Эффективность работы теплового двигателя

Эффективность работы теплового двигателя

Статья содержит сравнительный анализ основных научных методов исследования циклов тепловых двигателей с целью оценки их эффективности. Показано принципиальное отличие понятий энергетического и эксергетического коэффициентов полезного действия тепловых двигателей. Статья содержит сравнение и анализ различий теплового и эксергетического балансов теплового двигателя. Доказывается, что подмена и некорректное использование понятий теплового и эксергетического коэффициентов полезного действия, имеющих место в ряде публикаций, приводят к неверным теоретическим выводам и затрудняют практическое решение задачи повышения энергетической эффективности тепловых двигателей. Приводимые в статье результаты расчетов свидетельствуют о том, что совместное использование энергетического и эксергетического методов анализа способствуют более полному раскрытию процессов преобразования энергии в работу тепловых двигателей и позволяют адекватно оценивать имеющиеся вторичные энергетические ресурсы тепловых машин. Использование эксергетического метода наиболее целесообразно при проведении анализа процессов, протекающих в установках преобразования и использования механической энергии. Приведенный в статье анализ показал, что наибольшие потери эксергии (работы) в тепловом двигателе происходят вследствие необратимости процесса сгорания топлива. Существенно уменьшить эти потери можно лишь за счет повышения температуры рабочего тела в начале процесса сгорания. Редкое использование эксергетического метода анализа в настоящее время объясняется совпадением численных значений эксергетического и энергетического КПД тепловых двигателей при общей оценке их энергетической эффективности. Данные, приведенные в статье, свидетельствуют о том, что совместное использование обоих методов позволяет получить более точные выводы при оценке энергетической эффективности тепловых двигателей и определении возможностей ее повышения.

Ключевые слова

цикл теплового двигателя, эффективность, энергетический КПД, эксергетический КПД, потери эксергии, повышение эффективности

Читать полный текст статьи: PDF

Список литературы

Федеральный закон Российской Федерации № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009 г.
Карагусов В. И. Систематизация анаэробных силовых энергоустановок / В. И. Карагусов // Транспорт на альтернативном топливе. — 2014. — № 5 (41) — С. 49-53.
Равич А. Ф. ДВС с аккумулятивным предварительным расширением рабочего тела / А. Ф. Равич, В. Н. Опрышко, С. Н. Богданов // Двигатель. — 2015. — № 2 (98). — C. 14-18.
Алексеев Г. Н. Энергоэнтропика / Г. Н. Алексеев. — М.: Знание, 1983. — 192 с.
Шаргуй Я. Эксергия: пер. с польского Ю. И. Батурина и Д. Ф. Стрижажовского, под ред. В. М. Бродянского / Я. Шаргуй, Р. Петела. — М.: Энергия, 1968. — 279 с.
Бродянский В. М. Энергетические расчеты технических систем: справ. пособие / В. М. Бродянский, Г. П. Верхивнер, Я. Я. Карчев [и др.]: под ред. А. А. Долинского, В. М. Бродянского. — Киев: Наукова думка. 1991. — 360 с.
Дизельные и газовые двигатели: каталог. — СПб.: Изд-во ООО ЦНИДИ, 2011. — 144 с.
Бродянский В. М. Эксергетический метод и его применение / В. М. Бродянский, В. Фратер, К. К. Михалик. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 288 с.
Ерофеев В. Л. Эксергетический метод оценки энергетической эффективности топливоиспользования / В. Л. Ерофеев, Н. Н. Фомин. — СПб.: Изд-во СПГУВК, 2010. — 57 с.
Ерофеев В. Л. Неточность термодинамических определений и терминов — путь к вечному двигателю второго рода / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, А. С. Пряхин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016. — № 6 (40). — С. 140-149. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-6-140-149.
Самойленко А. Ю. Альтернативный эталонный цикл двигателя внутреннего сгорания / А. Ю. Самойленко // Машиностроение и компьютерные технологии. — 2012. — № 8. — С. 28. DOI: 10.7463/0812.0475919.
Ерофеев В. Л. Пределы повышения энергетической эффективности топливоиспользования поршневого ДВС / В. Л. Ерофеев, Н. Б. Ганин, А. С. Пряхин // Двигателестроение. — 2015 — № 2. — С. 33-38.

Об авторах

Ерофеев Валентин Леонидович — доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Жуков Владимир Анатольевич — доктор технических наук, доцент

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Пряхин Александр Сергеевич — кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

КПД двигателя автомобиля.

Тепловая эффективность двигателя. Не такая страшная физика.

Обычно, если кто-то слышит слоган «тепловая эффективность двигателя», они сразу же меняют тему. Вы можете говорить о двигателях об их мощности, об их расходе топлива или — вызывая уважение собеседников как эксперта — о рабочих системах, таких как Дизель, Отто, Ванкель и Аткинсон. Но термическая эффективность звучит как домашняя работа по физике, то есть вызывает отвращение и негативные реакции. Между тем все это сливается в одно .

КПД двигателя — обозначается латинским символом η (eta) — это параметр, который характеризует данный двигатель и означает, сколько подаваемого тепла преобразуется в полезную работу. В случае двигателя внутреннего сгорания это преобразование тепловой энергии, возникающей в результате сгорания топлива, в механическую энергию, выделяемую двигателем в результате вращения коленчатого вала.

Значения этой эффективности различны для разных типов двигателей и, например, для двигателей с искровым зажиганием составляют около 0,30–0,36, а для дизельных двигателей — около 0,40–0,45. Это означает не что иное, как то, что при заливке в бак 50 литров топлива только 15-18 литров бензина и 20-22,5 литра дизельного топлива используются для привода компонентов автомобиля. Остальное безвозвратно потеряно.

От чего зависит тепловая эффективность?

Вообще говоря, это «использование тепловой энергии» возникает из-за разницы между температурой воспламенения смеси и температурой выхлопного газа, выходящего из цилиндра. Чем больше разница, тем больше тепла превращается в работу.

Читать еще:  Шнива нет давления в двигателе

Здесь, к сожалению, мы должны помнить несколько принципов в физике / механике. Поршень, двигаясь к головке, сжимает топливовоздушную смесь (бензиновые версии) или воздух (дизель), и после воспламенения / взрыва отработавший газ расширяется точно по тому же пути, что и ранее сжатая топливно-воздушная смесь, или — в дизеле — сжатый воздух. Это означает, что чем больше сжатая среда, тем больше она расширяется после взрыва, и чем больше она расширяется, тем больше будет работать поршень, а выхлопные газы будут охлаждаться.

В качестве примера, стоит упомянуть, что температура сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания превышает 2000 градусов по Цельсию, температура выхлопных газов в бензиновых двигателях (где степень сжатия обычно составляет около 9-11: 1) составляет около 550 — 700 градусов по Цельсию, а в случае версии Дизель (где степень сжатия составляет более 20: 1) температура выхлопных газов составляет около 400 С.

Следовательно, следует отметить, что для того, чтобы отметить более высокий тепловой КПД в бензиновом двигателе, степень сжатия должна быть увеличена. Тем не менее, проблема заключается в том, что возникает стук, потому что в какой-то момент сжатия температура повышается настолько, что даже до воспламенения — вызванного искрой от свечи — топливо может взорваться, что приводит к нарушению плавности работы двигателя и его неравномерной работе.

Стук также может привести к повреждению двигателя. Оболочки на головке шатуна, а также подшипники коленчатого вала особенно подвержены взрывам топлива. В меньшей степени такое сгорание отрицательно сказывается на клапанах, поршнях или шатунах. Сам феномен детонации зависит от конструкции двигателя и химического состава топлива.

Следовательно, увеличение октанового числа выше 100 (я напоминаю топливо на станциях 95 или 98) может нейтрализовать неблагоприятный стук. Теоретически это возможно, потому что такой бензин в настоящее время включает в Бразилии (добавление этанола) и авиационные двигатели также нуждались в более высоком октановом значении.

Однако в ведущих исследовательских лабораториях также начались исследования по модернизации существующих конструкций двигателей с использованием всех известных технических инноваций. Эффект этих работ, среди прочего Бензиновый двигатель SKYACTIV-G от исследовательских лабораторий Mazda.

Этот бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива использует полный спектр совершенно новых технических решений. Благодаря этому он чрезвычайно прочен и в то же время чрезвычайно эффективен благодаря использованию беспрецедентной степени сжатия. Удалось преодолеть все трудности, которые ранее этому мешали.

Основные характеристики этого двигателя:

очень высокая степень сжатия 14,0: 1, которая была достигнута благодаря специальной системе выпуска, поршневым полостям, новым многоотверстным инжекторам и другим нововведениям для предотвращения неправильного сгорания (детонации);

  • внутреннее трение уменьшено на 30%;
  • регулировка фаз газораспределения во впускных и выпускных клапанах;
  • легкая конструкция — общий вес на 10% ниже.

В результате этих деталей были получены четырехцилиндровые безнаддувные двигатели с большим рабочим объемом с высоким крутящим моментом (примерно на 15% выше в диапазоне низких и средних оборотов двигателя по сравнению с традиционными версиями), а расход топлива и выбросы CO2 снижены примерно на 15 % по сравнению с бензиновым двигателем аналогичной мощности. Поэтому это альтернатива широко распространенной в настоящее время минимизации двигателя.

Самое главное, что в двигателях SKYACTIV-G у нас нет неблагоприятных вибраций двигателя в диапазоне низких оборотов, нет неблагоприятного увеличения скорости, и мы имеем гораздо более высокую рабочую культуру, чем малые трехцилиндровые соревновательные агрегаты, имеющие аналогичную мощность. Это представлено в таблице, сравнивающей Mazda 2 и Mazda 3 с двигателем SKYACTIV-G и Peugeot с 1,2-цилиндровым двигателем Pure Tech и VW с двигателями 1,0 TSi.

Дизайнеры Toyota пошли несколько другим путем, чтобы повысить тепловой КПД, и они взяли идею английского изобретателя Джеймса Аткинсона. В 1882 году он сконструировал двигатель, в котором благодаря сложной системе толкателей, соединяющих поршни с коленчатым валом, рабочий ход был длиннее такта сжатия. Благодаря этому, после длительного рабочего цикла, когда начался рабочий ход, давление и температура выхлопных газов были намного ниже, а энергия от расширения использовалась полностью.

Вместо разработки сложных систем толкателя, которые продлили бы рабочий ход, вместо этого использовались «электроника и достижения 21-го века». Благодаря продуманному решению удалось сделать так, что, несмотря на то, что двигатель Toyota поддерживает классическую простую конструкцию обычных четырехтактных двигателей, где при каждом из тактов поршень движется одинаково, эффективный рабочий ход длиннее такта сжатия.

Как говорят конструкторы Toyota, следует сказать иначе: эффективный ход сжатия короче рабочего хода (т. Е. В точности идея двигателя Джеймса Аткинсона). Это достигается путем задержки закрытия всасывающего клапана, который закрывается сразу после начала такта сжатия. Таким образом, часть топливовоздушной смеси возвращается во впускной коллектор. Это имеет два следствия: количество дымовых газов, образующихся в результате его сгорания, меньше и может полностью расширяться перед началом такта выпуска, передавая всю энергию на поршень, а сжатие меньшего количества смеси требует меньше энергии, что снижает внутренние потери двигателя.

Единственная проблема с двигателем, работающим по системе Аткинсона, заключается в том, что мощность двигателя меньше, чем у традиционной машины. Хотя эта концепция оказалась отличным решением для гибридных автомобилей, в которых нехватка мощности, особенно необходимая для запуска и ускорения, компенсирует электродвигатель по сравнению с классическим двигателем Отто, двигатель Аткинсона явно проигрывает.

Здесь, однако, гений инженера Toyota / Lexus вновь проявил себя. Технические инновации и использование электронного управления открытием клапана позволили использовать обе рабочие системы и создать двигатель с переменной нагрузкой. Когда энергопотребление низкое, например, при спокойной езде по дороге, двигатель работает в цикле Аткинсона, потребляя мало топлива. Однако, когда требуется лучшая производительность — при выключении света или обгоне — он входит в цикл Отто, используя всю доступную динамику. Такой 1,2-литровый двигатель с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом, например, Toyota Auris и городской внедорожник Toyota C-HR. Аналогичный рабочий двухлитровый агрегат используется в Lexus: IS 300, GS 300, NX 300,

Читать еще:  Вибрация двигателя как дизель

Таким образом, тепловая эффективность является основным фактором, влияющим на потребление топлива и использование тепловой энергии, образующейся при сгорании топлива. Важно, что продолжается работа по повышению этой эффективности, то есть по разработке более совершенных двигателей.

Новейшим решением является двигатель INFINITI VC-Turbo (Variable Compression Turbo), который является одним из самых технически совершенных двигателей внутреннего сгорания, когда-либо созданных, и используемая в нем технология VC-Turbo сочетает в себе мощность высокоэффективного 2,0-турбочного бензинового двигателя с крутящим моментом и экономичностью. современный дизельный двигатель, но без выхлопных газов.

Технология Infiniti VC-Turbo имеет возможность непрерывного преобразования, поскольку она использует усовершенствованную многорычажную систему для бесконечного увеличения или уменьшения размера камеры сгорания и сразу же — на основании обнаруженной нагрузки двигателя и команд водителя — выбирает наиболее подходящую степень сжатия. Двигатель способен реализовать любую степень сжатия от 8: 1 до 14: 1.

Развивая максимальную мощность 272 л.с. и 390 Нм крутящего момента, двигатель VC-Turbo сопоставим по производительности с шестицилиндровыми бензиновыми двигателями и определенно более экономичен, чем он.

Будущее?

Мы должны помнить, что разработка новых двигателей не так проста, как создание новых корпусов или компонентов, потому что в этом случае лабораторные испытания имеют колоссальное значение, но можно предположить, что двигатели через дюжину или около того лет будут иметь более высокий тепловой КПД.

Если, только электродвигатели не завоюют рынок, что двигатель внутреннего сгорания отправится в музей, и исследования новых решений перестанут быть экономически жизнеспособными .

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛА КАРНО

Механическая и электрическая энергия относятся к так называ — ч «благородным» формам энергии, с которыми не ассоциируется такое по­пе. как энтропия. Следовательно, имеется теоретическая возможность пре — ювывать одну форму такой энергии в другую без потерь. Другими словами, і 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 _есс невозможно осуществить без частичного отвода тепла (за исключением гетических двигателей, в которых темпераіура холодильника равна 0 К), ч образом, теоретически эффективность тепловых двигателей должна быть ше 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-

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

Энтропия системы должна возрасти или в идеальном случае остаться неиз­менной. Наибольшая эффективность процесса (эффективность цикла Карно) бу­дет иметь место тогда, когда энтропия на выходе Qout /Тс будет равна энтропии на входе Q-m/ Тн. Соответственно

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

Рис. 3.3. Цикл работы теплового двигателя

При стационарных условиях

Q = біту — W _ Qjn _ I _ j_ _ І /уч

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 (г| = 0,2) и, следовательно, эольшс 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.

  • ТИПЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
  • МЕХАНИЧЕСКИЕ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
  • Рекомендации по выбору бизнеса
  • Строительное оборудование МСД
  • Тепловые насосы

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

РАБОТА

Выше мы говорили о том, что газ, находящийся в цилиндриче­ском сосуде с поршнем, может совершать работу. Какова эта работа? Сила, действующая на поршень со стороны газа, равна рА, где А …

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Подведем некоторое количество Q теплоты к газу, находящему- ■ : цилиндре с адиабатическими стенками и поршнем внутри, который может ■сремещаться без трения. Наличие адиабатических стенок означает, что тепло — р …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

При изменении температуры некоторого фиксированного коли­чества газа будет меняться его внутренняя энергия. Если при этом объем газа остается постоянным (например, газ помещен в сосуд с жесткими стенками), то изменение его …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Читать еще:  Характеристика двигателя грузового авто

Второй закон термодинамики. Энтропия. Определение энтропии. Эффективность теплового двигателя. Тепловой цикл Карно. Неубывание энтропии

2-й закон термодинамики. Энтропия. Определение энтропии. Эффективность теплового двигателя. Тепловой цикл Карно. Неубывание энтропии. Вариант для печати.

Второй закон связан с понятием энтропии, являющейся мерой хаоса (или мерой порядка). Второй закон термодинамики гласит, что для вселенной в целом энтропия возрастает.

Существует два классических определения второго закона термодинамики :

  1. Кельвина и Планка: Не существует циклического процесса, который извлекает количество теплоты из резервуара при определенной температуре и полностью превращает эту теплоту в работу. (Невозможно построить периодически действующую машину, которая не производит ничего другого, кроме поднятия груза и охлаждения резервуара теплоты)
  2. Клаузиуса: Не существует процесса, единственным результатом которого является передача количества теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. (Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара)

Оба определения второго закона термодинамики опираются на первый закон термодинамики, утверждающий, что энергия убывает. Второй закон связан с понятием энтропии (S).

Энтропия порождается всеми процессами, она связана с потерей системы способности совершать работу. Рост энтропии — стихийный процесс. Если объем и энергия системы постоянны, то любое измение в системе увеличивает энтропию. Если же объем или энергия системы меняются, энтропия системы уменьшается. Однако, энтропия вселенной при этом не уменьшается.

Для того, чтобы энергию можно было использовать, в системе должны быть области с высоким и низким уровнями энергии. Полезная работа производится в результате передачи энергии от области с высоким уровнем энергии к области с низким уровнем энергии.

  • 100% энергии не может быть преобразовано в работу
  • Энтропия может вырабатываться, но не может быть уничтожена

Эффективность теплового двигателя

Эффективность теплового двигателя, действующего между двумя энергетическими уровнями , определена в пересчете на абсолютные температуры

  • η = ( Th — Tc ) / Th = 1 — Tc / Th
    • где
    • η = эффективность
    • Th = верхняя граница температуры (K)
    • Tc = нижняя граница температуры (K)

Для того, чтобы достичь максимальной эффективности Tc должна быть на столько низкой, на сколько это возможно. Чтобы эффект был 100% -м, Tc должна равнятся 0 по шкале Kельвина. Практически это невозможно, поэтому эффективность всегда меньше 1 (менее 100%).

  • Изменение энтропии > 0 Необратимый процесс
  • Изменение энтропии= 0 Двусторонний процесс (обратимый)
  • Изменение энтропии

Изменение энтропии системы вызвано изменением содержания тепла в ней. Изменение энтропии равно изменению тепла системы деленной на среднюю абсолютную температуру ( Ta):

Тепловой цикл Карно. Цикл Карно— идеальный термодинамический цикл.

dS = dH / Ta Сумма значений (dH / T) для каждого полного цикла Карно равна 0. Это происходит из-за того, что каждому положительному H противостоит отрицательное значение H.

В тепловом двигателе, газ (реверсивно) нагревается (reversibly heated), а затем охлаждается. Модель цика следующая: Положение 1 —( изотермическое расширение) —> Положение 2 —( адиабатическое расширение) —> Положение 3 —(изотермическое сжатие) —> Положение 4 —(адиабатическое сжатие) —> Положение 1

  • Положение 1 — Положение 2: Изотермическое расширение
    • Изотермическое расширение. В начале процесса рабочее тело имеет температуру Th , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QH. При этом объём рабочего тела увеличивается. QH=∫Tds=Th (S2-S1) =Th ΔS
  • Положение 2 — Положение 3: Адиабатическое расширение
    • Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение. Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
  • Положение 3 — Положение 4: Изотермическое сжатие
    • Изотермическое сжатие. Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру Tc, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Qc. Qc=Tc(S2-S1)=Tc ΔS
  • Положение 4 — Положение 1: Адиабатическое сжатие
    • Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие. Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия. Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия). Законы термодинамики были определены эмперическим путем (эксперементально). Второй закон термодинамики — это обощение экспериментов, связанных с энтропией. Известно, что dS системы плюс dS окружающей среды равно или больше 0 — закон неубывания энтропии. Энтропия адиабатически изолированной системы не меняется!

Пример — Энтропия при нагревании воды

  • Процесс нагревания 1 кг воды от при нормальных условиях.C (273 до 373 K) o 0 до 100
    • C = 0 кДж/кг (удельная — на единицу массы) o при 0 см. удельная энтальпия для воды
    • Удельная энтальпия для воды при 100 o C = 419 кДж/кг
      • Изменение удельной энтропии :
      • dS = dH / Ta= ((419 кДж/кг) — (0 кДж/кг)) / ((273 К + 373 К)/2)= 1.297 кДж/кг*К

Пример — Энтропия при испарении воды

  • Процесс превращения 1 кг воды при 100 o C (373 K) в насыщенный пар при 100 o C (373 K) при нормальных условиях.
    • Удельная энтальпия пара при 100 o C (373 K) до испарения = 0 кДж/кг
    • Удельная теплота парообразования 100 o C (373 K) при испарении = 2 258 кДж/кг
      • Изменение удельной энтропии:
      • dS = dH / Ta= (2 258 — 0) / ((373 + 373)/2)= 6.054 кДж/кг*К

Полное изменение удельной энтропии испарения воды — это сумма удельной энтропии воды (при 0 o C) плюс удельная энтропия пара (при температуре 100 o C).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector