Большая техническая энциклопедия
0 1 3 4 9
D V
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ь Э Ю Я
Р- РА РЕ РИ РО РТ РУ РЫ

Работа - тепловая машина

 
Работа тепловой машины заключается не только в получении теплоты от теплогенератора и совершения работы, но и в передаче некоторого количества теплоты теплопри-емнику с более низкой температурой. Теплота, поступающая в тепло-приемник, составляет энергетические потери тепловой машины. Таким образом, ее КПД, в-соответствии с выражением (1.3), всегда меньше 1 ( см, подробнее разд.
Работа тепловых машин включает в принципе следующий процесс: выполняя один рабочий цикл, рабочее ве - щество машины отбирает некоторое количество тепла Q2 от резервуара при температуре ( 2 и за тот же цикл отдает меньшее количество QJ резервуару, находящемуся при температуре / j ( 2 - После этого рабочее тело возвращается в исходное состояние.
Модель машины для демонстрации теплового эффекта при растяжении резины. Работа тепловой машины происходит следующим образом. При максимальном отклонении маятника, соответствующем наибольшему растяжению резиновой полоски, последняя подвергается воздействию тепла. Это, в соответствии с эффектом Джоуля, сообщает маятнику дополнительный имгяульс в направлении положения равновесия.
Принципу работы тепловой машины подчиняется любой технологический процесс, поскольку в нем выполняется тот или иной вид работы и теряются различные формы энергии, включая тепловую.
Анализ работы тепловой машины, проделанный Карно, весьма похож на то, что мы делали в гл. Более того, приведенные там аргументы подсказаны аргументами Карно о работе тепловых машин. Поэтому некоторые рассуждения в этой главе покажутся вам уже знакомыми.
С анализом работы тепловых машин и рассмотрением циклических процессов было связано развитие термодинамики и формулировка ее обоих основных законов. Поэтому весьма далекие от химии проблемы теории тепловых машин до сих пор обсуждаются в химической термодинамике, хотя закон сохранения энергии во всех его формах сейчас можно считать обоснованным всем опытом современной физики, а не только данными технической термодинамики прошлого века.
Величина КПД работы тепловой машины зависит от разности температур нагревателя и холодильника. Максимальное значение КПД может быть получено при условии, что Г2 0 К, то есть холодильник работает при абсолютном нуле. Это условие практически нереализуемо.
Величина КПД работы тепловой машины зависит от разности температур нагревателя и холодильника. Максимальное значение КПД может быть получено при условии, что Тч 0 К, то есть холодильник работает при абсолютном нуле. Это условие практически нереализуемо.
Однако изучение работы тепловых машин показывает, что наибольший интерес для практики представляют некоторые частные случаи, к которым относятся изохорпый процесс, протекающий без изменения объема рабочего тела ( da 0, v const), изобарный процесс, протекающий при постоянном давлении ( dp 0, р const); изотермный процесс, протекающий при постоянной температуре ( dT О, Т const); адиабатный процесс, протекающий без теплообмена рабочего тела с окружающей средой ( Aq - 0), и политропный процесс, который при определенных условиях может рассматриваться в качестве обобщающего по отношению ко всем предыдущим термодинамическим процессам.
Для анализа работы тепловых машин всех конструкций ( паровых - поршневых, паровых турбин, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин) является более важной компенсация второго рода, когда превращение Q в Л компенсируется изменением состояния каких-либо новых тел, а состояние рабочего тела эпизодически возвращается к исходному. В качестве таких дополнительных тел в тепловых машинах обычно служат холодильники.
Величина КПД работы тепловой машины зависит от разности температур нагревателя и холодильника. Максимальное значение КПД может быть получено при условии, что Т2 0 К, то есть холодильник работает при абсолютном нуле. Это условие практически нереализуемо.
Нарушение режима работы тепловой машины и, следовательно, отклонение регулируемой величины от ее заданного значения происходит вследствие нарушения равновесия в системе.
Если при работе тепловой машины изменение состояния рабочего тела происходит по замкнутому циклу, то полезную работу за один цикл можно найти как сумму работ при расширении и при сжатии газа.
Такой невозможный цикл работы тепловой машины схематически изображен на рис. 2.8. Здесь pQ V0, T0 - основные параметры состояния машины, t / 0 - ее внутренняя энергия.

Такой невозможный цикл работы тепловой машины схематически изображен на рис. 2.8. Здесь р0, Уп, Т0 - основные параметры состояния машины, С / о - ее внутренняя энергия. При этом предполагается, что в результате каждого такого цикла внутри машины никаких остаточных изменений нет и машина вместе со всеми находящимися внутри нее телами в точности возвращается в исходное состояние.
Такой невозможный цикл работы тепловой машины схематически изображен на рис. 11.8. Здесь р0, У0, Тй - основные параметры состояния машины, 1 / 0 - ее внутренняя энергия. При этом предполагается, что в результате каждого такого цикла внутри машины никаких остаточных изменений нет и машина вместе со всеми находящимися внутри нее телами в точности возвращается в исходное состояние.
Термодинамическая система. Существенное значение для анализа работы тепловых машин имеют круговые ( аамкнутые) термодинамические процессы.
Первый этап заключается в изучении работы тепловой машины, ее отдельных агрегатов и устройств. При этом выделяются наиболее напряженные элементы конструкции, характерные режимы работы машины.
На основе какого закона термодинамики вычисляется работа тепловой машины Карно.
Открытие второго начала связано с анализом работы тепловых машин, чем и определяется его исходная формулировка. Впервые работа тепловых машин была теоретически рассмотрена в 1824 г. Сади Карно, который в своем исследовании Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эти силы, доказал, что КПД тепловых машин, работающих по предложенному им циклу ( циклу Карно), не зависит от природы вещества, совершающего этот цикл. Позднее Клаузиус и В. Том-сон, по-новому обосновывая эту теорему Кар но, почти одновременно положили основание тому, что теперь входит в содержание второго начала.
Согласно 2-му закону термодинамики единственным результатом работы тепловой машины в циклическом процессе ( или пары машин) не может быть только отрицательный процесс.
Принципиальная схема тепловой машины. Применим первый закон термодинамики к анализу работы тепловой машины. Несмотря на большое разнообразие, все тепловые двигатели имеют общий принцип действия. Назначение любого периодически действующего теплового двигателя состоит в совершении механической работы за счет использования внутренней энергии, о чем кратко, но не совсем точно говорят как о превращении теплоты в работу.
Согласно 2-му закону термодинамики единственным результатом работы тепловой машины в циклическом процессе ( или пары машин) не может быть только отрицательный процесс.
Изотермы и адиабата. Применим первый закон термодинамики к анализу работы тепловой машины. Назначение любого периодически действующего теплового двигателя состоит в совершении механической работы за счет использования внутренней энергии хаотического движения молекул, о чем кратко, но не совсем точно говорят как о превращении тепла в работу. Принципиальная схема любой тепловой машины, если отвлечься от ее конструктивных особенностей, выглядит так, как показано на рис. 5.3. Ее обязательными элементами являются два тепловых резервуара: нагреватель с некоторой температурой 7 и холодильник с температурой Тг, меньшей температуры нагревателя. Роль холодильника может выполнять окружающая среда.
На рис. 13 приведены два цикла работы тепловых машин: машины-двигателя и холодильной машины.
Исследованием круговых процессов можно определить совершенство работы поршневых тепловых машин, полагая, что изменение состояния рабочего тела в них совершается по замкнутым циклам.

Термодинамический цикл, рассмотренный Карно при анализе работы тепловых машин, состоит из двух изотерм и двух адиабат. Изотермические участки цикла осуществляются при помощи двух термостатов с температурами T TZ. Теплоемкости систем в изотермических и адиабатических процессах не зависят от свойств веществ, именно поэтому исследование циклов Карно позволяет выявить некоторые общие закономерности, имеющие значение как для ряда практических приложений, так и в построении общей термодинамической теории.
Цикл Карно устанавливает предел превращения теплоты в работу тепловых машин при заданном температурном перепаде.
Тот же эффект может получиться и при работе тепловой машины, но не идеальной, как у Карно, а реальной, действие которой сопровождается потерями.
Традиционный ход этого доказательства таков: сначала рассматривается работа тепловой машины, рабочее тело которой - идеальный газ; машина работает обратимо по циклу из двух изотерм и двух адиабат. Затем, ссылаясь на практический опыт, принимают постулат Кельвина ( см. выше) и доказывают, что осуществление тепловой машины е бблышш коэффициентом полезного действия привело бы к нарушению этого постулата. Далее, полученный результат обобщается на любой циклический прсцесс и таким путем доказывается, что в обратимом процессе интеграл от функции dQ / T по замкнутому контуру равен нулю.
Отдельные вопросы термодинамики, необходимые для рассмотрения сущности работы тепловых машин и установок, включены в соответствующие главы курса.
При выводе формулы для термического КПД надо учесть работу тепловой машины, переносящей теплоту Q 6pi - 2 от окружающей среды к ТЭ или обратно.
Таким образом, на основании опытов и наблюдений за работой тепловых машин были установлены особые свойства теплоты, которые формулируются в виде закона, называемого вторым законом термодинамики.
Этот факт имеет чрезвычайно важное значение в выявлении общих особенностей работы тепловых машин. Идеальная тепловая машина ( работающая без потерь энергии на трение) не может совершить работу, эквивалентную полученной теплоте Qb так как часть теплоты обязательно передается холодильнику. Таким образом, между механическими и тепловыми явлениями существует принципиальное различие.
Формулируется второй закон термодинамики в форме утверждения, относящегося к работе тепловых машин, например, в виде формулировки В.
Схема работы спаренных тепловых. Прежде чем будет получено аналитическое выражение энтропии, рассмотрим общие вопросы работы тепловых машин, а, именно, постулат и теоремы, определяющие их работу.
Схема перехода теплоты в работу. Чтобы дать математическую формулировку второму началу, следует рассмотреть несколько подробнее работу тепловой машины.
С проникновением термодинамики в области, не имеющие непосредственного отношения к работе тепловых машин, получил развитие метод, основанный на применении особых функций, которые были названы характеристическими.
Как уже отмечалось, второе начало термодинамики было установлено в результате анализа работы тепловых машин.

Для того чтобы дать математическую формулировку второму закону, рассмотрим более детально работу тепловой машины.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11