Новое учение о теплоте

ОЧЕРКИ

7.11. Эффективность преобразования теплоты

Из соотношения (7.16) следует: dQ = RdT, т.е. теплообмен возможен исключительно при наличии перепада температур; при наличии перепада скоростей или давлений согласно (7.6) и (7.13) происходит обмен внутренней энергией. Это и определяет, в частности, возможности получения работы в тепловых, ветряных и использующих сжатый газ двигателях (моторах).

На основании баланса энергии (7.22) можно составить общее выражение для термического КПД цикла, характеризующего эффективность превращения теплоты в механическую работу в тепловом двигателе
h = L/Q₁ = 1 – Q₀/Q₁.

Как видим, он тем больше, чем меньше относительная доля потерь теплоты в охладителе, под которым мы будем далее иметь в виду окружающую среду.

Рис. 7.6. Цикл Карно

Пусть теплота подводится к газу при среднеинтегральной температуре Ŧ₁ = Q₁ /DS (рис. 7.6), где DS = S_b – S_a , а отводится при среднеинтегральной температуре Ŧ₀ = Q₀ /DS. Используя баланс энтропии (7.23), для рассматриваемого случая имеем:
(7.24) h = 1 – Ŧ₀/Ŧ₁ £ 1,0.

Это выражение довольно сложным путём впервые было получено Клаузиусом для оценки предельной эффективности идеализированного термодинамического цикла в заданном интервале температур T₀…T₁ (цикл Карно). Цикл изображён сплошными линиями на рис. 7.6 в координатах T-S и представляет собой комбинацию двух изотерм (квазитерм по нашей терминологии) и двух адиабат, включая следующие процессы: сжатие по адиабате ac, подвод теплоты по изотерме cz, расширение по адиабате zb и отвод теплоты по изотерме ba. Площадь прямоугольной фигуры aczba на рисунке характеризует количественно преобразованную в работу теплоту, которая для идеализированного цикла Карно является максимально достижимой.

Реальные циклы преобразуют теплоту в работу менее эффективно. Об этом можно судить по тому же рис. 7.6: изображённая на нём пунктирной линией фигура adzea цикла Отто имеет существенно меньшую площадь по сравнению с циклом Карно. Видно также, что повысить эффективность традиционного бензинового двигателя внутреннего сгорания можно за счёт «освоения» затенённых площадей dczd и aeba на TS-диаграмме. Первое обеспечивается при повышении степени сжатия воздуха в цилиндре двигателя (участок dc на диаграмме) и организации регулируемого процесса сгорания (участок cz), второе — при утилизации теплоты отработавших газов. Эти два способа и реализуются сегодня на практике.

НАЗАД < > ВПЕРЁД

[Главная][Презентация][Очерки][Статьи][Брошюра][Изобретения][Мой архив]

Хостинг от uCoz