![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Цикл Карно и его КПД. Пути повышения КПД тепловых машин.Машина Карно — это тепловая машина, работающая между двумя резервуарами с температурами T1 и Т2 (Т1 > T2) по обратимому циклу, состоящему из двух изотерм и двух адиабат (циклу Карно). Если машина работает между двумя резервуарами 1 и 2), причем в ходе процесса тепло отбирается у резервуара 1, а отдается резервуару 2, то произведенная работа оказывается равной А = Q1_получ - Q2_отд, а для КПД получается формула эта = 1 - Q2/Q1. Цикл Карно является обратимым циклическим процессом с двумя источниками теплоты, имеющими разные, но постоянные температуры. Так как температуры источников тепла постоянные, а процессы получения и отдачи рабочим веществом тепла должны быть обратимыми, то эти процессы могут быть только изотермическими. При этом температура рабочего вещества в цикле должна, очевидно, меняться без теплообмена с окружающей средой, т.е. в адиабатных условиях. Поэтому цикл Карно состоит из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов, чередующихся между собой. Цикл Карно осуществляется рабочим веществом следующим образом (рис. 1).
В состоянии 2 к рабочему веществу прекращается подвод тепла и затем в обратимом адиабатном процессе расширения до объема
Откуда находим Наконец, замыкающим цикл процессом является обратимый адиабатный процесс, в котором рабочее вещество возвращается в начальное состояние 1. Вычислим КПД цикла Карно. По определению КПД любого цикла
Из последнего выражения видно, что КПД цикла не зависит от количества рабочего вещества Откуда находим Подставив последнее выражение в (4.11.5), будем иметь: Таким образом, КПД цикла Карно, произведенного с идеальным газом, определяется только температурами T1 (горячего) и T2 (холодного) источников тепла. При этом Французский инженер Сади Карно (1796—1832) в 1824 г. установил чрезвычайно важную для практики зависимость КПД тепловой машины от температуры T1 нагревателя и температуры T2 холодильника: независимо от конструкции и выбора рабочего тела максимальное значение КПД тепловой машины определяется выражением Любая реальная тепловая машина может иметь КПД, не превышающий это максимальное значение: Выражение для максимального значения КПД тепловой машины показывает, что для повышения коэффициента полезного действия тепловых машин существует два пути — повышение температуры T1 нагревателя и понижение температуры T2холодильника. КПД тепловой машины мог бы стать равным единице, если бы имелась возможность использовать холодильник с температурой, равной абсолютному нулю. Однако этот путь даже теоретически неосуществим, так как абсолютный нуль, согласно представлениям термодинамики, не может быть достигнут. Наиболее приемлемыми холодильниками для реальных тепловых машин являются атмосферный воздух или вода при температуре около 300 К. Следовательно, основной путь повышения КПД тепловых машин — это повышение температуры нагревателя.
|