Лекции по физике

Ядерная энергетика
Ядерный топливный цикл
Реактор"Феникс"
Оружейный уран и плутоний
Добыча урановой руды
Обогащение урана
Атомная бома «Малыш»
Радионуклиды
Транспортировка радиоактивных веществ
Твэлы энергетических реакторов
Радиохимические заводы России
Курсовой проект по дисциплине
"Детали машин"
Технические требования на чертеже
редуктора
Выбор параметров и расчёт цилиндрических
зубчатых передач
Расчёт зубьев червячного колеса на
выносливость
Пример выполнения курсового проекта
Расчет резьбовых соединений
Зубчатые передачи
Методы повышения износостойкости
деталей машин
Червячные передачи
В зацеплении Новикова
Повреждение поверхности зубьев
Проверочный расчет на выносливость
при изгибе
Приводные ремни и область их применения
Проектирование новой машины
Проектный расчет валов
Муфты продольно-разъемные
Классификация приводных муфт
Лекции по физике
Динамика твердого тела
Вынужденные колебания и волны
Основы термодинамики
Диэлектрики
Получение переменного тока
Оптика

Фотоэлектрический эффект

Цикл Карно.

 Из теорем Карно следует, что теоретическое значение КПД тепловых машин не зависит от конструкции машины, но могут зависеть лишь от свойств нагревателя и холодильника. Наиболее простым является случай, когда температуры нагревателя и холодильника остаются постоянными, и процессы теплообмена между рабочим телом и тепловым резервуаром должны быть изотермическими.

 Цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, впервые был рассмотрен

Т2

 

Т1

 
 

 p 

 1 2 

 

 

 

 

 4 3 

 

 V 

 Рис.58. Цикл Карно. 

С. Карно (см рис.58), и в настоящее время носит его имя. Пусть начальной точкой цикла является точка 1. В качестве рабочего тела  выберем один моль идеального газа. Газ в состоянии 1 приводится в тепловой контакт с тепловым резервуаром, температура которого Т1, и квазиравновесно нагревается при этой температуре. При нагревании газ расширяется до объема V2 ( состояние 2) и совершает работу А12 = RT1lnV2/V1. Из состояния 2 газ адиабатически переводится в состояние 3. В этом случае отсутствует те-

плообмен с окружающей средой, и газ, расширяясь, совершает работу, величина которой А23=Сv(T1- T2). В точке 3 газ подвергается изотермическому сжатию при температуре Т2, и внешние силы совершают работу А34= RT2 ln V4/V3. Наконец путем адиабатического сжатия до первоначального объема газ возвращается в прежнее состояние 1. В этом процессе совершается  работа А41= Сv( T2 -T1). Общая работа газа на всем цикле складывается из работ на каждом из его участков, т.е. Аобщ = А12 + А23 + А34 + А41, или

 Аобщ= RT1lnV2/V1+CV(T1+T2)+RT1lnV4/V3+CV(T2 -T1) = RT1lnV2/V1+RT1lnV4/V3.

 Отношения объемов V2/V1 и V4/V3 связаны между собой. Чтобы найти эту связь, вспомним частный вид уравнения адиабаты: TVg-1 = const. Тогда для адиабаты 2-3:

 . ( 14-5 )

Аналогично для адиабаты 4-1:

 . ( 14-6 ) 

Перемножив почленно два последних выражения и сократив обе части получившегося результата на величину Т1Т2, получим:

 . ( 14-7 )

Последнее соотношение легко преобразовать к виду:

 .

Поэтому lnV2/V1= lnV3/V4 или 

 lnV4/V3 = - lnV2/V1. ( 14- 8 )

Отсюда КПД цикла Карно равен:

 = ,

откуда с учетом ( 14- 8 ) следует, что

 h = = . ( 14-9 )

Величина полученной рабочим телом теплоты Q при изотермическом нагревании газа при температуре Т1 определяется на основании первого закона термодинамики. Поскольку при изотермическом процессе изменения внутренней энергии не происходит, то Q = A12 = RT1lnV2/V1. Тогда

 ,

и величина КПД определяется лишь значениями температур нагревателя и холодильника:

 = 1 - .  ( 14-10 )

 Следует отметить, что формула (14-10) получена в предположении о равновесности (точнее, квазиравновесности) и обратимости процессов, составляющих рассмотренный цикл.

Двигатель Стирлинга.

 Принцип действия этого двигателя предложен в 1816 году шотландским священником Р. Стирлингом. Диаграмма, описывающая работу этого двигателя, состоит из двух изохор и двух изотерм. Отличительной чертой двигателя Стирлинга является наличие второго (кроме основного - рабочего) вытеснительного поршня.Схема двигателя изображена на рис.59. В отличие от двигателей

 

экономайзер

 
горячая область горячая область горячая область  горячая область

 поршень-

 вытеснитель 

 

 а б в г 

 холодильник  

 

 

 

 рабочий цилиндр маховик

 

Рис. Схема работы двигателя Стирлинга.

внутреннего сгорания в двигателе Стирлинга рабочее тело (газ) находится в замкнутом и изолированном объеме. Газ лишь поочередно перемещается  из горячей области с температурой Т1 в область холодильника с температурой Т2. Важным преимуществом двигателя Стирлинга является наличие в нем экономайзера (регенератора), в котором часть тепла после расширения газа и совершения им работы снова возвращается двигателю. Также как в двигателе внутреннего сгорания в работе двигателя Стирлинга можно выделить четыре такта (см. рис.59):

а) поршень - вытеснитель находится в крайнем верхнем положении, газ под действием рабочего поршня, движущимся направо, поступает через холодильник в область под поршнем - вытеснителем, приобретая температуру Т2 ;

б) рабочий поршень находится в крайнем правом положении, поршень - вытеснитель движется вниз, перегоняя газ через экономайзер в горячую область; при этом газ получает тепло от экономайзера;

в) поршень - вытеснитель находится в крайнем нижнем положении, нагретый газ расширяется и заставляет двигаться рабочий поршень налево, совершая  полезную работу (рабочий ход);

г) рабочий поршень находится в крайнем левом положении, поршень - вытеснитель движется вверх, прогоняя часть горячего газа через экономайзер, который отбирает у газа некоторое количество теплоты.

Двигатель Стирлинга обладает самым высоким КПД (свыше 43%) среди других тепловых двигателей, кроме того он практически бесшумен, т.к. в нем не происходит никаких взрывов. К тому же он является экологически чистым двигателем, потому что рабочее тело не расходуется, теплота же может получаться при оптимальных условиях сжигания топлива или за счет электроэнергии. К недостаткам этого двигателя относятся сравнительно сложная конструкция и необходимость использования материалов с высокими эксплуатационными качествами.

На главную