Цикл Карно. 
Общая энергетика. 
Основное оборудование

При исследовании свойств обратимых циклов особое значение имеет цикл, исследованный в 1824 г. французским ученым С. Карно. Цикл Карно состоит в преобразовании теплоты в работу при наличии только двух источников теплоты: верхнего, с температурой Г, и нижнего, с температурой Т2{ (рис. 2.19). В прямом цикле Карно рабочее тело расширяется сначала при Г, = const с подводом теплоты q] на участке 1 -а, затем в адиабатном процессе до точки 2, охлаждаясь до температуры Т2 = const, затем сжимается до точки b с отводом теплоты q2, а потом сжимается по адиабате до восстановления первоначальных параметров в точке 1.

Рис. 2.19. Цикл Карно: а — в /г,1'-лиаграмме; б — в 7>-диаграмме.

Поскольку в обратимом процессе работа трения отсутствует, то изменения энтропии в адиабатных процессах а-2 (расширение) и b-1 (сжатие) не происходит и, следовательно,

а отведенная теплота:

В соответствии с этим подведенная в процессе Г, = const теплота равна:

Величина термического КПД цикла Карно в соответствии с (2.22):

или

Таким образом, в отличие от КПД всех других циклов термический КПД цикла Карно полностью определяется только температурами верхнего и нижнего источников теплоты и возрастает с увеличением Г, и снижением Т_у При этом КПД обратного цикла Карно не зависит от рода теплоносителя и от величины, полученной за цикл полезной работы.

Цикл Карно обладает также весьма важным свойством, которое позволяет использовать его как эталонный цикл, так как обратимый цикл Карно имеет наивысший (для данных температур источника и холодильника) термический КПД. Таким образом, можно утверждать, что при данной разности Т_х и Т₂ термический КПД любого обратимого цикла не может быть больше КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого при тех же температурах Т_х и Т_г.

Это же утверждение может быть сделано и по отношению к любому обратному обратимому циклу, для температурных условий которого цикл Карно будет иметь наибольшие возможные значения холодильного коэффициента эффективности. Для обратных циклов следует иметь в виду, что наиболее эффективным из них будет тот, который для переноса теплоты q₂ с температурного уровня Т₂ на 7¹, потребует подвода извне наименьшей работы, тогда как для прямого цикла эффективность определяется получением максимальной работы /max _за счет подвода теплоты q_v

Контрольные вопросы

• 1. Укажите основные параметры состояния рабочего тела и их единицы измерения.
• 2. Чем отличается реальный газ от идеального газа?
• 3. Дайте определение средней и истинной теплоемкости. Чем отличается теплоемкость с от с?

р ^v

• 4. Объясните сущность I закона термодинамики и напишите его математическое выражение.
• 5. Опишите основные термодинамические процессы и укажите энергобаланс этих процессов.
• 6. Какова сущность II закона термодинамики? Дайте некоторые формулировки этого закона.
• 7. Что такое цикл Карно? Чем оценивается его эффективность?
• 8. Покажите в p, v- и Г,.?-диаграммах характерные области и линии для воды и водяного пара.
• 9. Покажите в Дл-диаграмме площадки, изображающие количество теплоты на подогрев воды, теплоту парообразования, теплоту на перегрев пара.
• 10. Чем определяется эффективность холодильной установки?