7. OBIEG TERMODYNAMICZNY

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "7. OBIEG TERMODYNAMICZNY"

Ignacy Żurawski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Obieg ermynamiczny /8 7. OBIEG ERODYNAICZNY 7.. Zamiana ciepła na pracę w silniu cieplnym Zasaa zachwania energii, a ja jej specjalny przypae w niesieniu zjawis cieplnych równważnść energii cieplnej i mechanicznej, czyli pierwsza zasaa ermynamii mówi, że bez użycia pewnej ilści ciepła nie jeseśmy w sanie rzymać pracy i wrnie, zużywając pracę wywiązujemy ciepł. ięzy ymi jena wma zjawisami, wrnymi wzglęem siebie, zachzi głęba różnica. Jeżeli pewien zasób energii mechanicznej L, z zachwaniem srżnści mających na celu uninięcie rzpraszania ciepła w frmie przewzenia, prmieniwania ip., a się zamienić całwicie na ciepł i ilściw rzymamy = L ciepła, zjawis wrne bywa się w niec miennych warunach. ianwicie, jeżeli w jaimś ułazie cieplnym zachzą specjalne ermynamiczne waruni umżliwiające w góle zamianę ciepła na pracę, c nie zawsze ma miejsce, zużywając = + ciepła złamy zamienić na pracę, mim wszelich zabiegów, zalewie część ej ilści, np., rzymując yl L = ; resza, j., jes la ej zamiany sracna pzsaje wprawzie w frmie ciepła, ale nie ająceg się już w anym ułazie przewrzyć na pracę. spsrzeżenie nie bala bynajmniej pierwszej zasay ermynamii; równważnść pracy i ciepła swą mc urzymuje, gyż przy przemianie ciepła na pracę zninie w ułazie łanie yle ciepła, ile rzymanej zsał pracy, ale jencześnie część ciepła, nie zamieniwszy się na pracę, ujzie źróła lneg ja ciepł z bniżną emperaurą (np. spaliny). a więc chcąc rzymać rgą przemian ermynamicznych pewną ilść pracy L musimy prwazić nie yl równważną emu ilść ciepła = L, ale pza ym jeszcze ilść ciepła, zn. musimy prwazić = +, chć ilść ciepła nie bierze uziału w isnej przemianie. Uła fizyczny, óry w pewnych warunach jes w sanie zamienić część ciepła na pracę w spsób ciągły, nazywa się silniiem cieplnym. Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

2 Obieg ermynamiczny /8 W silniach cieplnych, eg, by ne mgły sarczać pracę, należy przenieść pewną ilść ciepła z ciała gręszeg na zimniejsze. Chciaż psiaamy wa zbirnii czy źróła ciepła różnych emperaurach, przy bezpśrenim zenięciu się ciepł przejzie z ciała cieplejszeg na zimniejsze bez zamiany na pracę i nasąpi yl niewracalne zjawis wyrównania emperaur (przewnicw). Chcąc ciepł zamienić na pracę należy ciepł ze źróła górneg lneg przeprwazić przy pśrenicwie czynnia, czyli ciała czynneg (gaz, para) w silniu, rzymując wymuszną przemianę, pczas órej ciepł zamieniamy na pracę. Osiąga się w silniu pając czynni ermynamiczny reswym zmianm sanu. Dzięi lejnemu rzprężaniu się i urczeniu się czynnia jes wynywana praca, przy czym na ńcu ażeg resu czynni wraca sanu wyjściweg, czyli plega biegwi. Praca rzymywana przy rzprężaniu się czynnia nie mże być całwicie zużya przy sprężaniu sanu wyjściweg, b wówczas silni nie awałby pracy na zewnąrz, aby więc pczas biegu mgła być ana praca, musi być czynni chłzny. a więc sałe rzymywanie pracy z silnia wymaga sarczania ciepła ze źróła górneg czyli grzejnicy (np. mra spalania silnia spalinweg) pczas rzprężania się czynnia i awania ciepła źróła lneg czyli chłnicy (np. amsfera) przy jeg sprężaniu. 7.. Obieg silniwy na wyresie pracy i na wyresie ciepła Obiegi ermynamiczne są przesawiane na wyresie pracy p, (rys. 7.) raz na wyresie ciepła, (rys. 7.). Na bu wyresach ażemu biegwi pwiaa rzywa zamnięa. W ułazie p, (wyres pracy) jes rzywa zamnięa ACBD (rys.7.). Obieg przesawiny na rys. 7. i 7. bęzie biegiem silniwym, jeśli wrzące g przemiany bęą bywały się w ierunu zgnym z ruchem wsazówe zegara czyli w praw. Rys. 7.. Obieg ermynamiczny w ułazie pracy Ocine rzywej A B pprzez C przesawia rzprężanie; cine zaś rzywej B A pprzez D jes sprężaniem. Pczas rzprężania praca L (ple p rzywą ACB pare na si Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

3 Obieg ermynamiczny /8 praca ania) jes awana na zewnąrz. Pczas sprężania należy włżyć pracę L (ple p rzywą BDA pare na si praca ujemna). Różnica bu prac jes pracą aną na zewnąrz w czasie jeneg biegu. Praca biegu wracalneg jes zaem równa plu zamnięemu wewnąrz rzywych przemianwych w ułazie p,. Równanie pierwszej zasay ermynamii la przemiany niełwej mięzy sanem (pcząwym) i (ńcwym) ma psać: Gy przejzie się biegu (przemiana łwa) sany i są ienyczne. Wówczas U = U i słani (U - U ) w sanim równaniu panie. Ciepł - jes algebraiczną całą ciepła prwazneg i prwazneg w ciągu jeneg biegu. Wygnie jes rzłżyć je na wie części, jeną anią zn. ciepł prwazne i rugą ujemną j. ciepł prwazne. Pierwsza zasaa ermynamii la biegu ma więc psać równania: A zaem, praca biegu jes równa różnicy mięzy ciepłem prwaznym i prwaznym. W ułazie, (wyres ciepła) (rys. 7.) ażemu biegwi pwiaa rzywa zamnięa a,c,b,. Pwierzchnia p linią a, c, b para ś jes równa ciepłu prwaznemu biegu (ciepł anie) a pwierzchnia p linią b,, a para ś jes równa ciepłu prwaznemu z biegu (ciepł ujemne). Rys. 7.. Obieg ermynamiczny w ułazie ciepła Ple wewnąrz rzywej zamnięej acb na wyresie ciepła (rys. 7.) przesawia różnicę ciepła prwazneg biegu i ciepła prwazneg z biegu i wynsi A zaem jes ciepł zamienine na pracę biegu L b L b = Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

4 Obieg ermynamiczny /8 7.. prawnść cieplna wlneg biegu silniweg Główną miarą jaści ziałania silnia cieplneg jes sprawnść cieplna. Oreśla się ją ja ssune ciepła zamienineg na pracę całej ilści ciepła prwazneg Ciepł prwazne biegu wzłuż linii a, c, b (rys. 7.) mżna zapisać nasępując przy czym znacza zmiennść emperaury wzłuż linii a, c, b. Ciepł prwazne z biegu wzłuż linii b,, a (rys. 7.) mżna zapisać nasępując przy czym znacza zmiennść emperaury wzłuż linii b,, a. Śrenie emperaury prwazenia i prwazenia ciepła wynszą gzie Δ = b - a Z pwyższych zależnści rzymuje się P psawieniu zależnści na sprawnść cieplną rzymuje się (7.) Z pwyższej zależnści wynia, że sprawnść cieplna silnia bęzie ym więsza im mniejsza bęzie śrenia emperaura prwazenia ciepła raz im więsza bęzie emperaura prwazenia ciepła. 7.. Obieg Carna najsprawniejszy cieplnie bieg silniwy Z zależnści (7.) wynia, że masymalną sprawnść biegu uzysa się, jeśli śrenie emperaury wymiany ciepła saną się emperaurami srajnymi zaresu w órym jes realizwany bieg. anie się wey, gy ciepł bęzie wymieniane w biegu izermicznie. Każy inny bieg, w órym ciepł w ych samych granicach nie bęzie wymieniane Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

5 Obieg ermynamiczny 5/8 izermicznie bęzie cieplnie mniej sprawny. Warune izermicznej wymiany ciepła jes spełniny w biegu Carna, óry ym samym jes najsprawniejszym biegiem silniwym w ażym zaresie emperaury. Obieg Carna słaa się z wóch izerm i wóch izenrp płącznych w en spsób, że p sprężaniu izenrpwym - nasępuje rzprężanie izermiczne - óremu warzyszy prwazanie ciepła biegu, nasępnie bywa się rzprężanie izenrpwe -. Obieg zamya sprężanie izermiczne -, óremu warzyszy prwazanie ciepła. Obieg Carna charaeryzuje: Rys. 7.. Obieg Carna - spień sprężania (izenrpweg): s - spień rzprężania (izenrpweg): Pnieważ w biegu Carna: : r Zależnść (7.) uzysuje się nasępując: (7.) ε s ε r ε - zapiszemy równanie izenrpy sprężania i rzprężania w psaci: - w biegu Carna relacje pmięzy emperaurami w charaerysycznych punach biegu są nasępujące (rys. 7.): = = 0 = = (7.) Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

6 Obieg ermynamiczny 6/8 a p ich uwzglęnieniu w równaniach (7.5) i pzieleniu równań srnami rzymuje się: lub p przeszałceniu, zależnść (7.): Ciepł jes prwazne biegu w przemianie izermicznej - (na wyresie - przesawia je ple a---b): R ln a prwazne z biegu w przemianie izermicznej - (na wyresie - przesawia je ple a---b): R ln Ciepł biegu (na wyresie - przesawia je ple ---): Praca biegu ereyczneg (na wyresie p- przesawia ją ple ---): L L L L L A, A, A, A, gzie: - L A, praca absluna wynana przez gaz (ana na zewnąrz) w przemianie izermicznej -: L A, R ln - L A, praca absluna wynana przez gaz (ana na zewnąrz) w przemianie izenrpwej -: L A, R - L A, praca absluna wynana na gazem (sarczna z zewnąrz) w przemianie izermicznej -: L A, R ln - L A, praca absluna wynana na gazem (sarczna z zewnąrz) w przemianie izenrpwej -: Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa

7 7/8 Obieg ermynamiczny Opracwanie: r inż. Ewa Fualej-Ksrzewa, R L A Zgnie z I Z..: L prawnść ereyczna biegu Carna: - efinicja sprawnści: b L - la biegu Carna: min są: min min lub: min η (7.) Isną cechą biegu Carna jes niezależnść jeg sprawnści ereycznej wielści pwierzchni pracy - rzciągłść granic enrpii Δ nie ma znaczenia la sprawnści. prawnść zależy yl emperaur, przy órych jes wymieniane ciepł. Wyrzysując zapis izenrpy sprężania lub rzprężania rzymuje się inny zapis sprawnści ereycznej biegu Carna: - z równania izenrpy (np. sprężania): rzymuje się: 0 a p wsawieniu pwyższej zależnści (7.), rzymuje się: η ε

Podobne dokumenty

Optymalizacja funkcji

Optymalizacja funkcji MARCIN BRAŚ Opymalzacja funcj ) Opymalzacja w obszarze neoranczonym WK: y. y WW: > > y y Znaleźć mnmum funcj: (, y) ( ) y ( ) y y ( ) y solve, P(, ) y y solve, y ( ) y ( ) y y y ( ) y W W W > (, y) > Op.