Термический КПД и холодильный коэффициент циклов

 

Исследование любого прямого цикла показывает, что для получения положительной работы необходимо к рабочему телу на некотором участке цикла подвести теплоту q₁ от внешнего источника (теплоотдатчика) и отвести на другом участке цикла теплоту q₂ внешнему источнику теплоты. При этом на пути AEB рабочее тело совершит работу расширения lp= пл.АЕВСД, а н пути ВКА — работу сжатия lсж.=АКВСД. В результате осуществления прямого цикла овне будет отдана положительная работ, равная разности между работой расширения и сжатия. Эта работа l_пол = l_рас - l_сж

Соотношение между количеством теплоты q₁ и q₂ и полезной работой l_пол определяется 1-м законом ТТД: Q=Q₁-Q₂=U₂-U₁+Lц , (5.1)

Т.к. в цикле конечное состояние тела совпадет с начальным, то изменение внутренней энергии рабочего тела не происходит (в ввиду совершения кругового процесса и того, что внутренняя энергия является функцией состояния) и равно 0, поэтому (U₂=U₁; U₂-U₁=0),

q₁-q₂=Lц, (5.2)

Чем больше подведённая теплота q₁, и чем меньше отведённая q₂, тем больше количество теплоты превращается в цикле в работу , а следовательно, тем выше эффективность цикла.

Степень совершенства преобразования теплоты в механическую работу в ТД цикле оценивается термическим коэффициентом полезного действия. Термическим КПД ТД цикла называется отношение работы, совершённой в прямом обратимом термодинамическом цикле, и теплоте, сообщённой рабочему телу от внешних источников:

, (5.3)

Термический КПД цикла показывает, какое количество получаемой теплоты машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше, тем совершеннее цикл и тепловая машина. Значение термического КПД всегда меньше 1. Если бы =1, то либо q₁ = ∞, либо q₂=0, что на практике неосуществимо.

Рассмотрим теперь обратный цикл, который проходит в направлении против часовой стрелки и изображается в p₁ v - диаграмме (5.1) пл.АЕВК. Расширение рабочего тела в этом цикле совершается при более низкой температуре, чем сжатия и работа расширения пл. AKBMN получается меньше работа сжатия пл. AEBMN.

В обратном цикле от холодного источника температурой Т₂ подводится и раб. телу теплота q₂ и затрачивается работа l_ц, переходящая в равное количество теплоты, которые вместе передаются горячему источнику с температурой Т₁: , (5.4)

Таким образом, при затрате извне работы, теплота будет перетекать от холодного источника к горячему.

Степень совершенства обратного цикла определяется холодильным коэффициентом Е. Холодильный коэффициент цикла представляет собой отношение количества теплоты q₂, отведённой в обратном термодинамическом цикле от охлаждаемой системы к работе l_ц, затраченной в этом цикле: , (5.5)

Холодильнsй коэффициент показывает, что переход теплоты с более высокого на более низкий уровень не является процессом самопроизвольным и может быть осуществлён лишь при наличии компенсирующего процесса — превращения определённого количества работы в теплоту, передаваемую потом горячим теплоприёмником вместе с теплотой, отнимаемой у холодного источника теплоты.

В отличие от цикла теплового двигателя, холодильный коэффициент Е может быть и меньше и больше и равен 1.