Введение в специальность: Учебно-методическое пособие для студентов специальности "Промышленная теплоэнергетика", страница 4

          для 1 кг газа

,

где – работа преодоления внешних сил – работа проталкивания 1 кг газа, т.е. это потенциальная энергия давления (PV);

– внешняя кинетическая энергия,

где q – тепло, сообщенное газовому потоку и идущее на увеличение энтальпии и внешней кинетической энергии.

          Энтальпию можно рассматривать как сумму внутренней энергии газа и потенциальной энергии давления, кДж/кг (ккал/кг),

.

Вопросы для самопроверки

          1. Что изучает техническая термодинамика?

          2. Объяснить сущность первого закона термодинамики и написать его математическое выражение.

          3. Что понимается под внутренней энергией идеального и реального газа? Какова размерность внутренней энергии газа?

          4. В чем заключается особенность таких параметров состояния газа, как давление, температура, удельный объем и внутренняя энергия?

Второй закон термодинамики

          Второй закон термодинамики формулируется следующим образом: для превращения теплоты в работу требуется наряду с источником тепла, называемым теплоотдатчиком, также и холодильник, называемый теплоприемником; часть тепла, полученного от теплоотдатчика, превращается в работу в тепловом двигателе, остальная же часть тепла бесполезно передается теплообменнику.

Если первый закон термодинамики устанавливает количественные соотношения между теплом, перешедшим в работу, и полученной работой или, наоборот, при этом качественная сторона вопроса не затрагивается.

          Человечество давно нашло способ превращения механической работы в теплоту, а вот превращение теплоты в работу можно лишь отнести к ХVIII веку, когда появились паровые машины, в основу работы которых положен принцип превращения тепловой энергии в работу. На этом принципе построена работа всех тепловых двигателей.

          В паросиловой установке высокопотенциальным источником тепла служит горящее в топке котла топливо, а в качестве холодного источника служит конденсатор.                      

          Например, в двигателе внутреннего сгорания в цилиндре горит топливо, газы расширяются и выбрасываются в атмосферу. Здесь атмосфера – холодный источник.

Цикл Карно (прямой)

          Карно Сади (1796-1832) – военный инженер и физик. Написал единственное произведение "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу", но которое сделало его имя бессмертным.

          В этом сочинении Карно показал, каким должен быть простейший цикл преобразования тепловой энергии в механическую для получения наивысшего КПД.

          Цикл Карно состоит из 4-х процессов (рис. 1): двух изотермических и двух адиабатных. Процессы эти следуют один за другим в следующем порядке.

          От точки, отображающей состояние 1, газ изотермически расширяется до состояния 2, далее происходит адиабатное расширение его до состояния 3. От состояния 3 газ изотермически сжимается до состояния 4 и, наконец, от этого состояния адиабатно сжимается до исходного состояния 1.

          При адиабатном расширении 2-3 и сжатии 4-1 рабочее тело не обменивается теплом с внешней средой, т.е. в этих случаях  q = 0; при изотермическом расширении газу сообщается  тепло q₁, затрачиваемое целиком на работу расширения. При изотермическом сжатии от газа отводится вовне тепло q₂, эквивалентное работе сжатия внешних сил.

Рис. 1. Цикл Карно в P-V-диаграмме

          Условно можно представить, что цикл протекает так: в течение процесса 1-2 сосуд, в котором происходит расширение рабочего тела, подключается к теплоотдатчику (высокопотенциальному источнику тепла) постоянной температуры; в точке 2 сосуд отключается от теплоотдатчика и на него на все время адиабатного процесса расширения накладывается тепловая изоляция, исключающая теплообмен со внешней средой; в точке 3 тепловая изоляция с сосуда снимается и он подключается к холодильнику постоянной температуры, поглощающему тепло от рабочего тела на протяжении всего цилиндрического сжатия; в точке 4 сосуд с рабочим телом отключается от холодильника и на него вновь накладывается  тепловая изоляция, сохраняемая до достижения рабочим телом в результате адиабатного сжатия состояния, отображаемого точкой 1. После этого цикл возобновляется в той же последовательности.