Расчет термодинамического цикла

Если жидкость и газовая среда, имеющие различные температуры, находятся в ограниченном объеме, не получающем энергию извне и не отдающем ее наружу, Испарение происходит до тех пор, пока между двумя фазами не наступает термодинамическое равновесие, при котором температуры обеих фаз уравниваются при неизменной энтальпии системы, и газовая фаза насыщается паром при температуре системы tад. Последняя, называется температурой адиабатического насыщения газа, определяется только начальными параметрами обеих фаз и не зависит от условий тепло- и массообмена. 

2) Цикл Сти́рлинга — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс машины Стирлинга, запатентованной в 1816 г. шотландским изобретателем Робертом Стирлингом, приходским священником по профессии.

Помимо рабочего тела, нагревателя и холодильника абстрактная машина Стирлинга содержит ещё регенератор — устройство, отводящее тепло от рабочего тела на некоторых этапах цикла, и отдающее это тепло рабочему телу на других этапах. Идеальный цикл Стирлинга состоит из процессов:

T—V диаграмма идеального цикла Стирлинга с регенератором.

                    1—2 изотермическое расширение рабочего тела с подводом тепла от нагревателя;

                    2—3 изохорный отвод тепла от рабочего тела к регенератору;

                    3—4 изотермическое сжатие рабочего тела с отводом тепла к холодильнику;

                    4—1 изохорический нагрев рабочего тела с подводом тепла от регенератора.

В расчёте на один моль рабочего тела тепло, подведённое за цикл от нагревателя (см. изотермический процесс) определяется выражением:

 (здесь  — универсальная газовая постоянная).

Тепло, отведённое за цикл к холодильнику: 

.

Тепло, отдаваемое в процессе 2—3 регенератору и возвращаемое от него в процессе 4—1 равно:

 . (здесь  — молярная теплоёмкость идеального газа при постоянном объёме) Это тепло сохраняется в системе, являясь частью её внутренней энергии, которая за цикл не изменяется. Регенератор, таким образом, позволяет экономить тепло, расходуемое нагревателем за счёт уменьшения тепла, отводимого к холодильнику, и, тем самым, повысить термодинамическую эффективность двигателя Стирлинга.

Термический коэффициент полезного действия идеального цикла Стирлинга равен:

 .

Таким же выражением определяется термический КПДцикла Карно.

Цикл, подобный циклу Стирлинга, но без регенератора, осуществим, хотя и менее эффективен. В изохорном процессе 2—3 такого цикла тепло отводится от рабочего тела непосредственно к холодильнику, а в процессе 4—1 — подводится от нагревателя. КПД такого цикла будет определяться выражением:

 .

Нетрудно видеть, что это выражение при ненулевом  и при тех же значениях  и , что и в цикле с регенератором, имеет меньшую величину.

Пройденный в обратном направлении (4—3—2—1—4), цикл Стирлинга описывает холодильную машину. При этом направления передачи тепла ,, и  меняются на противоположные. Наличие регенератора является необходимым условием осуществимости холодильного цикла Стирлинга, поскольку согласно второму началу термодинамики в изохорном процессе (3—2) невозможно нагреть рабочее тело от холодильника, имеющего более низкую температуру, или передать тепло в процессе (1—4) от рабочего тела нагревателю, имеющему более высокую температуру.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Техническая термодинамика: пособие по выполнению курсовой работы/авт.-сост.: М.Н. Новиков, А.В. Овсянник, Д.А. Дробышевский.-Гомель:ГГТУ им.П.О.Сухого,2006

2. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа,1980

3. Вукалович М.П., Новиков Н.И. Техническая термодинамика, М.:   Энергия,1972

4. Теплотехника под ред. А.П. Воскакова, М.:Энергоатомиздат,1991

3