Круговые процессы

ТЕМА 5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

Круговым процессом, или циклом, называют совокупность термодинамических процессов, в результате осуществления которых рабочее тело возвращается в исходное состояние.

Работа кругового процесса (l0) изображается в координатах pv (рисунок 5.1,а) площадью, заключенной внутри замкнутого контура цикла, причем работа положительна, если цикл совершается по часовой стрелке (прямой цикл), и отрицательна, если он соверша­ется против часовой стрелки (обратный цикл).

Прямой цикл (l0 > 0) характерен для тепловых двигателей, об­ратный цикл (l0 < 0) – для холодильных машин.

Если обозначить через q1 – количество теплоты, заим­ствованной 1 кг рабочего тела от внешнего (или верхнего) источ­ника теплоты; q2 – количество теплоты, отданной 1 кг рабочего тела внешнему охладителю (или нижнему источнику), то полезно использованная в цикле теплота q0 = l0.

. (5.1)

а) в pv; б) в Тs – координатах

Рис. 5.1 – Графическое изображение цикла

Это количество теплоты в координатах Ts изображается пло­щадью, заключенной внутри замкнутого контура цикла (рисунок 5.1,б). Очевидно, эта площадь представляет также величину работы за один цикл, причем, как и в координатах pv, работа положительна, если цикл совершается по часовой стрелке, и отрицательна, если он совершается против часовой стрелки (штриховые линии со стрел­ками).

Степень совершенства процесса превращения теплоты в работу в круговых процессах характеризуется термическим КПД.

Термическим КПД цикла называется отношение работы l0 произведенной двигателем в течение цикла, к количеству теплоты q1, подведенной за этот цикл от источника теплоты:

. (5.2)

Пользуясь диаграммой в координатах Ts (рисунок 5.1,б), можно определить термический КПД цикла графическим путем:

. (5.3)

За счет внешней работы l0, расходуемой на осуществление об­ратного цикла, можно передать теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой. При этом от источника с низкой температурой отводится количество теплоты q2, а высокотемпературный источник получит количество теплоты .

По обратному циклу работают холодильные машины. В этих машинах желательно, чтобы при минимальной затрате внешней работы количество теплоты, отводимое от менее нагретого тела к более нагретому, было возможно большим. Поэтому эффектив­ность обратного цикла оценивается холодильным коэффициентом εх:

. (5.4)