Идеальные циклы тепловых двигателей

Термодинамический метод исследования циклов

Тепловых двигателей

Основными задачами термодинамического метода исследования циклов тепловых двигателей являются:

- определение величины подведенного q ₁ и отведенного q ₂ тепла, а также работы цикла l _ц;

- определение эффективности преобразования подведенной к рабочему телу теплоты q ₁ в работу цикла l _ц, т.е. определение термического КПД цикла η _t и факторов, на него влияющих;

- оценка путей повышения эффективности цикла.

Превращение теплоты в работу в циклах реальных двигателей связано с рядом сложных физических, химических и газодинамических процессов (горение топлива, теплоотдача от рабочего тела в стенки двигателя, течение вязкого газа в различных элементах двигателя и др.). Они изучаются в теории авиационных двигателей.

В технической термодинамике проводятся изучение и исследование идеальных циклов тепловых двигателей. В них реальные процессы заменяются идеальными. При идеализации циклов обычно принимаются следующие допущения:

1) процессы, составляющие цикл, являются обратимыми, т.е. l _трен и другие диссипативные явления отсутствуют;

3) рабочее тело в цикле обладает неизменным химическим составом, если это газ, то он считается идеальным;

4) реальный процесс горения топлива заменяется обратимым процессом подвода теплоты извне;

5) цикл считается замкнутым, процесс смены рабочего тела не рассматривается, а заменяется обратимым процессом отвода теплоты от рабочего тела в окружающую среду.

Рис. 6.1. Графический метод сравнения циклов

Максимально возможная степень преобразования теплоты в работу цикла достигается в цикле Карно, который осуществляется в том же интервале температур, что и в исследуемом цикле.

Совершенство произвольного обратимого цикла оценивается тем, насколько его термический КПД отличается от термического КПД цикла Карно, осуществляемого в то же интервале крайних температур. Эту оценку выполнить сложно, т.к. трудно вычислить η_t произвольного цикла. Поэтому пользуются следующими методами сравнения эффективности циклов.

а) Графический метод сравнения циклов в T,s – координатах

В этих координатах (рис. 6.1) наглядно изображаются теплоты и , входящие в выражение для .

Сравним произвольный цикл abcd, осуществляемый в интервале температур Т _max и Т _min с циклом Карно 1234 в этом же интервале температур. Из графика (рис. 6.1) видно, что в произвольном цикле < , а > . Следовательно , поэтому больше произвольного цикла.