Цикл Карно. Наиболее экономичным циклом тепловых двигателей является идеальный цикл Карно.

Наиболее экономичным циклом тепловых двигателей является идеальный цикл Карно.

В 1824 г. С. Карно опубликовал фундаментальный труд по теории теплотехники ²Размышления о движущейся силе огня и машинах, способных развивать эту силу², в котором был рассмотрен абстрактный тепловой двигатель с простейшим идеальным циклом, состоящим из обратимых процессов.

 

В цикле Карно теплота к рабочему телу подводится в изотермическом процессе AB, рис.5.1. Далее работа расширения совершается за счет уменьшения внутренней энергии рабочего тела в адиабатном процессе – BC . Отвод теплоты в теплоприемник производится в изотермическом процессе сжатия CD. Цикл замыкается адиабатой сжатия DA.

Таким образом, за весь цикл рабочему телу от теплоисточника сообщена теплота q1 и отведена в теплоприемник теплота q2 .Запишем термический КПД этого цикла: .

Рис. 5.1

. Выразим q1 и q2 через параметры изотермического процесса:

q1 = RT1 ln и q2 = RT2 ln .

Подставим их значения в КПД, получим:

.

В адиабатных процессах цикла выразим температуры через удельные объемы

,

Откуда vB/vC = vA/vD или vB/vA = vC/vD .

В итоге, после сокращения уравнение термического КПД цикла Карно имеет вид:

(5.1)

Анализ выражения (5.1) показывает, что термический КПД обратимого цикла Карно:

– зависит только от абсолютных температур теплоисточника и теплоприемника (он будет тем больше, чем выше температура теплоисточника и чем ниже температура теплоприемника);

– всегда меньше единицы, так как для получения = 1 необходимо иметь T2 = 0 или T1 = ∞ , что неосуществимо;

–-не зависит от природы рабочего тела и при T1 = T2 равен нулю, т.е. если тела находятся в тепловом равновесии, то от них невозможно получить работу;

– имеет наибольшее значение по сравнению с КПД любого цикла, осуществляемого в одном и том же интервале температур.

Последнее можно показать, используя координаты Ts. Любой произвольный цикл (пусть это будет цикл 1-2-3-4 на рис.5.2) можно впи-

сать в цикл Карно ABCD. Хотя значения максимальных и минимальных температур у этих циклов одинаковы, КПД произвольного цикла меньше, потому что полезноиспользуемая теплота

qц 12341 < qц ABCD , а отведенная теплота q2 а143b > q1aDCb.

Цикл Карно не применяется в реальных тепловых двигателях. И не только потому, что реальные процессы необратимы. Оказывается, что осуществить процессы, из которых состоит цикл Карно, нецелесообразно. Рис. 5.2

Если изобразить газовый цикл Карно в pv –координатах строго в соответствии с полученными реальными значениями параметров в точках А, В, С и D, то из-за относительно небольшой разницы в крутизне изотерм и адиабат окажется, что площадь этого цикла ничтожна, а протяженность его в направлениях обеих координат велика. Так, например, в цикле Карно при

PC = 0,1 МПа, TC = 1000 К и TA = 2500 К давление в конце сжатия должно быть около 4,5 103 МПа, а объем при расширении должен увеличиться в 400 раз. В существующих же двигателях давление не превышает

4,5 МПа, а объем изменяется не более чем в 25 раз. Таким образом, если построить поршневой двигатель, работающий по циклу Карно, то его преимущество по термическому КПД будет сведено на нет потерями на трение поршня в очень длинном цилиндре.

В реальных условиях осуществить цикл Карно невозможно, но значение его КПД может служить эталоном при опенке совершенства любых циклов тепловых двигателей.

Выше рассмотрен цикл Карно, в котором направление процессов совпадает с движением часовой стрелки A-B-C-D-A (рис.5.1). Такой цикл называют п р я м ы м. Если же совершается цикл против часовой стрелки A-D-C-B-A, его называют о б р а т н ы м. В обратных циклах за счет затраты энергии в форме работы теплота передается от холодного источника горячему, в результате чего происходит охлаждение холодного источника и нагрев горячего. Такой цикл рассматривается в холодильных установках.

 








Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 1805;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.