Что такое термический кпд теплового двигателя - Авто журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое термический кпд теплового двигателя

Что такое термический кпд теплового двигателя

Французский инженер Сади Карно в 1824 году впервые дал теоретическое объяснение работы тепловых машин. В то время еще использовалась теория теплорода и не была установлена единая природа теплоты и работы, как мера энергетического взаимодействия. Однако С. Карно в своей теории тепловой машины были высказаны основные положения второго закона термодинамики [1, 7].

Основное положение теории С. Карно, впоследствии получившее название принципа Карно, состоит в том, что для получения работы в тепловой машине необходимы, по крайней мере, два источника теплоты с разными температурами.

Карно предложил идеальный цикл тепловой машины, где используются два источника теплоты с постоянными температурами: источник с высокой температурой — горячий источник и источник с низкой температурой — холодный источник. Поскольку цикл идеальный, то он состоит из обратимых процессов теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты, протекающим по двум изотермам, и двух идеальных адиабат перехода рабочего тела с одной изотермы на другую. Графическое изображение цикла Карно в P,v- и T,s- диаграммах, использующего в качестве рабочего тела идеальный газ, представлено на рис.9.5.

В цикле Карно горячий источник теплоты с Т1=const передает теплоту (процесс 14) рабочему телу, это обратимый процесс, поэтому рабочее тело получает теплоту q1 по изотерме 41. На процессе 12 рабочее тела расширяется по обратимой адиабате от Т1 до Т2. В обратимом процессе 23 рабочее тело передает теплоту q2 холодному источнику по изотерме Т2=const (для горячего источника это процесс 23). На процессе 34 рабочее тело сжимается по обратимой адиабате от Т2 до Т1.

Для цикла Карно в T,s- диаграмме подведенная q1 и отведенная q2 теплота к рабочему телу представляют площади под изотермическими процессами 41 и 23, которые соответствуют прямоугольникам со сторонами: для q1 — с Т1 и Δs, для q2 — с T2 и Δs. Величины q1 и q2 определяются по формулам изотермического процесса:

Работа цикла Карно равна разности подведенной и отведенной теплоты

В соответствии с выражением (9.7) получить работу возможно только при наличии разности температур у горячего и холодного источников теплоты. Максимальная работа Цикла Карно теоретически была бы при Т2=0, но в качестве холодного источника в тепловых машинах, как правило, используется окружающая среда (вода, воздух) с температурой около 300 К. Кроме этого, достижение абсолютного нуля в природе невозможно (этот факт относится к третьему закону термодинамики). Таким образом, в цикле Карно не вся теплота q1 превращается в работу, а только ее часть, Оставшаяся после получения работы теплота q2, отдается холодному источнику, и при заданных Т1 и Т2 она не может быть использована для получения работы, величина q2 является тепловыми потерями (тепловым отбросом) цикла.

Термический КПД цикла Карно может быть записан в виде

Таким образом, КПД цикла Карно будет тем больше, чем больше Т1 и меньше Т2. При Т12 КПД равен нулю, т.е. при наличии одного источника теплоты получение работы невозможно. Невозможность существования Т2=0 К, указывает на то, что КПД цикла Карно не может быть равен единице, и на то, что он всегда меньше единицы.

Анализ выражений (9.7) и (9.8) включает в себя выводы, которые относятся к формулировкам второго закона термодинамики:

получение работы в тепловой машине возможно только при наличии двух источников теплоты, имеющих разную температуру;

в тепловой машине невозможно преобразовать всю теплоту горячего источника в работу;

невозможно создание вечного двигателя второго рода, в котором в качестве источника теплоты используется окружающая среда.

Необходимо отметить, что любой цикл, имеет термический КПД ниже КПД цикла Карно, проходящего в интервалах максимальной и минимальной температуры данного цикла. Это утверждение легко доказать, показав сравниваемые циклы в T,s- диаграмме (рис.9.6.). Сравним термический КПД произвольного цикла abcd (ηt) с КПД цикла Карно 1234 (ηt к ), проходящего в интервалах максимальной — T1max и минимальной — T2min температур данного цикла — abcd. Из рис.9.6 видно, что q1 к > q1 на величину площади 1ad и 4dc, а q2 > q2 к на величину площади а2b и 3cb. В результате имеем q2/q1 > q2 к /q1 к , следовательно, получаем соотношение:

Читать еще:  Двигатель глохнет и заводиться ока

Термический КПД цикла Карно зависит только от температуры горячего и холодного источников теплоты (Т1 и Т2). Зная температуры цикла Карно, легко определить его КПД и сопоставить его эффективность с другим циклом Карно.

Любой обратимый цикл можно представить в виде эквивалентного цикла Карно , т.е. цикла с такими же q1 и q2, а соответственно и с такой же работой и термическим КПД, как у исходного цикла. Понятие эквивалентного цикла Карно позволяет сопоставить между собой термические КПД различных по конфигурации обратимых циклов, используя только Т1 и Т2.

Для преобразования произвольного обратимого цикла в эквивалентный цикл Карно вводится понятие среднетермодинамической температуры.

Среднетермодинамической температурой — Тm называется частное от деления теплоты процесса на изменение его энтропии:

В диаграмме Т,s- графически Тm (рис.9.7) представляет собой высоту прямоугольника авсd, равновеликого площади 12сd.

Используя понятие среднетермодинамической температуры, представим в виде эквивалентного цикла Карно произвольный обратимый цикл 1234 (рис.9.8). Для этого процесс подвода теплоты в цикл 12 заменим изотермическим процессом ав со средетермодинамической температурой T1m, а процесс отвода теплоты 34 заменим изотермическим процессом cd со средне термодинамической температурой T2m. Полученный цикл Карно авсd имеет q1 и q2 равные подведенной и отведенной теплоте рассматриваемого цикла 1234, т.е. это эквивалентные циклы, для которых термический КПД определяется по формуле

В дальнейшем понятие эквивалентного цикла Карно будет использоваться для сопоставления тепловой экономичности различных циклов теплоэнергетических установок.

ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД

безразмерная величина, применяемая в технич. термодинамике и теплотехнике для хар-ки степени совершенства преобразования энергии в прямом круговом процессе — цикле теплового двигателя. Т. кпд nt цикла равен отношению работы А, совершаемой за цикл рабочим телом, к теплоте Q2, получ. при этом рабочим телом от нагревателей (теплоотдатчиков): nt = A/Q1. Согласно второму началу термодинамики, Т. кпд любого цикла nt

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

  • ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
  • ТЕРМИЧЕСКИЙ (ТЕПЛОВОЙ) УДАР

Смотреть что такое «ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД» в других словарях:

термический КПД — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN cycle efficiencyfuel efficiencythermal efficiency … Справочник технического переводчика

термический кпд — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN efficiency of cycle … Справочник технического переводчика

термический КПД — 3.26 термический КПД (thermal efficiency): Отношение общего количества поглощенного тепла к общему количеству тепла, которое получено при сжигании топлива с учетом теплоемкости воздуха, топлива и распыливающего агента (рассчитывается по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

термический КПД цикла Рэнкина — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Rankine cycle thermal efficiency … Справочник технического переводчика

низкий термический КПД — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN thermal inefficiency … Справочник технического переводчика

термический коэффициент полезного действия — тепловой коэффициент полезного действия термический КПД тепловой КПД — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы тепловой коэффициент полезного действиятермический КПДтепловой КПД EN … Справочник технического переводчика

ТЕПЛОВОЙ КПД — то же, что Термический КПД … Металлургический словарь

АВИАЦИОННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА — двигатель и движитель летательного аппарата, единый комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих силу тяги и подъемную силу для полета и ускорения летательного аппарата. Автомобиль движется благодаря трению покоя между колесом и дорогой.… … Энциклопедия Кольера

Читать еще:  Двигатель вд 615 как накрутить насос

ПВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые … Википедия

ПуВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые … Википедия

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Реальный тепловой двигатель

Изучение такь: х идеальных циклов необходимо для оценки работы реальных тепловых двигателей , в которых происходит преобразование теплоты в работу. [16]

В термодинамике рассматриваются идеальные циклы, поэтому они только условно могут характеризовать работу реальных тепловых двигателей или теплосиловых установок. Несмотря на это, исследование их экономичности имеет большое значение. [17]

В данном диапазоне максимальной ( Т) и минимальной ( Ti) температур эффективность цикла реальных тепловых двигателей — паровых и газовых турбин, паровой машины, двигателей внутреннего сгорания и др. — значительно ниже термического КПД цикла Карно, но она также повышается при увеличении средней температуры подвода теплоты и уменьшении средней температуры отвода теплоты. [18]

Таким образом, вопрос о термодинамической правомерности миграционной теплопередачи становится первой методологической проблемой термодинамической теории реальных тепловых двигателей . [19]

Наличие принципиальных качественных различий между рабочими процессами тепломиграционных и теплоконтактных двигателей означает, что наряду с общим учением об идеальных тепловых двигателях необходимо иметь общее учение о реальных тепловых двигателях . [21]

Наряду с этим, учитывая факт существования миграционной теплопередачи, можем констатировать, что классическая концепция теплоты не адекватна действительной теплопередаче в процессах превращения тепла в работу и что эта концепция при ортодоксальной ее реализации является своеобразным вето для развития термодинамического анализа реальных тепловых двигателей . [22]

Термический КПД цикла Карно при изотермических источниках имеет максимальное значение в заданном интервале температур по сравнению с другими циклами и, следовательно, является эталоном, с которым сравнивают циклы существующих тепловых машин. Реальный тепловой двигатель тем совершеннее, чем ближе значение его КПД к КПД цикла Карно в том же интервале температур. [23]

Коэффициент полезного действия реального теплового двигателя будет, конечно, ниже. [25]

Из сказанного становится ясным ] практическое значение регенерации теп ла. Применение регенерации тепла в реальных тепловых двигателях позво — j ляет уменьшить необратимость цикла связанную с разностью температур теп — j лоогдатчика и рабочего тела при теп — лообмене. [26]

Из сказанного становится ясным практическое значение регенерации тепла. Применение регенерации тепла в реальных тепловых двигателях позволяет уменьшить необратимость цикла, связанную с конечной разностью температур теплоотдатчика и рабочего тела при передаче тепла от первого к последнему. Регенеративный подогрев рабочего тела устраняет ( на одних участках цикла полностью, на других частично) необратимый теплообмен и снижает разность температур между теплоотдатчиком и рабочим телом. [27]

Ниже рассматриваются обратимые циклы. Реальные же, необратимые процессы и циклы тепловых двигателей рассматриваются в разделах учебника, посвященных описанию конструкции и работы реальных тепловых двигателей . [28]

Принятие расширенной концепции теплоты не связано с нарушением каких-либо теплофизических принципов передачи тепла. Вместе с тем принятие такой концепции представляется настоятельной методологической необходимостью, так как передача тепла миграцией теплоносителя есть главный, неотъемлемый фактор рабочих процессов реальных тепловых двигателей . Для построения общей термодинамической теории таких двигателей расширенная концепция теплоты является методологической проблемой номер один. [29]

Для повышения термического КПД цикла Карно t ] t необходимо по возможности увеличивать перепад температур между источником теплоты и холодильником. В реальных условиях это осуществляется повышением температуры рабочего тела в начале процесса и понижением ее в конце. Реальный тепловой двигатель тем совершеннее, чем ближе значение его КПД к КПД цикла Карно, протекающего в тех же температурных границах. [30]

Читать еще:  Ваз 2141 двигатель тюнинг

Термический коэффициент полезного действия

В качестве количественной характеристики термодинамической эффективности любого теплового двигателя используется так называемый термический коэффициент полезного действия(термический КПД) , определяемый отношением полезной работы, полученной в двигателе за цикл, к затраченному теплу от верхнего источника за этот же цикл, т.е. по определению

(4.3)

Первое начало термодинамики в применении к циклам тепловых машин (4.2) в формулировке В.Томсона даёт

(4.4)

причём следует иметь в виду, что здесь под понимается теплота, отнятая от верхнего источника тепла и переданная рабочему телу, т.е. по отношению к рабочему телу эта теплота положительна в соответствии с выбором знака теплоты. Величина же есть теплота, отданная рабочим телом нижнему источнику тепла, и по отношению к рабочему телу эта теплота отрицательна, т.е., строго говоря, в применении к рабочему телу (4.4) должно быть записано в виде

(4.5)

Тогда выражение для термического КПД принимает вид

(4.6)

Итак, первый закон термодинамики даёт следующее ограничение для термического КПД тепловых двигателей

(4.7)

в то время как второе начало в формулировке Томсона накладывает более жёсткое ограничение

(4.8)

т.е. термический КПД любого теплового двигателя строго меньше единицы, поскольку теплота, передаваемая нижнему источнику тепла (теплоприёмнику), никогда не равна нулю.

В связи с этим возникает весьма важный с теоретической и практической точек зрения вопрос о нахождении максимально возможного термического КПД тепловой машины, работающей при наличии двух источников тепла (теплоотдатчика и теплоприёмника), и о принципах её конструирования. Эта проблема была решена в 1824 году французским инженером Сади Карно в опубликованной им работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу».

Цикл Карно

В своём знаменитом сочинении Сади Карно обсудил принципы и предложил конструкцию теплового двигателя, который, по его мнению, должен обладать максимальной эффективностью преобразования теплоты в полезную работу. В современном изложении его рассуждения сводятся к следующему: в идеальной тепловой машине все необратимости должны быть сведены к минимуму, т.е. исключены. Это возможно, если все трущиеся поверхности идеально смазаны, скорости движения рабочего тела настолько малы, что можно пренебречь внутренним трением (вязкостью), химические реакции отсутствуют, передача тепла от верхнего источника рабочему телу происходит при температуре рабочего тела мèньшей, но бесконечно близкой к температуре источника тепла, а передача тепла от рабочего тела к теплоприёмнику происходит при температуре рабочего тела бòльшей, но бесконечно близкой к температуре нижнего источника тепла. Очевидно, что изменение температуры рабочего тела, для исключения необратимого теплообмена, должно происходить только адиабатически. Таким образом, приходим к идеальному циклу тепловой машины, работающей между двумя источниками тепла (теплоотдатчиком и теплоприёмником), известному под названием цикла Карнои состоящему из двух изотерм подвода и отвода тепла и двух адиабат. Относительно цикла Карно формулируются два утверждения, называемые теоремами Карно:

I теорема Карно — термический КПД цикла Карно максимален по сравнению с термическим КПД любой другой тепловой машины, работающей в том же интервале температур; это следует из того, что все процессы в машине Карно обратимы, т.е. в ней отсутствует диссипация энергии.

II теорема Карно— термический КПД цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела, а зависит только от значений температур верхнего и нижнего источников тепла. Мы не будем подробно доказывать эту теорему, укажем лишь, что если бы КПД цикла Карно зависел от свойств рабочего тела, то можно было бы передавать тепло от холодного тела к более нагретому без затраты внешней работы, т.е. нарушался бы второй закон термодинамики в формулировке Клаузиуса.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector