![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Промышленность и Производство
Техника
Прямой цикл Карно и тепловая изоляция |
Днепропетровский Государственный Технический Университет Железнодорожного Транспорта. Кафедра : «Теплотехника» ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ На тему : «Прямой цикл Карно» , «Тепловая изоляция» Выполнил : студент 427 группы Астраханцев Дмитрий Принял : Доц. Арестов А.П. Днепропетровск 1998 Прямой цикл Карно. Как известно, все тепловые двигатели, превращающие тепловую энергию в механическую, работают по круговым циклам или термодинамическим циклам – идеальный цикл теплового двигателя (прямой цикл Карно) и цикл холодильной машины (обратный цикл Карно). Рассмотрим прямой цикл Карно. Для этой цели возьмем идеальную систему, состоящую из горячего источника тепла, рабочего тела и окружающей среды. Параметры источника тепла Тг, Sг, температура окружающей среды Т0. Рабочее тело в конечном итоге не совершает работы за счет своей собственной энергии. До начала работы и после ее завершения все параметры рабочего тела и его полная энергия остаются в точности теми же самыми. Иначе говоря, рабочее тело изменяет свои параметры по какому-то циклу, возвращаясь каждый раз в первоначальное состояние. Суммарная работа окружающей среды над телом равна нулю; никаких потерь работы нет; энтропия системы остается неизменной (DSc=0); все процессы обратимые. При отдаче горячим источником рабочему телу тепла dQ1 тело произведет суммарную работу dL и, для того чтобы вернутся в первоначальное состояние, отдаст окружающей среде тепло dQ2. При этом энтропия горячего источника уменьшится на величину dSг = dQ1/ 1, а энтропия холодного источника возрастет на dSx = dQ2/ 0 . Поскольку согласно второму закону термодинамики энтропия рассматриваемой изолированной системы уменьшаться не может, то при dSг &l ; 0 всегда будет dSx > 0, а следовательно, и dQ2 > 0. Значит, совершая работу с помощью циклов, тепло должно не только подводится, но и обязательно отводиться. В идеальном случае, когда достигается максимальная работа, dSг dSx = 0 и величина dQ2 является минимальной. Таким образом, -dQ1/ г = dQ2mi / 0, или dQ2mi = 0dSг , где dSг берется по абсолютной величине (без отрицательного знака), т.е. dSг = dQ1/ г. Согласно первому закону термодинамики, всегда dL = dQ1 – dQ2, dLmax = dQ1 – dQ2mi , или dLmax = dQ1 – 0dSг, т.е. максимальная работа цикла за счет тепла Q Lmax = Q1 – 0(Sг2 – Sг1), где (Sг2 – Sг1) – абсолютна величина уменьшения энтропии горячего источника, вызванная отдачей тепла Q1. Очевидно, что эта формула будет справедлива независимо от того, меняется или не меняется температура Тг горячего источника. Обязательными условиями ее справедливости являются только постоянство температуры окружающей среды и обратимость всех процессов цикла. Максимальная полезная работа, которая может быть совершена в идеальном (обратимом) тепловом двигателе, оказывается абсолютно одинаковой, будет ли этот двигатель работать по какому-либо обратимому циклу или в нем будут совершаться любые разомкнутые процессы. Максимальная доля тепла, которая может быть превращена в работу, обычно выражается через отношение Lmax/Q1, называемое термическим к. п. д. теплового двигателя : h = Lmax/Q1 = (Q1 – Q2mi )/Q1.
При постоянных температурах горячего Тг и холодного Т0 источников, учитывая предыдущие формулы максимальный термический к. п. д. теплового двигателя : h =1 – Т0/Тг. Можно доказать, что значение максимальной работы, а следовательно, и максимальный термический к. п. д. для случая источников тепла постоянной температуры достигается в обратимом прямом цикле Карно, состоящем из двух изотерм и двух адиабат : Условия построения прямого цикла Карно следующие : 1) Поскольку подвод тепла обратимый, то при Тг = co s температура тела Т1 на протяжении всего процесса подвода тепла должна быть равной Тг и оставаться постоянной : Т1 = Тг=co s ; 2) Так как и отвод тепла должен быть обязательно обратимым, то и температура Т2 тела в процессе отвода тепла также должна быть равна Т0 и оставаться постоянной : Т2 = Т0 =co s ; 3) Поскольку в других процессах тепло не должно подводиться и отводиться, то замыкание цикла может осуществляться только процессами с постоянной энтропией (S = co s ), следовательно, должно быть : Sa = Sb и Sc = Sd . В изображенном на рисунке цикле изоэнтропа ab – процесс адиабатического сжатия рабочего тела; изотерма bc – процесс подвода тепла Q1; изоэнтропа cd – процесс адиабатического расширения рабочего тела; изотерма da – процесс отвода тепла Q2 к холодному источнику (окружающей среде). Одновременно изотермы bc и da - соответственно процессы отвода тепла от горячего источника и подвода тепла к холодному источнику. В этом, как и в любом другом, обратимом цикле значения изменения энтропии горячего и холодного источников равны между собой по абсолютной величине и имеют обратные знаки, т.е. - DSг = DSx Конечное изменение энтропии DSт рабочего тела, совершающего замкнутый процесс, будет равен нулю. Приращение энтропии системы, равное алгебраической сумме энтропии всех тел рассматриваемой системы (обеих источников тепла и рабочего тела), также равно нулю : DSc = &ari g;DSi = DSг DSx DSт = 0. Этим подтверждается, что цикл Карно действительно дает максимальную работу. Из рисунка находим : Q1 = гDSг = Т1DSг ; Q2 = 0DSx = 2DSг, Отсюда Lц = Q1 – Q2 = ( 1 – 2)DSг. С учетом того, что Sг = Q1/ 1, получим Lц = Q . Термический к. п. д. этого цикла h = Lц /Q1 = 1 – 2/ 1 = h мах С помощью прямого цикла Карно можно доказать, что отводимое к холодному источнику тепло Q2mi не является потерей энергии, а представляет собой тот «балласт», ту непревратимую часть энергии, которая в любой момент, без затраты какой-либо дополнительной работы, может быть отнята от холодного источника и возвращена горячему. Здесь следует заметить, что осуществляя обратный цикл Карно, можно, затратив работу Lц , получить и отдать горячему источнику тепла Q1 ровно столько, сколько было от него получено в прямом цикле, а от холодного источника будет отобрано в точности такое же количества тепла Q2mi , сколько ему было отдано в прямом цикле. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ. Теплоизоляция – это защита зданий, промышленных установок (или отдельных их узлов) от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве и теплоэнергетике теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике – для защиты аппаратуры от притока тепла извне.
Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных заграждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т.п.) и затрудняющих теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией. При преимущественно конвективном теплообмене для теплоизоляции используются ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене – конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например из фольги, металлизированной лавсановой пленки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) – материалы с развитой пористой структурой. Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением ( R) изолирующей конструкции R = d /l , где d - толщина слоя изолирующего материала, l - его коэффициент теплопроводности. Повышение эффективности теплопроводности достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками. В тепловых промышленных установках теплоизоляция обеспечивает значительную экономию топлива, способствует увеличению мощности тепловых агрегатов и повышению их КПД, интенсификации технологических процессов, снижению расходов основных материалов. Экономическая эффективность теплоизоляции в промышленности часто оценивается коэффициентом сбережения тепла Где Q1 – потери тепла без теплоизоляции, а Q2 – с теплоизоляцией. Задача теплоизоляции зданий – снизить потери тепла в холодный период года и обеспечить постоянство температуры в помещениях в течении суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для теплоизоляции эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить толщину и снизить массу ограждающих конструкций и, т.о. сократить расход основных стройматериалов. Теплоизоляция – необходимый элемент конструкции транспортных средств (судов, ж.д. вагонов, самолетов и т.д.), в которых роль теплозащиты определяется их назначением : для средств пассажирского транспорта – требованием поддержания комфортных микроклиматических условий в салонах; для грузового – обеспечение заданной температуры при минимальных энергетических затратах. К эффективности теплоизоляции на транспорте предъявляются повышенные требования в связи с ограничением массы и объема ограждающих конструкций транспортных средств. Материалы и изделия, применяемые для теплоизоляции называются теплоизоляционными. Теплоизоляционные материалы характеризуются низкой теплопроводностью (коэффициент теплопроводности не более 0.2 Вт/м К), высокой пористостью, незначительной объемной массой и прочностью (предел прочности при сжатии 0.05-2.5 МН/м2). Основной показатель качества теплоизоляторов – коэффициент теплопроводности. Он является физическим параметром вещества и в общем случае зависит от температуры, давления и рода вещества. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности определяется экспериментально с помощью различных методов. На рисунке показаны примерные значения коэффициента теплопроводности для различных веществ : Так как тела могут иметь различную температуру, а при наличии теплообмена и в самом деле температура будет распределена неравномерно, то в первую очередь важно знать зависимость коэффициента теплопроводности от температуры.
Когда Маркс ввел свою аналогию цикл воспроизводства, в каждом звене которого обмен был эквивалентным, то оказалось, что для получения прибавочной стоимости надо вовлекать в этот цикл совершенно особый товар рабочую силу, платя за нее цену, эквивалентную стоимости ее воспроизводства. Рабочая сила была таким товаром, созданным «природой», который позволял производить «полезную работу». Так в политэкономию были введены термодинамические категории. В дальнейшем были отдельные, но безуспешные попытки развить особую ветвь энергетической или «экологической» политэкономии (начиная с Подолинского, Вернадского, Поппера-Линкуса)16. По сути, в переходе от цикла Карно к циклу воспроизводства был сделан неосознанный скачок к неравновесной термодинамике, скачок через целую научную эпоху. В отличие от топлива как аккумулятора химической энергии, которая могла вовлекаться в работу тепловой машины только с ростом энтропии, рабочая сила явление жизни, процесса крайне неравновесного и связанного с локальным уменьшением энтропии
1. Прямой цикл Карно. Тепловая изоляция
2. Газовый цикл тепловых двигателей и установок
3. Классификация и жизненные циклы диатомовых
4. Прямые и косвенные налоги, применяемые в налогооблажении
5. Цикл-метод обучения. (Методика преподавания эстонского языка)
11. Приборы для регистрации электрических, акустических и тепловых сигналов организма человека
13. Углеродный цикл и изменения климата
16. Расчёт принципиальной тепловой схемы энергоблока 800 МВт
18. Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента
21. Тепловой расчет паровой турбины Т-100-130
25. Семантическое поле страха на основе произведения Стивена Кинга "Цикл оборотня"
26. Расчет радиорелейной линии связи прямой видимости
27. Реакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов
29. Реактивный двигатель и основные свойства работы тепловых машин
30. Тепловые явления
31. Тепловые явления: холод из угля
32. Тепловые двигатели и их применение
33. Тепловой эффект химической реакции
35. Концепция жизненного цикла товара и конкурентные стратегии фирмы
36. Основные маркетинговые стратегии на различных этапах жизненного цикла товара
42. Богатыри киевского и новгородского цикла
43. Однозначные и многозначные слова. Прямое и переносное значения слова
44. Стихотворение А. Блока «Ты – как отзвук забытого гимна» (Из цикла «Кармен»)
45. Единство цикла рассказов И. А. Бунина «Темные аллеи»
46. Я люблю Пушкина Цветаевой (цикл М. Цветаевой «Стихи Пушкину»)
47. Незабываемое в цикле рассказов И. А. Бунина "Темные аллеи"
48. Картины родной природы в цикле украинских повестей Н.В. Гоголя
49. Проблема литературного характера в цикле А.П. Чехова «маленькая трилогия»
51. Расчет стационарного теплового поля в двумерной пластине
52. Прямая Эйлера
53. Нормальный менструальный цикл и гипоменструальный синдром
57. Цикл лекций Женщине о раке
60. Онкология (рак прямой кишки)
61. Прямые испанские инвестиции в экономику России
62. Жизненные стадии и циклы организации
63. Жизненный цикл и смена управленческих стереотипов
65. Пасхальный цикл
67. Математическое моделирование и оптимизация элементов тепловой схемы энерготехнологического блока
68. Развитие представлений о природе тепловых явлений и свойств макросистем
69. Природа рокового цикла Сепкоски - Мюллера - Роде
73. Наш сон и бессонница, их связь с лунными и солнечными циклами
75. Расчет радиорелейной линии связи прямой видимости
76. Позиционирование как стержень прямого маркетинга, или... Как быть интересным своему потребителю
79. Розрахунок теплової частини ТЕЦ
80. Тепловой расчет котла Е-75-40ГМ
81. Поверочный тепловой расчет котла Е-25-24 225 ГМ
82. Формы прямого волеизъявления в системе местного самоуправления
83. Реакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов
85. Потери электрической и тепловой энергии при транспортировке
89. Структурные сдвиги в производстве и потреблении (циклы Кондратьева)
90. Тепловой эффект химической реакции и его практическое применение.
91. Об устойчивом развитии и экологических циклах
92. Роль геохимических циклов в биосфере
93. Система «природа — общество» и климат. О тепловом балансе Земли
94. Земля, как тепловая машина (климатический фактор)
96. Прямые зарубежные инвестиции
97. Денежные поступления и жизненный цикл инвестиционного проекта