Круговые процессы( циклы). Теоретический цикл холодильной машины (обратный цикл Карно).

2-ой закон термодинамики определяет качественную сторону процесса преобразования теплоты в работу.

Основные условия непрерывно действующего ДВС (двигатель внешнего сгорания):

1. наличие ВИТ (верхний источник теплоты) с t⁰, который отдает рабочему телу теплоту q₁.

2. наличие НИТ (холод.) с t⁰, который воспринимал бы теплоту q₂.

3. наличие рабочего тепла совершающего цикл.

Процесс, совершаемый при последующим непрерывном движении, называется циклом.

Циклы бывают:

1. прямой цикл, характеризующий работу ДВС, когда теплота превращается в работу.(по час. стрелке)

2. обратный цикл, характеризующий работу холодильника, когда работа превращается в тепло.

Циклы могут быть обратимыми и необратимыми.

h_t= ; q_n=q₁-q₂=l_{полезн,} q_зат= q₁

 

h= ; если q₁₌ q₂, то h_t=0; если q₁=¥, q₂=0, то h_t=1

1>h_t>0 – термический КПД всегда >0, но <1; КПД не может быть = 1

Действие КПД для цикла Карно h_t = 60%

 

Особенности цикла Карно: состоит из 2-х изотерм (1-2,4-3, т.е. t⁰ – const). Из 2-х адиабат (2-3, 4-1). В процессе свершения L получаем полезную работу.

L_полез= q₁-q₂

 

L_расш=L_изот+L_ад; L_сжат= L_изот+L_ад; L_{ад. расш.}=- L_{ад. сжат.}

e_р=  - степень расширения.

h_t=1- - термический КПД для обратимого цикла Карно, не зависит от свойств работающего тепла, а определяется только температурами.

Обратимый цикл Карно характеризует работу тепловых насосов и холодильных машин. Также характеризует перемещение теплоты от нижнего источника к верхнему за счет затраченной работы.

По прямым циклам работают все тепловые двигатели. Цикл называется обратным, если в рu- диаграмме линии процессов сжатия расположены выше линий процессов расширения. В этом случае работа, ограниченная контуром цикла, осуществляется от постороннего источника энергии.

В обратном цикле направление величин q₁ и q₂ изменяется на обратное, т.е.теплота q₂ передается рабочему телу от холодного источника, а теплота q₁ отдается горячему источнику. Следовательно, в обратном цикле теплота переходит от холодного тела к горячему, но это должно обязательно сопровождаться затратой работы. Обратимые циклы существуют в холодильных установках

42. Степень сжатия. ε=V1/V2-степнь сжатия. Степень сжатия влияет на ἠ_t. Для оценки влияния рассматривают формулу ἠ1 цикла Отто. К-постоянная величина > 1. (1,66 – одноатом. Газ, 1,4-двух, 1,29-трех) сл-но разница (к-1) будет больше 0. Любое число в положительной степени при возрастании увеличивается. Величина обратная возрастающему числу убывает. При вычитании из 1 уменьшающегося числа ἠ_t будет возрастать. Таким образом термический КПД ДВС при возрастании степени сжатия увеличивается. ἠ_t возрастает так же при увеличении степени сжатия и степени повышения давления, и уменьшается при увеличении степени предварительного расширения.С увеличением степени сжатия термич. КПД возрастает, одновременно увеличивается утечка топлива. Поэтому оптимальное значение степени сжатия в пределах 12-13 едениц. В карбюраторных двигателях степень сжатия меньше оптимального(6-9). Препятствием повышения степени сжатия является детонация топлива. В дизелях степнь сжатия выше (15-18). Нижний предел ограничевается самовоспламеняемостью топлива а верхний

 

43Принципиальная схема поршневого компрессора (рис. 3.1) включает цилиндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны, шток 5 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из крейцкопфа 6, шатуна 7 и кривошипа 8.

 

 

Рис. 3.1. Схема поршневого компрессора

 

Рабочий процесс в поршневом компрессоре осуществляется за четыре этапа:

расширение газа во вредном пространстве цилиндра компрессора (в клапанах и околоклапанном пространстве, в зазоре между крышкой цилиндра и плоскостью АА, соответствующей крайнему положению поршня);

всасывание (расширение и всасывание происходят при движении поршня от плоскости АА до плоскости ВВ на длине хода поршня s; при этом всасывающий клапан открывается не сразу, а лишь после того, как газ, находящийся во вредном пространстве цилиндра, расширится, и его давление станет меньше давления во всасывающей линии, в этот момент откроется клапан 3, и газ начнет поступать в цилиндр компрессора);

сжатие (происходит при движении поршня от плоскости ВВ до плоскости СС);

нагнетание (происходит при движении поршня от плоскости СС до плоскости АА; нагнетание газа в трубопровод начинается тогда, когда давление газа в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии, в этот момент откроется клапан 4, и газ начнет поступать в трубопровод).

 

Расширение и сжатие газа в компрессоре связаны с изменением его температуры и являются объектом изучения технической термодинамики.

 

Характер изменения объема газа зависит от условий теплообмена между газом, деталями компрессора и окружающей средой. В зависимости от этого сжатие или расширение могут происходить:

без теплообмена (адиабатический процесс); т. е. с нагревом газа при его сжатии или охлаждением газа при его расширении;

с частичным теплообменом (политропический процесс);

с полным теплообменом (изотермический процесс), т.е. с сохранением одной и той же, постоянной при сжатии и расширении, температуры газа.

 

Как видно из определений, адиабатический и изотермический процессы являются частными случаями политропического процесса.

Политропический процесс изменения состояния идеального газа удовлетворяет уравнению:

p · V^m = const,                       (3.1)

где р - давление; V - объем газа; m - показатель политропы.

При адиабатических процессах m обозначается через k и называется показателем адиабаты и равен 1,67 для одноатомных газов, 1,4...1,41 для двухатомных и 1,2...1,3 для трех- и многоатомных газов.

При изотермическом процессе m = 1.

Из условий работы поршневого компрессора видно, что процессы сжатия и расширения газа происходят в основном при политропическом процессе.

Изменение температуры газа можно определить, используя уравнение состояния идеального газа:

р · V = R · T,                          (3.2)

где R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура газа в цилиндре в °К.

Для политропического процесса температура после сжатия равна:

 

 

            (3.3) где Т2 - конечная температура газа после сжатия;Т1 - начальная температура газа в °К.

 

 

44. Токсичность продуктов сгорания Токсичными называют вещества, оказывающие негативные воздействия на организм человека и окружающую среду. Основными токсичными веществами являются оксиды азота (NOх), оксид углерода(СО), различные углеводороды(СН), сажа и соединения, содержащие свинец и серу.

NO – при сгорании азотсодержащих полимеров образуются. Действует на кровь. NO2 - бурый газ. Раздражение слизистых. Оттёк лёгких.

СО – мало растворим в воде. Получается при неполном сгорании органики. СО легко проникает через пористые материалы. Связь гемоглобина с СО прочнее, чем с О2. Вдыхание 5 % СО в составе воздушной смеси в течении 5-10 минут - смертельно.

(СН) состоят из исходных или расплавленных молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Особое влияние оказывают выбросы бензола, толуола, полициклических ароматических углеводородов(ПАУ) и в первую очередь бензпирена. ПАУ относятся к концерогенным веществам, они не выводятся из организма а со временем накапливаются и способствуют образованию злокачественных опухолей.

Сажа-твердый продукт, состоящий в основном из углерода. Представляет собой механический загрязнитель носоглотки и легких. Свойство сажи-накапливать на своей поверхности канцерогенные вещества