Рассмотрим циклы, полагая, что процессы совершаются в последовательности, указанной стрелками, а начальные состояния системы обозначены точками 1. Вначале проанализируем прямой цикл с помощью pu -диаграммы. На участке /—2—3 работа l положительна (du > 0) и пропорциональна площади /—2—3— 6—5—1. Соответственно на участке 3—4 работа l отрицательна и численно пропорциональна площади 3—4—1—5—6—3. Площадь под кривой 1—2—3 больше площади под линией 3—4—1. Поэтому работа рабочего тела за цикл будет положительной и пропорциональной площади внутри замкнутой кривой 1—2—3—4—1. Если работа цикла lц > 0, то суммарное количество подведенной теплоты в этом цикле должно быть также положительным. Поэтому линия изменения энтропии в процессе подвода теплоты должна располагаться выше линии изменения энтропии при отводе теплоты. Количество теплоты, воспринятой системой и превращенной в работу за один цикл, пропорционально площади 1—2—3—4—1 на Ts-диаграмме. В этом цикле осуществляется превращение теплоты в работу, т. е.
qц =q1 – q2 = lц.
В обратных циклах (рис. 16, б) расширение рабочего тела системы происходит при более низком давлении, чем сжатие. В этом случае работа l2 будет_отрицательной, а l1 - положительной. Так как величина l2 больше величины l1, то суммарная работа будет отрицательной, т. е. lц = qц < 0. Для этого нужно, чтобы теплота подводилась к системе при пониженной температуре, а отводилась при повышенной.
Рис. 16. Циклы в координатах pu и Ts: а — прямой; б — обратный
В этом цикле при расширении (линия /—4—3) рабочее тело машины отбирает теплоту q1 от холодной окружающей среды, а в процессе /—2—3 отдает теплоту q2 телу с более высокой температурой. Следовательно, в этом процессе осуществляется передача теплоты с низшего температурного уровня на высший, что сопровождается охлаждением внешней среды. Это охлаждение происходит за счет превращения подведенной работы в теплоту цикла qц. В этом процессе q2 = q1 - qц = q1 - qц-
При осуществлении обратимых циклов необходимо в каждой точке того или иного процесса отводить или подводить теплоту при бесконечно малой разности температур между рабочим телом и источником теплоты. При конечной разности температур передача теплоты будет необратимой. Сделать этот процесс обратимым можно, используя бесконечно большое число теплоотдатчиков и теплоприемников. Однако и в этом случае температуры двух соседних теплоотдатчиков должны отличаться на бесконечно малую величину. Количество теплоотдатчиков возможно уменьшить, если подводить и отводить теплоту при неизменной температуре рабочего тела, т. е. в изотермических условиях. В последнем случае возможно ограничиться только одним теплоотдатчиком и одним теплоприемником.
В 1824 г. Сади Карно предложил идеальные прямой и обратный циклы, состоящие из двух изотерм и двух адиабат (рис. 17). Рассмотрим вначале прямой цикл для паровых турбин и поршневых машин. По линии 1—2 осуществляется изотермический процесс расширения рабочего тела при температуре Т1 с подводом теплоты. По адиабате 2—3 производится дальнейшее расширение рабочего тела с одновременным понижением его температуры. По линии 3—4 осуществляется изотермическое сжатие тела с одновременным отводом части теплоты в теплоприемник, температура которого Т2. Адиабатическое сжатие рабочего тела (пара) осуществляется по линии 4—1. При этом температура пара повышается от Т2 до Т1, и параметры рабочего тела приобретают прежние значения. Повторный цикл начинается при впуске в цилиндр машины новой порции пара с температурой Т1.
Для реализации подобного цикла стенки цилиндра должны обладать переменной теплопроводностью. При изотермических процессах теплопроводность стенок должна быть бесконечно велика, а при адиабатических процессах стенки должны быть нетеплопроводными.
Рис. 17. Циклы Карно: а — прямой; б — обратный
Коэффициент полезного действия цикла, как это было показано ранее, будет представлять собой отношение работы к затрате тепла, т. е.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.