Здравствуйте! При проектировании и построении двигателей стремятся к тому, чтобы они расходовали возможно меньше топлива на каждую единицу вырабатываемой механической энергии. Большой практический интерес представляет вопрос о том, какую максимальную долю тепла, подводимого к рабочему телу, можно превратить в механическую энергию.
При изучении циклов тепловых двигателей в термодинамике исследуется только влияние основных параметров, определяющих условия работы двигателя. По существу, изучаются идеализированные модели двигателей, в которых отсутствуют потери на трение, потери при теплообмене с окружающей средой и др. Все протекающие в двигателе рабочие процессы рассматриваются как равновесные. Такой подход существенно упрощает исследование тепловых двигателей и позволяет установить основные закономерности их работы, исключив влияние второстепенных факторов, не имеющих принципиального значения.
Изучение идеальных тепловых двигателей имеет большое практическое значение, так как оно позволяет наметить пути совершенствования реальных тепловых двигателей и установить пределы повышения их экономичности. При расчете реальных тепловых двигателей вводятся опытные коэффициенты, которые учитывают перечисленные выше потери.
Тепловой двигатель может непрерывно совершать работу, если рабочее тело после расширения возвращается в первоначальное состояние, а рабочий процесс повторяется. При этом рабочее тело совершает круговой процесс или цикл 1 — a — 2 — b — 1 (см. рис.). В некоторых двигателях (газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) рабочее вещество после расширения удаляется из установки и заменяется новым, однако количественные соотношения, характеризующие работу двигателя для замкнутого цикла, при этом сохраняются.
Если цикл совершается по часовой стрелке, то работа расширения, эквивалентная площади 1 — a — 2—5 — 4—1, превышает работу сжатия, численно равную площади 1— b — 2—3— 4—1. В результате кругового процесса двигателем совершается работа l против внешних сил, которой соответствует заштрихованная площадь на ρυ — диаграмме. При движении против часовой стрелки работа сжатия в цикле будет больше работы расширения, и установка будет получать механическую энергию из окружающей среды.
После интегрирования уравнения первого закона термодинамики для кругового процесса получим
Так как в круговом процессе рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, то его внутренняя энергия при этом не изменяется: §du = 0. Из выражения (1) следует, что §dq = §dl или q=I.
Это равенство означает, что работа l теплового двигателя равна подведенной в круговом процессе теплоте q. На рисунке б показан произвольный круговой процесс на Ts-диаграмме. На участке 1 — а — 2 происходит подвод теплоты к рабочему телу, причем количество подведенной теплоты q1 эквивалентно площади 1 — а — 2—3—4—1. В процессе 2 — b — 1 отводится количество теплоты q2, которой на диаграмме соответствует площадь 1 — b — 2—3—4—1. Заштрихованная площадь равна количеству теплоты q, превращенной в работу.
Для оценки экономичности теплового двигателя вводится понятие термического коэффициента полезного действия. Этот коэффициент равен отношению количества теплоты q1—q2, превращенной в работу, ко всей подведенной теплоте q1:
где l — работа двигателя. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Добавить комментарий