Коэффициент полезного действия термический

Термический коэффициент полезного действия

Принципиальная схема теплового двигателя

Как показывает опыт, любой реальный тепловой двигатель должен содержать как минимум три элемента:

верхний источник тепла, имеющий температуру и отдающий рабочему телу за цикл количество тепла ;

рабочее тело, совершающее цикл и производящее за цикл работу ;

нижний источник тепла с температурой , получающий от рабочего тела за цикл количество тепла Q₂.

Ввиду конечности размеров любого теплового двигателя рабочее тело в нём должно периодически проходить через одни и те же состояния, т.е. совершать цикл. Интегрирование выражения I начала термодинамики вдоль замкнутого контура (по циклу) даёт

(3.1)

Не равные нулю интегралы по замкнутому контуру от неполных дифференциалов обозначим соответственно . Интеграл же по замкнутому контуру от полного дифференциала внутренней энергии равен нулю. Таким образом, I закон термодинамики в применении к тепловым двигателям даёт:

(3.2)

Этот результат есть следствие невозможности вечного двигателя первого рода, т.е. полезная работа в тепловом двигателе в точности эквивалентна количеству поглощённого рабочим телом тепла.

В качестве количественной характеристики термодинамической эффективности теплового двигателя используется термический коэффициент полезного действия(термический КПД) , определяемый отношением полезной работы, полученной в двигателе за цикл, к затраченному теплу от верхнего источника за этот же цикл, т.е. по определению:

(3.3)

Первое начало термодинамики в применении к циклам тепловых машин (4.2) в формулировке В. Томсона даёт:

(3.4)

причём под понимается теплота, отнятая от верхнего источника тепла и переданная рабочему телу, т.е. по отношению к рабочему телу эта теплота положительна. Величина же есть теплота, отданная рабочим телом нижнему источнику тепла, и по отношению к рабочему телу эта теплота отрицательна, т.е., в применении к рабочему телу (3.4) должно быть записано в виде:

(3.5)

Тогда выражение для термического КПД принимает вид:

(3.6)

Итак, первый закон термодинамики даёт следующее ограничение для термического КПД тепловых двигателей:

(3.7)

в то время как второе начало в формулировке Томсона накладывает более жёсткое ограничение

Читать еще: Почему полезно спать днем

(3.8)

т.е. термический КПД любого теплового двигателя строго меньше единицы, поскольку теплота, передаваемая нижнему источнику тепла, никогда не равна нулю.

В связи с этим возникает важный вопрос о нахождении максимально возможного термического КПД тепловой машины, работающей при наличии двух источников тепла, и о принципах её конструирования. Эта проблема была решена в 1824 году французским инженером Сади Карно в опубликованной им работе “Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развить эту силу”.

109.201.143.34 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

ТЕРМИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

(Thermal efficiency) — отношение количества тепла, превращенного при данном термическом процессе в полезную механическую работу, к полному количеству тепла, затраченному в процессе.

Самойлов К. И. Морской словарь. – М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР , 1941

Смотреть что такое “ТЕРМИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ” в других словарях:

термический коэффициент полезного действия — тепловой коэффициент полезного действия термический КПД тепловой КПД — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы тепловой коэффициент полезного действиятермический КПДтепловой КПД EN … Справочник технического переводчика

термический коэффициент полезного действия — šiluminio naudingumo koeficientas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Nedimensinis dydis, apibūdinantis šiluminių variklių, verčiančių šilumą darbu, efektyvumą. Tai naudingo darbo, atlikto vieno ciklo metu, ir to paties ciklo metu darbinei… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

термический коэффициент полезного действия термодинамического цикла — Отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика. Академия наук СССР. Комитет научно технической… … Справочник технического переводчика

термический коэффициент полезного действия термодинамического цикла — Отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников … Политехнический терминологический толковый словарь

Читать еще: Полезен ли жареный арахис соленый

термический коэффициент полезного действия цикла — Отношение работы, полученной в результате осуществления прямого обратимого цикла, к теплоте, подведенной к рабочему телу от теплоотдатчика … Политехнический терминологический толковый словарь

термический — ая, ое. thermique adj., нем. thermisch <гр. therme тепло. Связанный с теплотой, с применением тепловой энергии; тепловой. Термический режим поверхности земли. БАС 1. Термические ощущения у нас и у китайцев вероятно не вполне совпадают .. мы.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ТЕРМИЧЕСКИЙ — ТЕРМИЧЕСКИЙ, термическая, термическое (от греч. thermos горячий) (спец.). прил., по знач. связанное с учением о теплоте и с применением тепловой энергии в технике. Термическая обработка металлов. Термический коэффициент полезного действия.… … Толковый словарь Ушакова

ТУРБИНЫ С ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ — (Geared turbine) турбозубчатая передача применяется в настоящее время на большинстве военных кораблей с мощными силовыми установками с целью уменьшить число оборотов турбины и получить наиболее выгодное число оборотов винта. Применение зубчатых… … Морской словарь

Атомный реактор с твёрдым теплоносителем — Атомный реактор с твёрдым теплоносителем ядерный реактор, рабочим телом теплоносителя которого, вместо воды, является материал на основе пиролитического углерода. Концепция Если рассматривать ядерные реакторы как основной источник… … Википедия

Ядерный реактор с твёрдым теплоносителем — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Термический КПД

Степень совершенства преобразования теплоты в механическую работу в термодинамическом цикле двигателя оценивается термическим (или тепловым, или термодинамическим) коэффициентом полезного действия η_t .

Термический КПД Отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников.

где A_t – тепло, преобразованное в цикле в работу; Q₁ – тепло, подведённое в цикле к рабочему телу; Q₂ – тепло, отданное в цикле рабочим телом.

Читать еще: Осот огородный полезные свойства

Термический КПД термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше величина η_t , тем совершеннее цикл и тепловая машина.

В качестве критерия оценки термодинамических циклов часто используют цикл Карно, потому что КПД тепловой машины Карно максимален в том смысле, что никакая тепловая машина с теми же температурами нагревателя и холодильника не может обладать бόльшим КПД [1]. Формула для расчёта термического КПД данного цикла общеизвестна

где T₁ – абсолютная температура нагревателя; T₂ – абсолютная температура холодильника.

Из анализа цикла Карно можно сделать следующие выводы:

КПД любого термодинамического цикла тем больше, чем больше разница температур нагревателя T₁ и холодильника T₂ ;
термический КПД никогда не достигает 100 %, потому что температура T₂ в лучшем случае равна температуре окружающей среды;

Сегодня наибольшая разница температур достигнута в двигателях внутреннего сгорания, благодаря высокой температуре рабочего тела T₁ . Температура газов в цилиндре поршневого ДВС достигает 2000 °C и более, а в газовой турбине порядка 900 – 1300 °C, что связано с необходимость обеспечить жаропрочность лопаток турбины. Для двигателей с внешним подводом теплоты такие значения температур рабочего тела остаются пока недостижимыми из-за высокого термического сопротивления на границе нагреватель-рабочее тело. Температура пара в современных паровой турбине или поршневом паровом двигателе находится в диапазоне от 300 до 600 °C.

Стоит заметить, что высокий термический КПД не служит гарантией высокого эффективного КПД двигателя.