16. Круговые процессы. Кпд и холодильный коэффициент.

Круговыми процессами называются замкнутые процессы, характеризующиеся возвратом системы (рабочих тел) в исход-ное состояние, то есть в исходное состояние возвращаются параметры состояния, а значить интегральное изменение любой функции состояния равно нулю:

где z = p; V(v); Т; U(и); H(h) и т.п.

Круговые процессы, как периодически повторяющиеся, реализуются в тепловых машинах (тепловых двигателях и холодильных машинах) и называются циклами.

Различают прямые и обратные циклы. Те и другие могут быть обратимые и реальные.

Круговые процессы, в результате

реализации которых получена полезная

работа, осуществляются в тепловых

двигателях, называются прямыми

циклами и направлены по

часовой стрелке.

Круговые процессы, в результате

которых происходит охлаждение

рабочих тел до температуры ниже

температуры окружающей среды,

осуществляются в холодильных машинах.

Такие циклы называютсяобратными

и направлены против часовой стрелки

Выражение первого начала термодинамики по внешнему балансу для цикла записывается в следующем виде:

С учетом того, что для кругового процесса получаем выражение первого начала термодинамики для кругового процесса:

Окончательно выражение первого начала термодинамики по внешнему балансу для цикла записывается в следующем виде:

В циклах тепловых двигателей работа положительна , а в циклах холодильных машин - работа цикла отрицательна ; при этом для них справедливо условие .

Различают три вида циклов тепловых машин: реальные, обратимые и термодинамические.

Термодинамические схемы теплового двигателя (а) и холодильной машины (б):

–обратимый цикл – реальный цикл

Эффективность любого реального теплового двигателя определяется коэффициентом полезного действия (КПД).

КПД реальных циклов

КПД обратимых:

Термический КПД:

Эффективность циклов холодильных машин оценивается холодильным коэффициентом ().

Холодильный коэффициент численно равен отношению количества теплоты, отводимой от холодного источника, к затраченной работе:

17. Обратимый цикл Карно.

Французский инженер Сади Карно в 1824 г. предложил обратимый цикл тепловой машины, рабочим телом в котором является идеальный газ. Цикл Карно осуществляется между двумя внешними источниками постоянных температур Т1 и Т2 и состоит из двух адиабат и двух изотерм

Согласно принципу существования энтропии для идеальных газов () интегральные количество подведенной и отведенной теплоты в цикле Карно может быть определено из следующих соотношений:

т.к. , то

1. Состоит из двух изотерм и двух адиабат.

2. Рабочее тело – идеальный газ.

3. Величины и- постоянные.

Термодинамический коэффициент полезного действия определяется температурами холодильника и нагревателя.

- индикаторный КПД.

- механический КПД.

- эффективный КПД.

18. Математическое выражение второго начала термостатики. Основные следствия.

В качестве постулата второго начала термостатики используется утверждение, что «температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена» или между телами не находящихся в тепловом равновесии невозможен одновременный самопроизвольный теплообмен в противоположных направлениях.

Математическое выражение второго начала термостатики - принципа существования энтропии и абсолютной температуры для любых равновесных систем

и для 1 кг системы

Следствие I. Совместное выражение первого начала термодинамики и второго начала термостатики позволяет получить дифференциальное уравнение термодинамики, которое связывает между собой все термодинамические свойства веществ

Следствие II. Координаты Т - S являются универсальными координатами термодинамического теплообмена.

Исходя из математического выражения второго начала термостатики площадь под кривой элементарного участка процесса равна подводимому (отводимому) количеству теплоты

dQ = T×dS.

Следствие III. Адиабатный процесс является процессом изоэнтропийным. Так как в адиабатном процессе теплообмен отсутствует (dQ = 0), то, согласно второму началу термостатики, в таком процессе изменение энтропии dS = 0 (S = idem). Согласно этому следствию, показатель адиабатного процесса (k) равен показателю изоэнтропийного процесса (ns)

Следствие IV. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент термодинамических циклов тепловых машин не зависят от вида цикла и природы рабочего тела, а определяются лишь средними абсолютными температурами рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты.

Следствие V. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент цикла Карно всегда выше этих коэффициентов эффективности для любых других термодинамических циклов тепловых машин, осуществляемых в одинаковом диапазоне предельных температур рабочего тела (Т1, Т2).

Следствие VI. Изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии всех тел, входящих в систему (теорема аддитивности энтропии).

Следствие VII. Абсолютная температура равновесной термодинамической системы определяется как первая частная производная внутренней энергии или энтальпии по энтропии при постояных значениях деформационных координат