ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Обратимые обратные циклы из "Холодильные машины и аппараты" Характерной особенностью теории холодильных машин до последнего времени являлось стремление приблизить рабочие процессы холодильных машин к циклу Карно. [c.12] Как известно, обратимый цикл Карно дает минимальную работу при получении искусственного холода только в условиях постоянных температур охлаждаемого источника и окружающей среды при бесконечно малой разности температур в процессах теплообмена между рабочим телом и источником. В этом случае он может служить образцом совершенства холодильной машины. Однако в практических условиях процесс охлаждения протекает очень часто при переменных температурах. [c.12] Термодинамика рассматривает процессы вне зависимости от времени, следовательно, источники с переменными температурами надо рассматривать как бесконечно большой непрерывный ряд источников с разными постоянными температурами. Физические процессы источников с переменными температурами, когда в каждой точке этих процессов температуры остаются с течением времени постоянными, могут быть осуществлены без необратимых потерь с помощью бесконечно большого числа бесконечно малых циклов Карно. Однако обратимый цикл рабочего тела, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов, при источниках с переменными температурами осуществить невозможно. В физическом процессе охлаждения источника при переменных температурах изотерма рабочего тела должна соответствовать низшей температуре источника. В процессе теплообмена такого источника с рабочим телом разность температур не бесконечно мала, в результате чего имеются необратимые потери, и, следовательно, в этих условиях цикл с двумя изотермическими и двумя адиабатными процессами необратим. [c.12] Универсальное применение цикла Карно часто приводит к неверной оценке термодинамического совершенства отдельных типов холодильных машин, например воздушной, абсорбционной, и, следовательно, к неправильному практическому их использованию. [c.12] И те же процессы подвода и отвода тепла можно относить также и к источникам. В этом случае изменится только направление процессов. Наиболее просто осуществляется цикл Карно, если рабочее тело находится в области влажного пара. При этом положение точки 1 должно быть таким, чтобы в конце адиабатного сжатия в компрессоре получался насыщенный пар. Точка 4 должна соответствовать концу процесса расширения влажного пара или насыщенной жидкости. [c.13] Непрерывное отсасывание пара, образованного в испарителе, дает возможность поддерживать температуру кипения на постоянном уровне Т . Таким образом, две изотермы—Т (испарителя) и Т (конденсатора) и две адиабаты I—2 (компрессора) и 5—4 (расширителя) составляют цикл Карно в области влажного пара. Работа цикла Al меньше работы компрессора Al на величину работы Л/р расширителя Al = А1к А1 . [c.13] Работа компрессора, сжимающего пар адиабатно, равна разности энтальпий в точках 2 а 1, AIk= 2— работа расширителя Alp = i —1 . [c.13] Выражение (I—1а) показывает, что при температуре окружающей среды Т на единицу получаемого холода затрачивается тем большая работа, чем ниже температура Т охлаждаемого источника. Температура окружающей среды в данном географическом пункте одинакова для всех холодильных машин. В таком случае для обратимых циклов Карно с различными температурами Тд охлаждаемого источника величина работы, приходящаяся на единицу производимого холода, будет меняться в зависимости от значения этой температуры. Следовательно, термодинамическая ценность холода, производимого в определенном географическом пункте в заданное время, характеризуется температурой То охлаждаемого источника. [c.13] По существу цикл теплового насоса, а не холодильный, обратен прямому круговому процессу. Если осуществить обратимые циклы теплового двигателя и затем теплового насоса, то во внешней среде не произойдет никаких изменений. В циклах теплового двигателя и холодильной машины направление рабочих процессов и диапазон температур, в котором они совершаются, различны. [c.14] Обратимый цикл Карно не является единственно возможным циклом для получения искусственного холода и динамического отопления без необратимых потерь. Обратимые круговые процессы могут протекать различно, в зависимости от характера источников. Однако любой обратимый цикл можно рассматривать как бесконечно большую сумму бесконечно малых циклов Карно. Для каждого элементарного цикла Карно справедливо установленное выше представление о термодинамической ценности холода. [c.14] Рассмотрим более общий случай, когда охлаждаемый источник и окружающая среда, отдавая и воспринимая тепло, совершают любые термодинамические процессы. Если в каждой точке этих процессов разность температур между источниками и рабочим телом будет бесконечно мала, то при соблюдении механического равновесия они будут обратимыми [31, 45]. [c.14] Минимальная работа в различных обратимых циклах неодинакова, и ее величина определяется характером внешних источников, между которыми совершается круговой процесс. [c.15] Обратимый цикл, в котором затрачивается минимальная работа, является мерой термодинамического совершенства цикла в данных условиях. В этом его практическое значение. [c.15] Относя действительно затраченную работу к минимальной, легко установить степень совершенства действительного цикла по сравнению с той, которая должна была бы быть в данных условиях при работе без потерь и при одинаковой холодопроизводительности. [c.15] Сравнению с этой величиной во всех других циклах при данных условиях. [c.15] Рассмотрим возможность осуществления цикла Карно для этих же целей. [c.15] Этот цикл состоит из двух изотермических и двух адиабатных процессов, но он необратим и поэтому не может по существу называться циклом Карно. [c.15] Однако Т Tq, так как процесс а— протекает при температурах более высоких, чем Тц, и, следовательно, ee Анализ холодильного коэффициента обратимого цикла приводит к заключению, что машина, работая при температурах более низких, чем это нужно для охлаждения, затрачивает лишнюю работу. В данном случае тело должно быть охлаждено от температуры Тд до температуры То. При работе по циклу с постоянными температурами весь холод получается при самой низкой температуре и, значит, не самым экономичным путем. [c.16] Цикл а—с—d—Ь с источниками а—h и d—с является обратимым. Вместе с тем и цикл из двух изотерм и двух адиабат 2—3—d—Ь при источниках постоянной температуры Тц и Т также обратим. Это и позволило изобразить оба эти цикла в энтропийной диаграмме, справедливой, как известно, только для обратимых процессов. Однако термодинамическая ценность холода, получаемого в этих циклах, различна, так как их холодильные коэффициенты и, следовательно, минимальные работы неодинаковы. Цикл из двух изотерм и двух адиабат с источником а Ь необратим, так как в этом случае теплообмен с конечной разностью температур совершается без получения работы. Этот необратимый цикл может быть изображен в Энтропийной диаграмме, составленной, исходя из условий обратимости процессов, только условно. [c.16] Сформулированное выше следствие второго начала термодинамики справедливо и тогда, когда имеется разность температур между рабочим телом и окружающей средой. Площадь Ь —d —3 —2 на рис. 3, а изображает количество тепла q , отводимое в этом случае. Отводя тепло q при температуре Т, большей чем Т, необходимо затратить дополнительную работу Al , величина которой определяется компенсацией, необходимой для переноса тепла от температурного уровня Т до Т, а именно, произведению Т на возрастание энтропии Дз . В самом деле, при одинаковой холодопроизводительности q , циклов разность затрачиваемых работ ДЛГ = Л/ —Al равна разности отводимого в этих циклах тепла q —q = T s . Величину As определяют путем откладывания по линии постоянной температуры Т от точки 4 площади 4—4 —4 —Ь, равновеликой площади d —3 —2 Ь, выражающей отводимое тепло q . [c.17] Вернуться к основной статье