Учебное пособие: Теоретичні основи теплотехніки
В деяких випадках р2v2–р1v1 може бути рівним зміні
внутрішньої енергії і при цьому кінетична енергія залишається без змінні
відповідно Т1= Т2. Такий випадок називається інверсією газу, а температура, при
якій це проходить -температурою інверсії.
Розрізняють ефекти дроселювання: диференціальний
температурний, при якому тиск і температура міняються на безкінечно малу
величину і інтегральний температурний, коли тиск і температура міняються на
кінцеву величину. Якщо тиск міняється на безконечно малу величину dр , то
проходить безконечно мала зміна температури dТ1 =α1dр1 або
a1-називають дифферащальним температурним ефектом Джоуля
-Томсона.
Стан реального газу при адіабатному дроселюванні, в якому
диференційний ефект Джоуля-Томеона рівний нулю називається точкою інверсії.
Якщо початкова температура реального газу перед
дроселюванням менша температури інверсії, то газ при дроселюванні
охолоджується, якщо бльша, то газ нагрівається
Дослідження процесу дроселювання Ван- Дер-Ваальсового
газу, а також дослідні дані з реальними газами показують, що реальний газ має
безконечно велике число точок інверсії, які утворюють на р - T діаграмі
інверсійну криву. Рівняння інверсійної кривої, якщо відомо рівняння стану
реального газу , може бути отримано в явній формі із співвідношення
 ; 
де а та b -постійні з рівняння (9.1).
При любому значенні тиску речовина має дві точки інверсії:
одна знаходиться в області рідини, а друга в області перегрітої пари.
Температуру інверсії можна визначитичерез критичну
температуру.
Ti=6,757Tkp,
Всі процеси дроселювання всередині кривої супроводжуються
охолодженням речовини, а ззовні нагріванням.
12. Другий закон термодинаміки
12.1 Основні положення другого закону термодинаміки
Мжперетворенням теплоти в роботу і навпаки існує велика
різниця: вся робота може бути перетворена в теплоту і навпаки, вся теплота не
може бути перетворена вроботу.
Другий закон термодинамікидозволяє вказати напрям теплов
ого потоку і встановлює максимально можливу границюперетвореннятеплотив роботу.
Суть другого закону термодинаміки вперше виклав Сади
Карно. Він писав: "Всюди, де є різниця температур проходить виникнення
рушійної сили. Рушійна сила тепла не залежить від агентів для її розвитку: її
кількість виключно визначається температурою тіл, між якими в кінцевому рахунку
проходить перенос теплоти Температура газу спочатку повинна бути як можливо
вищою, щоб одержати значний розвиток рухомої сиди По тій же причин охолодження
повинно бути як можливо нижчим Неможливо надіятись коли-небудь практично
використовувати всю рухому силу."
В 50-х роках Клауіисом бугто дано формулювання другого
закону термодинаміки у вигляді наступного постулату: 'Теплота, не може
переходити від холодного тіла до більш нагрітого сама собою даровим
процесом."
Одночасно з Клаузисом в 1851 р. Томсоном бугто сказано
інше формулювання, наслідок якого такий: не вся теплота одержана від теплов
іддатчнка можеперейтив роботу, алиш деяка її частина.
Значить, для одержання роботи необхідно мати джерело
теплоти з високою температурою, або тепп овід датчик і джерело теплоти з
низькою темпер атурою, або теплоприймач.
Робота в термодинамічних процесах можлива або в результаті
підведення теплоти, або зміни внутрішньої енергії. При одноразовому циклі можна
одержатиякусь визначену кількість теплоти. Для одержання заданої кількості
теплоти цикл необхідно повторити. Отже для повторного одержання роботи
необхідно в процесі стиску повернути робоче тіло в іючатковий стан (рисі 2.1).
Якщо робоче тіл о розширюється по лінії 1,3,2, то робота рівна 1-3-2-4-5.
Повернення тіла в початковий стан може проходити по трьох
кривих 2-3-1; 2-6-1; 2-7-1.
Цикл, в результаті якого одержується позитивна робота
називається прямим циклом
Цикл, в результаті якого затрачується робота називається
зворотним Цикл, який складається з врівноважених оборотних процесів називається
оборотним В оборотному циклі робоче тіло повертається в точку 1 по лінії 2-3-1.
Дослідження любого оборотного циклу показує, що для його
здійснення необхідно в кожній точці прямого процесу підводити тептоту від
тепловіддатчиків до робочого тіла при безкінечно малій різниці температур і
відводити теплоту такожпри безкінечно малій різниці температур.
В прямому термодинамічному циклі на шляху 1-3-2 тіло здійснює
роботу L1 за рахунок гідведення тепгтоти і зміни внутрішньої енергії. На шляху
2-6-1 затрачуєтьсяпитома робота стиску L2 чисельно рівна пп. 426154, частина
якої у вигляді питомої кількості теплоти q2 відводиться в теплоприймач, а друга
витрачається на зміну внутрішньої енергії тіла.
Співвідношення між питомими кількостями теплоти і
питомоюроботою визнач аєтьсяпершимзаконом термодинаміки
q1-q2=u2-u1+L
и2-u1=0 - оскільки початковий і кінцевий стан тіла
співпадає.
Відношення питомої кількості теплоти, гкретвореної в
позитивну роботу, до всієї кількості теплоти, підведеної до робочого тіла,
називається термічним коефіцієнтом корисної дії прямого циклу
 (12.1)
Зворотний цикл проходить в напрям проти годинникової
стрілки. Робота розширення менша роботи стиснення. Такий цикл може проходити
тільки при затраті роботи ззовні.
В зворотному циклі від теплоприймача відводиться питома
кількість теплоти q2 і затрачаться питома робота L , яка переходить в рівну
питому кількість теплоти, які разомпередаютьсятепловіддатчику-
q1= q2+L. (12.2)
Степінь досконалості зворотного циклу визначається
холодильним коефіцієнтом.
 (12.3)
Холодильний коефіцієнт показує, яка кількість теплоти
віднімається від теплоприймачапризатраті одиниці роботи. Величина є може бути
більшою 1.
12.2 Прямий оборотній цикл Карно
Кількість джерел теплоти може бути зменшена якщо на
окремих у частках циклу теплота буде відводитись і підводитись при постійній
температурі.
Здійснити оборотний цикл можна наступним чином: тепло
підводиться до робочого тіла від тепловіддатчика при постійній температурі, і
робоче тіло адіабатно розширюється до температури теплоприймача. Дальше в
ізотермічному процесі проходить відвід теплоти від робочого тіла до нього.
Замикаючим цикл п овинен бути процес адіабатного стиснення
За весь цикл Карно (рис. 12.3.1) до робочого тіла від
тегшовіддатчика була підведена кількість теплоти q1 і відведена в теплоприймач
питома кількість теплоти q2 .
Термічний ККД циклу
Підведена кількість тегшотипоізотермі 1-2 визначається
так:
Абсолютне значення відведеної питомої кількості теплоти по
ізотермі 3-4 буде становити:
 .
Підставляємо знайдені значення в рівняння для
термодинамічного ККД.
 (12.4)
Для адіабатного процесу розшир енняі стиснення відповідн о
маємо:
 і 
Звідси
або
Відповідно формула для визгачення термодинамічного ККД
циклу Карно після скорочення приймає вигляд
 (12.5)
Аналізуючи рівняння (12_5) можна зробити на ступні
висновки:
термодинамічний коефіцієнт циклу Карно залежить тільки від
абсолютних температур тепловіддатчика і теплоприймача;
термодинамічний ККД буде тим більшим, чим вища температура
теплоприймача і нижча температура тептовіддавача.
12.3 Зворотний оборотний цикл Карно
В зворотному процесі (рис. 12.3.2) робоче тіло відводить
тепло від джерела теплоти з нижчою температурою і віддає джерелу теплоти з
вищою температурою. Для виконання та кого процесу необхідно затратити роботу L.
В зворотному процесі робоче тіло від т.1 розширюється до
т.4 по адіабаті 1-4 без теплообміну з зовнішнім середовищем.
Температура Т1 зменшується доТ2
Потім розширення проходить по ізотермі 4-3 з підводом
теплоти q2 , яка віднімається від джерела з низькою температурою Т2. 3-2 лінія
адіабатного стиснення 2-1 - ізотермічний стиск з відводом теплоти до джерела з
вищою температурою.
Робота стиснення більша роботи розширення на величину
пл.14321 всередині замкнутої лінії циклу.
Теплота, яку одержує теплоприймач:
q1= q2+L
Характеристикою ефективності холодильних машин є
холодигтьний коефіцієнт.
12.4 Властивості оборотних і необоротних циклів,
математичний вираз другого закону термодинаміки
Розглян емо оборотний цикл
Із визначення термічногоККД слідує, що
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 |
