ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛА КАРНО

Механическая и электрическая энергия относятся к так называ - м «благородным» формам энергии, с которыми не ассоциируется такое по­гне. как энтропия. Следовательно, имеется теоретическая возможность пре - зовывать одну форму такой энергии в другую без потерь. Другими словами, этом преобразовании не происходит выделения теплоты. Современные пре - юватели (электрогенераторы) имеют КПД более 99 %.

Тепловые двигатели обеспечивают преобразование тепловой энергии в бо - •благородную» форму энергии — механическую или электрическую. А этот jecc невозможно осуществить без частичного отвода тепла (за исключением гетических двигателей, в которых температура холодильника равна 0 К), ч образом, теоретически эффективность тепловых двигателей должна быть лие единицы.

На рис. 3.3 показан цикл работы теплового двигателя. К двигателю подво - я теплота Qm, которая частично преобразуется в полезную работу W, а ос-

II

ж

II

to

я

в5 1

Р

(3)

Энтропия системы должна возрасти или в идеальном случае остаться неиз­менной. Наибольшая эффективность процесса (эффективность цикла Карно) бу-

дет иметь место тогда, когда энтропия на выходе Qout на входе Q-m/ Тн. Соответственно

/Тс будет равна энтропии

Q'm _ Gout.

Тн Тс 9

(4)

Gout = Gin;

(5)

Nr - Тп~Тс

Carnot гр ЛН

(6)

тавшаяся тепловая энергия (?out отводится из двигателя. Эффективность такого двигателя определяется как отношение полезной работы к подводимой тепло­вой энергии:

Таким образом, эффективность цикла Карно зависит только от минимальной и максимальной температуры, в диапазоне которых работает тепловой двигатель.

* W

Рис. 3.3. Цикл работы теплового двигателя

Подпись: Gol Подпись: Gin ~w Gin t _ 1 t W W T) Подпись: (7)

При стационарных условиях

Уменьшение коэффициента полезного действия двигателя т] ведет к рос­ту отношения в выражении (7). КПД современных паротурбинных энерго­установок, работающих на ископаемом углеводородном топливе, достигает 40 %. То есть при получении 1 Дж полезной энергии «выбрасывается» 1,5 Дж тепловой энергии. КПД традиционных атомных электростанций ниже 28 %, что связано с ограничением по температуре Тн - При такой эффективности

сбросное тепло в 2,6 раза превышает вырабатываемую энергию. В результате градирни атомных электростанций, с помощью которых сбросное тепло отво­дится в окружающую среду, имеют гораздо большие размеры, чем у обычных тепловых электростанций.

У автомобильных двигателей еще меньше КПД (ц = 0,2) и, следовательно, больше количество сбросной теплоты, что для некоторых типов двигателей со­здает серьезные технические проблемы. Следует отметить, что двигатели Отто и дизельные двигатели не требуют использования специального теплообменного оборудования для отвода тепла (тепло сбрасывается с продуктами сгорания), а имеющийся в автомобиле радиатор обеспечивает лишь охлаждение самого дви­гателя.

Комментарии закрыты.