- •Содержание
- •Введение
- •Требования к выполнению домашнего задания по расчету термодинамических циклов тепловых двигателей
- •Основные понятия и расчетные соотношения
- •Первое начало термодинамики
- •Термодинамические процессы изменения состояния
- •Круговые процессы (циклы)
- •Второе начало термодинамики
- •Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Термодинамические циклы газотурбинных установок
- •Пример расчета термодинамического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания
- •Пример расчета термодинамического цикла газотурбинной установки
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Круговые процессы (циклы)
Круговым процессом или циклом называется непрерывная последовательность процессов, характеризующаяся возвратом рабочего тела в исходное состояние. В термодинамических циклах исключены необратимые потери рабочего процесса [1].
Первое начало термодинамики для циклов записывается следующим образом:
. (27)
Так как изменение любой функции состояния в круговом процессе равно нулю
, (28)
первое начало термодинамики для циклов принимает следующий вид:
(29)
или
, (30)
где и– количество теплоты, подведенной и отведенной от рабочего тела в цикле,– работа цикла (сумма работ во всех процессах цикла).
Если , то рассматриваемый цикл является циклом теплового двигателя, в противном случае – циклом холодильной машины.
Термодинамические циклы тепловых двигателей принято изображать в икоординатах (рис. 2).
Рис. 2. Термодинамический цикл теплового двигателя
Площадь замкнутого контура, образованного циклом в этих координатах, характеризует работу цикла .
Эффективность термодинамических циклов тепловых двигателей оценивается термическим коэффициентом полезного действия
. (31)
Наибольший КПД среди термодинамических циклов при одинаковых граничных температурах рабочего тела имеет цикл Карно (рис. 2). КПД цикла Карно определяется из следующего соотношения:
, (32)
где и– температура рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты,К.
Второе начало термодинамики
Математическое выражение второго начала термостатики
(33)
свидетельствует о том, что координаты () являются универсальными координатами термодинамического теплообмена любых равновесных термодинамических систем, а коэффициент полезного действия термодинамических циклов тепловых двигателей зависит лишь от соотношения средних абсолютных температур рабочего тела в процессах подвода () и отвода () теплоты.
Термодинамическое совершенство цикла определяется при сопоставлении его термического КПД с КПД цикла Карно, осуществляемого при тех же граничных температурах. Чем больше коэффициент заполнения цикла (), тем совершеннее цикл.
Второе начало термодинамики определяет принцип возрастания энтропии изолированных систем и необратимости внутреннего теплообмена.
Математическое выражение второго начала термодинамики имеет следующий вид:
, (34)
а для изолированной системы может быть представлено следующим образом:
. (35)
Из второго начала термодинамики следует, что теплота не может быть полностью превращена в работу. Отсюда коэффициент полезного действия теплового двигателя всегда меньше 1, а коэффициент полезного действия реального теплового двигателя, осуществляющего рабочие процессы при температурах внешних источникови, всегда меньше КПД обратимой тепловой машины, осуществляющей процессы превращения теплоты в работу между внешними источниками, имеющими те же температуры.