфф = W eng / Q h

эфф = Вт eng /∆t/ Q ч /∆t

 

ч T c ) /T h = W eng /∆t/ Q ч /∆t

ч Т в ) /Т ч = Мощность / Q ч /∆t

Q ч /∆t = PT ч / (Т ч Т с )

 

W eng = |Q h | – | Q c |

Вт англ /∆t = |Q ч |/∆t – |Q с |/∆t

П = PT ч / (Т ч Т с ) – мк∆T/∆t

mc∆T/∆t = PT h /(T h T c ) – P

mc∆T/∆t = PT h /(T h T c ) P [(T h T c )/(T h T c

09 )]

(м/∆t) c∆T = PT c /(T h T c )

м/∆t = P Т с / [(Т ч – Т с ) с ∆Т]

м/∆t = 10 9 (300) / [(500-300)4186(6)]

м/∆t = 5. 97 x 10 4 кг/с

 

 

Ч 22 поезд

Для ускорения поезда используется реальный двигатель с КПД 20,0%. из состояния покоя до 5,00 м/с. Известно, что идеальная машина (Карно) имеет одни и те же холодные и горячие резервуары ускорят один и тот же поезд из состояния покоя в скорость 6,50 м/с при том же количестве топлива. Предполагая, что двигатели используют воздуха при 300 К как резервуара холода, найти температуру пара, служащего резервуаром горячий резервуар.

Работа = Дмв 2

Работа = Дм5 2

Работа = 12,5 м

e = W eng / Q h

20 % = 12,5 м / Q ч

Q ч = 62,5 м

e carnot = 1 T c /T h

и не = Работа макс. / Q ч

и не = Дм6.5 2 / Q ч

1 T c /T h = 21,125 м / Q h

1 300/Т ч = 21,125 м / 62,5 м

Т ч = 453,2 К

 

Термодинамическая теория идеальной машины Стирлинга

Двигатели Стирлинга

— одно из тех устройств, которые очаровывали многих инженеров (включая меня) на протяжении многих лет, особенно когда мы молоды и впечатлительны, прежде чем мы стали слишком циничными в отношении мира.Это также одна из тех технологий, которые на самом деле не получили широкого распространения, несмотря на крики ютуберов о «бесплатной энергии», так что, очевидно, это не идеальное решение для многих проблем, но для некоторых приложений они действительно являются отличными двигателями.

В последнее время команда Midé потратила много времени, чтобы запустить новый проект Stirling для морской пехоты США. Я выбрал двигатель с циклом Стирлинга для этого приложения из-за его естественного высокого КПД и потому, что это двигатель внешнего сгорания.Чтобы поддержать этот проект, мне нужно было провести значительное количество исследований в области теории двигателей Стирлинга, чтобы мы могли лучше разработать решение для наших вооруженных сил. В этом посте я поделюсь с вами некоторыми основами, которые я изучил, и предоставлю инструмент, который поможет визуализировать цикл Стирлинга. Надеемся, что этот инструмент поможет вам перепроверить некоторые основные расчеты, которые вы, возможно, захотите сделать, а также предоставит удобный способ построения графика некоторых свойств идеального цикла Стирлинга. Вы можете найти калькулятор на этой странице: Калькулятор идеального цикла Стирлинга

Рисунок 1: Ранний прототип двигателя Стирлинга, изготовленный в Миде в рамках проекта для морской пехоты.


Обзор

Двигатель Стирлинга — это разновидность тепловой машины, сформулированная Робертом Стирлингом в 1816 году; это означает, что он может преобразовывать поток тепла в механическую работу (например, вращение коленчатого вала). Ключевым термином является «поток тепла»; должны быть два «резервуара», которые разделены, и эти резервуары должны иметь разную температуру, чтобы этот поток имел место между ними. Если вы поместите теплопровод между двумя резервуарами с течением времени, они оба достигнут одной и той же температуры, что указывает на то, что энергия «перетекает» из горячего резервуара в холодный резервуар.

Двигатель Стирлинга использует этот поток энергии от горячего к холодному и выкачивает часть его как механическую работу. Двигателю Стирлинга нужна горячая и холодная секции, которые изолированы друг от друга. Умный способ направления рабочей жидкости между двумя секциями позволяет двигателю производить механическую работу. Тепло передается от горячей части к двигателю, часть энергии уходит из двигателя в виде полезной механической работы, а часть уходит в виде теплопередачи в холодную часть.Помните, что энергия никогда не может быть уничтожена, поэтому, если вы суммируете всю энергию, выходящую из двигателя (т. е. полезную работу + передачу тепла в холодную часть), она должна равняться количеству энергии, поступающей в двигатель в виде теплопередачи из горячей части. Этот энергетический баланс является первым законом термодинамики и соблюдается всегда.

Рисунок 2: Термодинамическая диаграмма теплового двигателя

Уравнение 1: первый закон термодинамики для двигателя Стирлинга, первый закон представляет собой просто энергетический баланс системы


Комментарии по тепловой эффективности

Отношение полезной работы к теплопередаче в двигатель называется тепловым КПД.Думайте об этом как о соотношении того, что вы хотите (полезная механическая работа), к затратам (передача тепла в двигатель).

Уравнение 2: Расчет теплового КПД для Stirling

КПД никогда не может быть выше 1. КПД 1 будет означать, что вся теплопередача в двигатель превращается в полезную работу, а теплопередача в холодную часть вообще отсутствует. КПД, равный 0, указывает на то, что полезная работа не производится и вся теплопередача от горячей секции просто уходит из двигателя в виде теплопередачи к холодной секции.Если вы поместите два кирпича рядом друг с другом, один горячий, а другой холодный, в идеально изолированную коробку и оставите их там на некоторое время, вы, вернувшись, обнаружите два теплых кирпича. Технически это тепловая машина с КПД 0; тепло передавалось от горячего кирпича к холодному в соотношении 1:1, не производя при этом полезной работы.

Оказывается, КПД тоже никогда не может равняться 1; Извините, но второй закон термодинамики – это настоящая ерунда. Вывод соотношения, ограничивающего физически возможные уровни эффективности, — это совсем другая тема, но она называется эффективностью Карно в честь Николя Леонара Сади Карно.Он смог постулировать максимальную эффективность, которую можно было ожидать, не нарушая второй закон термодинамики. Можно вычислить КПД Карно, зная только температуры горячего участка и холодного участка, между которыми работает данная тепловая машина. Это означает, что у вас никогда не будет тепловой машины, которая не отводит хотя бы часть тепла в холодную часть.

Уравнение 3: Эффективность Карно ограничивает реалистичную производительность двигателя

Рисунок 3: Пример теплового КПД Карно или Стирлинга в сравнении с КПДтемпература горячей секции

Если построить возможный КПД Карно с учетом температуры горячей секции, можно увидеть, что чем больше разница температур между горячей и холодной сторонами, тем выше возможный КПД. Не все двигатели могут даже теоретически (не говоря уже о реальности) достичь эффективности Карно. Например, идеальный дизельный двигатель никогда, даже в идеальном мире, не мог бы сравниться по эффективности с теоретической тепловой машиной Карно. Некоторые другие типы тепловых двигателей могут соответствовать двигателю Карно по теоретическим характеристикам.Двигатель Стирлинга является одним из примеров этого. Следовательно, эффективность Карно при данной температуре горячей и холодной частей равна эффективности Стирлинга между теми же самыми горячими и холодными частями.

Уравнение 4: Идеальный тепловой КПД Стирлинга равен КПД Карно

Чтобы Стирлинг работал непрерывно, вам необходимо иметь горячую секцию, которая постоянно нагревается от какого-либо источника, и холодную секцию, которая каким-то образом охлаждается. Без постоянного нагрева горячей секции и охлаждения холодной секции в конечном итоге между ними будет передаваться достаточно тепла, так что вы просто получите две теплые секции.Как только это произойдет, у вас больше не будет этой разницы температур между секциями, эффективность упадет до 0, и тепло не будет передаваться через двигатель, поскольку разницы температур не существует.

В двигателе Midé горячая часть нагревается за счет сжигания биомассы, а холодная часть охлаждается водой, которая затем проходит через радиатор. Это позволяет нам поддерживать горячую часть при температуре около 900 К, а холодную — около температуры кипения воды (373 К). Если вы выполните математику для расчета эффективности Карно (и, следовательно, эффективности Стирлинга), эти температуры означают, что никогда нельзя ожидать получения эффективности выше 0. 58 без взрыва Вселенной. К сожалению, сразу почти половина энергии, которую вы вкладываете в наш двигатель, ГАРАНТИРОВАННО выходит в виде передачи отработанного тепла в холодную часть. Сейчас мы просто говорим об абсолютно совершенных двигателях, и это все, о чем пойдет речь в этом посте, но в реальном мире существует множество других факторов, которые делают невозможным достижение уровня эффективности Карно. Вы суперзвезда, если можете получить половину Карно.


Двигатель Стирлинга как цикл

Тепловые двигатели цикличны, и это относится к двигателю Стирлинга.В случае поршневого двигателя, подобного тому, что мы построили, между секцией удержания и холодной секцией происходит процесс, который повторяется с определенной частотой. Тепло поглощается двигателем импульсами, а затем отводится в холодную часть и при работе импульсами. Обычно к двигателю добавляется маховик, чтобы сгладить эти импульсы и поддерживать вращение механизма. Тепло из горячей секции передается в холодную через какое-либо рабочее тело (воздух, гелий, водород, азот или любой другой газ, некоторые лучше других). Для Стирлинга термодинамический цикл можно описать четырьмя частями.

Рисунок 4: Идеальный цикл Стирлинга

Состояние от 1 до 2

В состоянии 1 рабочая жидкость имеет максимальный объем, минимальную температуру и минимальное давление. Из состояния 1 в состояние 2 силовой поршень сжимает рабочую жидкость, в то время как тепло передается из системы, которая поддерживает постоянную низкую температуру рабочей жидкости. Когда двигатель находится в состоянии 2, рабочая жидкость находится в сжатом состоянии (высокое давление и малый объем), но остается при той же температуре, что и в состоянии 1.Работа, которая требовалась для сжатия объема, обеспечивается запасенной энергией в маховике двигателя.

Состояние от 2 до 3

В состоянии 2 рабочая жидкость имеет минимальный объем, минимальную температуру и среднее давление. Между состояниями 2 и 3 объем поддерживается постоянным, в то время как горячая секция добавляет тепло для повышения температуры.

Состояние от 3 до 4

В состоянии 3 рабочая жидкость достигла максимальной температуры, максимального давления, а также минимального объема.Из состояния 3 в состояние 4 рабочая жидкость расширяется, совершая при этом полезную работу. В процессе расширения добавляется больше тепла, чтобы поддерживать постоянную температуру системы. Энергия, полученная во время этого расширения, перевешивает энергию, которая потребовалась для сжатия объема между состояниями 1 и 2, обеспечивая чистую положительную работу.

Состояние от 4 до 1

Для возврата двигателя в состояние 1, с которого он начал, от рабочей жидкости отводится тепло, а объем поддерживается постоянным.

Рисунок 5: Цикл, показывающий соотношение между давлением и объемом во время цикла двигателя Стирлинга, и с каждым состоянием, помеченным


Сводка уравнений

Можно рассчитать свойства жидкости во всех этих различных состояниях по следующим формулам:

Кроме того, полезную работу можно рассчитать по следующей формуле. CR означает «Степень сжатия» (максимальный объем двигателя, разделенный на минимальный объем двигателя).Обратите внимание, что эта формула дает количество работы на единицу массы рабочего тела за один оборот двигателя Стирлинга. Температуры также должны быть в абсолютной шкале (например, Ренкина или Кельвина).

Уравнение 5: Работа на единицу массы рабочей жидкости, подаваемой идеальным двигателем Стирлинга за один оборот (цикл)

Важно иметь в виду, что все эти представленные числа относятся к идеальному циклу Стирлинга, которого никогда не будет в реальной жизни, все реальные двигатели являются приближениями к идеальным термодинамическим циклам.Знание того, как изменить эти идеальные отношения, чтобы они отражали реальный мир, — это совсем другая тема, которая может быть рассмотрена в следующей статье!


Реальные конфигурации Стирлинга

Для контроля передачи тепла рабочей жидкости или от нее в большинстве двигателей Стирлинга имеется так называемый «вытеснительный» поршень, который просто предотвращает контакт между рабочей жидкостью и горячей или холодной секцией в зависимости от ее положения. Для изменения объема системы обычно используется силовой поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в отверстии цилиндра, часто этот поршень соединяется с коленчатым валом для получения полезной работы.

Существует много способов, которыми инженер может механически связать силовой поршень, поршень вытеснителя и теплообменники для получения эффектов, необходимых во время цикла Стирлинга. Ни один механизм точно не имитирует необходимые движения, поэтому в реальных двигателях Стирлинга одним из источников потерь является «приближение» цикла, необходимого для создания реальной машины. Двумя наиболее распространенными типами конфигураций движка являются бета-тип и альфа-тип. Двигатель Midé Stirling является бета-версией.

Рисунок 6: Настоящий двигатель Стирлинга, альфа-конфигурация (Источник анимации: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAlpha_Stirling.gif)

Рис. 7. Реальный двигатель Стирлинга, бета-конфигурация (Источник анимации: https://commons.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.