Прямой цикл Карно. Тепловая изоляция
Дисциплина: Химия и физикаТип работы: Реферат
Тема: Прямой цикл Карно. Тепловая изоляция
Днепропетровский Государственный Технический Университет Железнодорожного Транспорта.
Кафедра : «Теплотехника»
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
На тему :
Прямой цикл Карно» ,
Тепловая изоляция»
Выполнил
студент 427 группы
Астраханцев Дмитрий
Принял
Доц. Арестов А.П.
Днепропетровск 1998
Прямой цикл Карно.
Как известно, все тепловые двигатели, превращающие тепловую энергию в механическую, работают по круговым циклам или термодинамическим циклам – идеальный цикл теплового
двигателя (прямой цикл Карно) и цикл холодильной машины (обратный цикл Карно).
Рассмотрим прямой цикл Карно. Для этой цели возьмем идеальную систему, состоящую из горячего источника тепла, рабочего тела и окружающей среды. Параметры источника тепла
Тг,
г, температура окружающей среды Т
0. Рабочее тело в конечном итоге не совершает работы за счет своей собственной энергии. До начала работы и после ее завершения все параметры рабочего тела и его полная
энергия остаются в точности теми же самыми. Иначе говоря, рабочее тело изменяет свои параметры по какому-то циклу, возвращаясь каждый раз в первоначальное состояние. Суммарная работа
окружающей среды над телом равна нулю; никаких потерь работы нет; энтропия системы остается неизменной (
Sc=0)
; все процессы обратимые.
При отдаче горячим источником рабочему телу тепла
тело произведет суммарную работу
и, для того чтобы вернутся в первоначальное состояние, отдаст окружающей среде тепло
dQ2.
При этом энтропия горячего источника уменьшится на величину
а энтропия холодного источника возрастет на
dSx = dQ
Поскольку согласно второму закону термодинамики энтропия рассматриваемой изолированной системы уменьшаться не может, то при dS
всегда будет
dSx 0,
а следовательно, и
2 0.
Значит, совершая работу с помощью циклов, тепло должно не только подводится, но и обязательно отводиться.
В идеальном случае, когда достигается максимальная работа,
г +
dSx = 0
и величина
является минимальной. Таким образом,
= dQ
2min/T
или
2min = T
г ,
где
г берется по абсолютной величине (без отрицательного знака), т.е.
г =
Согласно первому закону термодинамики, всегда
dL = dQ
1 – dQ
max = dQ
1 – dQ
2min,
или
max = dQ
1 – T
т.е. максимальная работа цикла за счет тепла
max = Q
1 – T
2 –
где (
2 –
1) – абсолютна величина уменьшения энтропии горячего источника, вызванная отдачей тепла Q
Очевидно, что эта формула будет справедлива независимо от того, меняется или не меняется температура Тг горячего источника. Обязательными условиями ее справедливости
являются только постоянство температуры окружающей среды и обратимость всех процессов цикла. Максимальная полезная работа, которая может быть совершена в идеальном (обратимом)
тепловом двигателе, оказывается абсолютно одинаковой, будет ли этот двигатель работать по какому-либо обратимому циклу или в нем будут совершаться любые разомкнутые процессы.
Максимальная доля тепла, которая может быть превращена в работу, обычно выражается через отношение
max/Q
называемое термическим к. п. д. теплового двигателя :
max/Q
1 = (Q
1 – Q
2min)/Q
При постоянных температурах горячего Тг и холодного Т0 источников, учитывая предыдущие формулы максимальный термический к. п. д. теплового двигателя :
=1 – Т
Тг.
Можно доказать, что значение максимальной работы, а следовательно, и максимальный термический к. п. д. для случая источников тепла постоянной температуры достигается в
обратимом прямом цикле Карно, состоящем из двух изотерм и двух адиабат :
Условия построения прямого цикла Карно следующие :
Поскольку подвод тепла обратимый, то при Тг =
const
температура тела Т
1 на протяжении всего процесса подвода тепла должна быть равной Тг и оставаться постоянной : Т
1 = Тг=
const;
Так как и отвод тепла должен быть обязательно обратимым, то и температура Т
2 тела в процессе отвода тепла также должна быть равна Т
0 и оставаться постоянной : Т
2 = Т
const;
Поскольку в других процессах тепло не должно подводиться и отводиться, то замыкание цикла может осуществляться только процессами с постоянной энтропией (
S = const),
следовательно, должно быть :
Sa = Sb
Sc = Sd .
В изображенном на рисунке цикле изоэнтропа
ab –
процесс адиабатического сжатия рабочего тела; изотерма
bc –
процесс подвода тепла
изоэнтропа
cd –
процесс адиабатического расширения рабочего тела; изотерма
da –
процесс отвода тепла
к холодному источнику (окружающей среде). Одновременно изотермы
соответственно процессы отвода тепла от горячего источника и подвода тепла к холодному источнику. В этом, как и в любом другом, обратимом цикле значения изменения энтропии
горячего и холодного источников равны между собой по абсолютной величине и имеют обратные знаки, т.е.
г =
Конечное изменение энтропии
рабочего тела, совершающего замкнутый процесс, будет равен нулю. Приращение энтропии системы, равное алгебраической сумме энтропии всех тел рассматриваемой системы
(обеих источников тепла и рабочего тела), также равно нулю :
Sc =
Этим подтверждается, что цикл Карно действительно дает максимальную работу.
Из рисунка находим :
1 = T
г = Т
г ;
Q2 = T
Sx = T
Отсюда
ц =
1 – Q
2 = (T
1 – T
С учетом того, что
г =
получим
ц =
Q [(T
2)/T
Термический к. п. д. этого цикла
/Q1 = 1 – T2/T1 =
t мах
С помощью прямого цикла Карно можно доказать, что отводимое к холодному источнику тепло
2min
не является потерей энергии, а представляет собой тот «балласт», ту непревратимую часть энергии, которая в любой момент, без затраты какой-либо дополнительной работы, может
быть отнята от холодного источника и возвращена горячему.
Здесь следует заметить, что осуществляя обратный цикл Карно, можно, затратив работу
ц , получить и отдать горячему источнику тепла
ровно столько, сколько было от него получено в прямом цикле, а от холодного источника будет отобрано в точности такое же количества тепла
2min
, сколько ему было отдано в прямом цикле.
ТЕПЛОВАЯ
ИЗОЛЯЦИЯ.
Теплоизоляция – это защита зданий, промышленных установок (или отдельных их узлов) от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве
и теплоэнергетике теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике – для защиты аппаратуры от притока тепла извне.
Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных заграждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т.п.) и затрудняющих
теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией.
При преимущественно конвективном теплообмене для теплоизоляции используются ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене –
конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например из фольги, металлизированной лавсановой пленки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) – материалы
с развитой пористой структурой.
Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением (
изоли...