TT / Лекции Термодинамика
.pdf
Термодинамика 101
Обратный цикл
По обратному циклу работают тепловые насосы и холодильные машины, где на осуществление цикла (на передачу тепла от менее нагретого тела к более нагретому) затрачивается работа.
В обратном цикле Lрасш < Lсж , Qподв < Qотв.
Термодинамика 102
Холодильник
Термодинамика 103
Холодильник. Принцип работы
1.Хладагент под давлением через дроссель (терморегулятор) поступает в испаритель.
2.В испарителе за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение её в пар. При этом поглощается большое количество тепла. Хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, и происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника.
Д
О
М
дроссель
кондениспасатор ритель
компрессор
К
А
М
Е
Р
А
3.Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор.
4.В конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Далее процесс повторяется вновь.
Термодинамика 104
Холодильный коэффициент
Вместо термического КПД для холодильных машин используется холодильный коэффициент
ε = |
Qподв |
= |
Qподв |
|
|
L |
Q |
−Q |
|
|
ц |
отв |
подв |
|
Qподв – тепло, отнятое от холодного источника; Qотв – тепло, отдаваемое в окружающую среду. Этот коэффициент может быть любым неотрицательным.
Термодинамика 105
Тепловой насос
Термодинамика 106
Тепловой насос. Принцип работы
1. На вход компрессора посту- |
|
дроссель |
||
пает хладагент в виде пара. |
|
|
|
|
Компрессор увеличивает дав- |
|
|
|
|
ление хладогента и выталкива- |
Д |
|
|
|
ет его в конденсатор. За счет |
конден- |
испа- |
||
повышения давления происхо- |
О |
|||
сатор |
ритель |
|||
дит конденсация хладагента, |
||||
при этом выделяется тепло. |
М |
|
|
|
2. Полученная энергия |
|
|
|
|
рассеивается посредством |
|
компрессор |
||
конденсатора в помещение. |
|
|||
3.Далее хладагент в виде жидкости поступает в дроссель или терморегулирующий вентиль, который позволяет создавать определенное значение разности давлений между конденсатором и испарителем. За счет этого происходит регулирование процесса теплопередачи.
4.В испарителе за счет понижения давления жидкость испаряется, при этом из внешней среды потребляется энергия.
5.Нагретый газ после всасывается в компрессор и цикл повторяется.
З
Е
М
Л
Я
Термодинамика 107
Тепловой насос. Трехконтурная реализация
1.Охлажденный теплоноситель, проходя по внешнему трубопроводу нагревается на несколько градусов
2.Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5°С.
3.Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры.
4.Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
5.При прохождении хладагента через редукционный клапан давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.
Термодинамика 108
Отопительный коэффициент
Эффективность теплового насоса оценивается отопительным коэффициентом:
ϕ = |
Qотв |
= |
Qотв |
|
|
L |
Q |
−Q |
|
|
ц |
отв |
подв |
|
Qподв – тепло, отнятое от холодного источника; Qотв – тепло, используемое для отопления.
Qотв > Qподв – тепло, используемое для отопления, больше, чем забираемое из окружающей среды.
ϕ >1
Термодинамика 109
Классная работа 4
|
Термодинамика |
110 |
||||
|
|
|
||||
|
Решение задач про КПД |
|||||
η = |
Lц |
= |
Qподв −Qотв |
=1− |
Qотв |
|
Q |
|
Q |
||||
|
|
Q |
||||
|
подв |
|
подв |
подв |
||
Складываем все Q для участков, где оно положительно. Это будет Qподв:
Qподв = ∑Qi > 0
Складываем все Q для участков, где оно отрицательно. Берем эту сумму с обратным знаком. Это будет Qотв:
Qотв = −∑Qi < 0
Термодинамика 111
η = |
Qподв −Qотв |
= |
1− |
Qотв |
|
||||||||
|
Q |
||||||||||||
|
|
|
Q |
|
|
|
|||||||
|
|
|
подв |
|
|
|
подв |
||||||
ε = |
Qподв |
= |
|
|
Qподв |
|
|
||||||
|
|
|
L |
Q |
−Q |
||||||||
|
|
|
ц |
отв |
|
подв |
|||||||
ϕ = |
Qотв |
= |
|
|
Qотв |
|
|
||||||
|
|
|
L |
Q |
−Q |
||||||||
|
|
|
ц |
отв |
|
подв |
|||||||
Qподв = ∑Qi > 0 |
|
|
Qотв = −∑Qi < 0 |
||||||||||
Термодинамика 112
Задача 1
Определить КПД теплового двигателя, работающего по циклу, состоящему из двух изобарных и двух изохорных участков. Выразить КПД через отношения давлений и отношение объемов. Рабочее тело – идеальный газ с показателем адиабаты k.
|
|
|
|
P2/P1=a |
P2 |
|
|
|
|
2 |
3 |
V2/V1=b |
||
P1 |
1 |
4 |
|
|
|
V1 |
|
V2 |
|
Термодинамика 113
Задача 2
Определить холодильный коэффициент установки, работающей по циклу, состоящему из изотермического (1-2), адиабатического (2-3) и изохорного (3-1) участков. Выразить КПД через отношения давлений и отношение объемов. Рабочее тело – идеальный газ с показателем адиабаты k.
P3 |
3 |
P3/P1=a |
|
|
|||
P1 |
1 |
V /V =b |
|
|
2 |
1 |
|
|
V1 |
|
2V2 |
Термодинамика 114
Домашняя работа 4
Термодинамика 115
Задача 1
Определить КПД теплового двигателя, работающего по циклу, состоящему из двух адиабатических и двух изобарных участков. Выразить КПД через отношение давлений. Рабочее тело – идеальный газ с показателем адиабаты k.
P2/P1=a
P2 |
2 |
|
3 |
P1 |
|
1 |
4 |
Термодинамика 116
Задача 2
Определить отопительный коэффициент установки, работающей по циклу, состоящему из изохорного, изобарного и двух адиабатических участков. Выразить КПД через заданные отношения давлений и показатель адиабаты k.
P3 |
3 |
P4/P1=a |
|
P4 |
|
|
P3/P4=d |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Термодинамика 117
Лекция 5
Термодинамика |
118 |
|
|
Цикл Карно |
|
Цикл Карно – классический термодинамический идеальный цикл, состоящий из двух изотерм и
двух адиабат |
p 1 |
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
T1 |
>T2 |
|
2 |
|
Q1 |
> Q2 |
Q=0 |
T=T1 |
|
|
|
Q=0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
T=T2 |
3 |
|
|
|
Q2 |
|
v
Термодинамика 119
КПД цикла Карно
Из соотношений для изотерм и адиабат:
Q1 = T1
Q2 T2
η =1− Q2 =1− T2
Q1 T1
Необходимое условие получения работы – температурный перепад!
Термодинамика 120
Обратимые и необратимые процессы
Процесс называется обратимым, если он может протекать в прямом и в обратном направлениях, причем тело пройдет через одинаковые термодинамические состояния без каких-либо остаточных конечных изменений в окружающей среде или в самом теле.
Если процесс не отвечает этим требованиям, то он называется необратимым.