Круговые процессы или циклы

Круговые процессы или циклы ― это процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное состояние. При непрерывной работе машины цикл постоянно повторяется.

Р Рис.16. 1 а b V1 V2 V

Как мы уже знаем, величины работы и количества тепла в

каком-либо произвольном политропном термодинамическом

ℓ

процессе зависят от характера процесса (показателя политропы).

Знак работы (положительный или отрицательный) зависит от

направления процесса (сжатия или расширения).

Если между точками 1 и2 рабочее тело осуществляет

последовательно ряд процессов расширения на пути 1-а-2,

а затем также последовательно ― ряд процессов сжатия на пути

2-b-1, то в итоге рабочее тело совершит круговой процесс, или термодинамический цикл. Этот цикл описывает изменение термодинамических параметров рабочего тела и преобразование тепла в работу в тепловых машинах.

Суммарная работа цикла будет измеряться заштрихованной площадью 1-а-2-b и эта площадь выражает полезную работу.

Циклы бывают прямые и обратные. Прямые циклы осуществляются в тепловых машинах, в которых теплота переходит в работу, а обратные ― в холодильных установках, где работа переходит в теплоту. Если процессы, входящие в цикл, являются равновесными и обратимыми, то и цикл является обратимым. Если какой-либо процесс, входящий в цикл, неравновесный, то и весь цикл будет неравновесным и, следовательно, необратимым.

Полезная работа цикла равна разности количеств тепла, подведённого и отведённого при совершении цикла. В круговых процессах начальное и конечное состояния рабочего тела совпадают, поэтому изменение его внутренней энергии равно нулю.

Степень термодинамического совершенства прямого цикла характеризуется термическим коэффициентом полезного действия (КПД), который представляет собой отношение полезно использованного в цикле тепла q_пол ко всему подведённому в нём тепла.

Обозначим через q₁ всё подведённое в цикле тепло, а через q₂ ― всё отведённое, то, согласно второму закону термодинамики, которое мы изучим в следующем разделе, q_пол=q₁-q₂ и, следовательно, термический КПД цикла можно выразить следующим образом:

.

Из этого выражения следует:

1. В рассматриваемом цикле всегда η_t<1, так как по второму закону термодинамики q₂ всегда больше нуля.(q₂>0).

2. В данном интервале температур цикл тем эффективнее, чем меньше величина , то есть чем больше в цикле подводится и меньше отводится тепла или, иначе говоря, чем больше подводимое тепло используется на совершение работы.