Круговые процессы (циклы).

Круговым процессом называют всякий процесс, в результате которого рабочее тело приходит в исходное состояние.

Рабочие процессы в тепловых двигателях рассматриваются как циклы, очевидные в большей или меньшей степени.

Паротурбинная установка, двигатель внутреннего сгорания – менее очевидный цикл, нужно в систему включать атмосферу.

Для цикла изменение внутренней энергии DU=0, всё подводимое тепло совершает работу q=l.

Все термодинамические циклы разделяются на 2 группы:

а) прямые – тепловые двигатели.

б) обратные – холодильные машины.

Прямой цикл и его характеристика.

Это цикл, который в координатных осях совершается по часовой стрелке.

В каждом цикле можно выделить 2 группы процессов:

а) расширение Dv > 0

б) сжатие Dv < 0

а) l_расш=1a2mn

l_расш – ограничена линейным перемещением поршня вправо.

Далее необходимо вернуть поршень в исходное положение, а рабочее тело в исходное состояние, т.е. необходимо совершить процесс сжатия.

б) l_сж=2b1nm

l_расш>l_сж – в прямом цикле

l_расш-l_сж= l₀ – полезная работа цикла

Обратимый цикл в координатах T=S (исправить клювик)

1а2 – тепло подводится

q₁=1a2сd – подводимое тепло

q₂=2b1dc – отводимое тепло

Из диаграммы видно, что тепло в процессах цикла надо и отводить и подводить.

Изменение внутренней энергии цикла DU=0 – из определения цикла

- на основании I-го закона термодинамики

q₀ – полезная теплота цикла

Характеристикой прямого цикла является термический КПД цикла.

Это есть отношение количества тепла, превращенного в работу, по всему подводимому за цикл теплу.

Иногда используют среднее давление цикла:

Цикл Карно.

Рассмотрим обратимый цикл, при осуществлении которого вся теплота в цикле подводится и отводится в изотермических процессах, а число источников минимально – два: один теплоотдатчик и один теплоприемник.

Осуществить обратимо цикл при таких условиях можно сле­дующим образом. Сначала в изотермическом процессе расшире­ния теплота обратимо подводится к рабочему телу от теплоотдатчика с постоянной температурой. Затем в обратимом адиабатном процессе расширения, в котором отсутствует теплообмен между рабочим телом и источниками теплоты, температура рабочего тела понижается до температуры теплоприемника. Далее в обратимом изотермическом процессе при температуре теплоприемника про­исходит отвод теплоты от рабочего тела к нему. Замыкающим цикл процессом должен быть опять обратимый адиабатный про­цесс, в котором при отсутствии теплообмена с внешними источни­ками теплоты температура повышается до начальной и рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Таким образом, обратимый цикл, осуществленный между двумя источниками тепла постоянной температуры, должен состоять из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов.

Этот цикл впервые был рассмотрен Сади Карно в его работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах,

способных развивать силу», опубликованной в 1824 г.

Указанный цикл изображен на диаграмме (рис. 2).

Представим себе тепловую машину, цилиндр которой может быть по мере надобности как абсолютно теплопроводным. Так и абсолютно нетеплопроводным.

Пусть в первом положении поршня начальные пара­метры рабочего тела p1, v₁ а температура Т1 равна температуре теплотдатчика. Если в этот момент цилиндр будет абсолютно теплопроводным и если его привести в соприкосновение с теплоотдатчиком бесконечно большой энергоемкости, сообщив рабочему телу удельное количество теплоты q₁ по изотерме 1-2, то газ расширится до точки 2 и совершит работу. Параметры точки 2: p₂, v₂ T₁ От точки 2 цилиндр должен быть абсолютно нетеплопроводным. Рабочее тело с температурой T_1, расширяясь по адиабате 2- 3 до температуры теплоприемника T₂, совершит работу. Параметры точки 3: p₃, v₃ T₂. От точки 3 делаем цилиндр абсолютно теплопроводным, сжимая рабочее тело по изотерме 3-4, одновременно отводим удельное количество теплоты q₂ в теплоприемник. В конце изотер­мического сжатия параметры рабочего тела будут p₄, v₄ T₂ . От точки 4 в абсолютно нетеплопроводном цилиндре адиабатным про­тесом сжатия 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Из всех возможных циклов он обладает max термическим КПД. Нужно найти наивыгоднейшие процессы, образующих цикл. Карно доказал, что лучшим является обратимый цикл, состоящий из 2-х изотерм и 2-х адиабат.