Круговые процессы. Прямые и обратные циклы. Оценка их эффективности. Цикл Карно.

Для непрерывного превращения теплоты в работу (это назначение любого теплового двигателя) необходимо осуществление круговых процессов.

Рассмотрим процессы являющиеся разомкнутыми, в которых параметры непрерывно и односторонне изменяются. Для непрерывного превращения теплоты в работу разомкнутый процесс не пригоден и должен быть заменён замкнутым процессом – циклом.

g = ∆U + l

Цикл Карно.

Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из 2-х изотермических и из 2-х адиабатных процессов. Обратимый цикл Карно в p,υ- и T,s- диаграммах показан на рис.3.1.

1-2 – обратимое адиабатное расширение при s₁=Const. Температура уменьшается от Т₁ до Т₂.
2-3 – изотермическое сжатие, отвод теплоты q₂ к холодному источнику от рабочего тела.
3-4 – обратимое адиабатное сжатие при s₂=Const. Температура повышается от Т₃ до Т₄.
4-1 – изотермическое расширение, подвод теплоты q₁ к горячего источника к рабочему телу.
В обратном адиабатном процессе трение отсутствует => энтропия = const.

S₂ = S₃ и S₄ = S₁,

Подвод и отвод теплоты

Термический КПД цикла – это отношение количества теплоты преобразованной в работу к

Количеству приведенной теплоты.

полезная работа

изменения внутренней энергии в круговых процессах не происходит. Обратный цикл Карно имеет наивысший КПД.

10. Водяной пар. Фазовая Pt – диаграмма водяного пара.

Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. Его получают в процессе подогрева воды до кипения в паровых котлах(парогенераторах).Различают: влажный, насыщенный, сухой насыщенный и перегретый пар.

Насыщенный пар. При испарении наиболее подвижные молекулы покидают пределы воды. Часть вылетевших молекул в следствии теплового движения возвращаются обратно в воду. Спустя некоторое время при данной температуре наступает динамическое равновесие между покидающими и возвращающимися в воду молекулами. Заполнившие пространство над водой молекулы и образуют сухой насыщенный пар. Всплывая на поверхность паровые пузырьки лопаются, над поверхностью кипящей воды образуется двух фазная среда, состоящая из мелких капель воды и сухого насыщенного пара, которую называют влажным насыщенным паром.

Когда давление насыщенного пара не меньше внешнего давления перегретый пар отличается от насыщенного тем, что при одном и том же давлении его температура всегда выше чем у сухого насыщенного.

Массовую долю сухого насыщенного пара называют степенью сухости и обозначают буквой X(1>=X>=0).Аналогично величину (1-Х) называют влагосодержанием или степенью влажности пара. Удельный объём, энтальпия и энтропия влажного насыщенного пара:

параметры с одним штрихом соответствуют кипящей воде, с двумя сухому насыщенному пару.Значения параметров с одним и двумя штрихами приводят к специальным таблицам термодинамических свойств водяного пара.Процесс парообразования является одновременно и изобарным и изотермическим.Насыщенный пар используется в технологических целях, а перегретый для производства электроэнергии.

Фазовая Рt- диаграмма водяного пара.

Подвод теплоты к воде ведет к повышению ее температуры (от Та до Тb).В точке b начинается процесс парообразования (кипения). Теплота при этом будет расходоваться на парообразование, а не на повышение температуры, до того как вся вода не превратиться в пар. Точку b –точка парообразования. Проведя опыты при различных давлениях и получив при этом точки парообразования ( b1 и b2), соединим их кривыми и получим кривую насыщения (парообразования). При некотором давлении Р4 переход жидкости в пар осуществляется не при одной температуре, а постепенно. Это означает что на кривой насыщения существует предельная точка, при которой происходит переход жидкости в пар. Эту точку обозначают буквой к и называют критической точкой. Параметры критической точки для различных веществ различны. Для воды и водяного пара Рк=22,1 МПа, tk=374 C.

На диаграмме существует тройная точка –­ состояние, в котором одновременно сосуществует три фазы: твердая, жидкая, газообразная. На диаграмме она практически совпадает с началом координат.

На рисунке представлена кривая насыщения воды и водяного пара.

Как видно из рисунка температура кипения воды тем выше, чем больше давление Р.