Жылуэнергетикалық қондырғылар циклдарының термодинамикалық негіздері

Дәріс 5

2 Тұйық процесс циклдың тоңазыту коээфициенті.

3 Идеал газ энтропиясы

4 Карно циклы.

Құнсыз күй кезіндегі, тік және кері бағыттағы қайтымсыз процесстер өтеді. Процесстердің бағыттылығы және олардың өтуінің жалпы түрін, жылудинамикасның екінші заңымен аықтайды

Техникалық жылудинамикасында екінші заңды қолданады да, жылулық процесс жағдайы кезіндегі, жылулықтың механикалық жұмысқа айналуын анықтайды. Сонымен, жылудинамикасының бірінші заңынан шығатын жылулық пен жұмыс аралық, санды қатынастары сақталуы тиіс. Жылулық қозғалтқышында, толассыз жұмыс атқарылуы үшін, айналы процесс қажет. (сурет 1)

Жылулық жұмысқа айналған циклды тік цикл деп атайды. (сурет 1а). Оның нәтижесінде механикалық жұмыс іске асырылады. Кері цикл дегеніміз – жұмысты пайдалынатын цикл (сурет 1а). Кері циклымен жұмыс істейтін тоңазытқыш және жылусорапты қоңдырғылары. Циклдар әр түрлі процесстерден кұрұлу мүмкін.

а

б

,

(1)

Термиялық П.Ә.К. циклы, әр түрлі уақытта бірден кем, себебі, >0.

.

(2)

Француз ғалымы Сади Карно 19 ғасырдың бірінші жартысында жылудың жұмысқа үлкен табыспен айналуын қарастыратын идеал циклді енгізді.

1-2 – изотермиялық ұлғаю; 2-3 – адиабатное ұлғаю;

3-4 – изотермиялық сығылу; 4-1 – адиабатное сығылу
Сурет 2 - Тік Карно циклы
Тік Карно циклындағы термиялық ПӘК және аралығында осылай анықталады:

.

(3)

Бұл жылулық машиналардың идеалды циклы.

Тік Карно циклы екі адиабатты және екі изотермиялық процесстерден тұрады (сурет 3)

1-4 – адиабаттық ұлғаю; 4-3 – изотермиялық ұлғаю;

3-2 – адиабаттық сығылу; 2-1 – изотермиялық сығылу
Сурет 3 - Кері Карно циклы
Энтропия грекше айналу деген сөзден шыққан. Энтропия термодинамикалық жүйенің функциясы. Ол жүйе мен сыртқы ортаның арасында жүретін жылу алмасу прцесінің жүру бағытын сипаттайды.

СИ жүйсіндегі энтропия өлшем бірлігі Дж/К, ал меншікті энтропия - Дж/(кгК).

Күй функциясы ретінде энтропияның мәнің күй теңдеуінің көмегімен кез-келген екі термиялық параметрдің функциясы ретінде табуға болады:

; ; .

(4)

Газдар үшін энтропияның мәні нольге тең.

Клаузиус интегралы (біріншісі) осы түрде жазылады:

.

(5)

Клаузиуса интеграл (екіншісі) осы түрде жазылады:

.

(6)

Термодинамиканың екінші бастамасы жылу мен жұмыстың өзара айналулыларының эквиваленттілігі, осы айналулылардағы жылу мен жұмыстың арасындағы сандық қатынастар, оқшауланған термодинамикалық жүйенің энергиясының тұрақтылығы, жылу, ішкі энергия және жүйенің сыртқы ортаға жасайтын, жұмысының өзара байланасы қалыптасады.

Бұл заңдылықтар термодинамикалық процесстердің пайда болуы, олардың бағыты мен даму шекарасын анықтауға жеткіліксіз. Бұл мәселелерді шешуге, табиғатты барлық еркін процесстердің бағытын белгілейтін термодинамиканың екінші бастамасы мүмкіндік береді. Термодинамиканың екінші бастамасы, термодинамикалық процесске қатысатын жүйе теңбе-тендікте болмаған кезде ғана екрін процесстердің дамитындығы, бұл процесстер үнемі бір бағытта өтетіндігімен сипатталатындығы; жылудың ыстығырақ денеден, салқынырақ денеге берілетіндегі; дененің жоғары қысымнан төменгі қысымға ұлғаятындығы электрэнергиясы жоғары потенциалды ток көзінен төменгі потенциалдысына және бұл кезде термодинамикалық жүйе теңбе-тендік күйге ұмтылатындығы сияқты, көп ғасырлар бойы тәжірибенің жинақталуынан пайда болды.

Термодинамикалық екінші бастамасы жылуды жұмысқа айналдыратын жылудық қозғалтқыш жағдайларын қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Жұмыс жылуға және ішкі энергияға айналатын, ал энергияның берілуікөбірек потенциалдыдан азырағына берілетінді процестерді өздігінен-өзі айналулар (процестер) деп атайды. Бұл шартты қанағаттандырмайтын процестер өздігінен-өзі емес процестер деп аталады.

Термодинамиканың екінші бастамасының математикалық теңдеуде жүйемен қабылдаған немесе берілген жылулықтын ен кіші мөлшері жүйенің энтропия өзгеруінің ең кіші мөлшерімен байланысы бар

.

(7)

Карно теоремасы абсолют термодинамикалық температуралар шкаласын орнатуға қызмет етеді. Екі дененің Т₁ және Т₂ температураларын салыстыру үшін осы денелер қыздырғыш және суытқыш (ыстық және суық көзі) ретінде пайдаланылатын, Карноның қайтымды циклын жүзеге асыре керек. Карно циклын қарастырғанда алған өрнек температура мәселесін шешуге ыңғайлы болып табылады:

Қазіргі термодинамикада максимал пайдалы жұмысты (жұмыс істеу мүмкіндігін) эксергия деп атайды.

2 Жылудинамикасының екінші заңының бірінші заңға қарағандағы айырм ашылығы.

3 2-сатылы мәңге қозғалтқыш деп нені айтады.

4 Энтропия дегеніміз не?

5 Энтропияның абсолюттік мәні қалай табылды.

6 Жылу динамикасының үшінші бастауы туралы не білесіз?

7 Карно циклын түсіндірініз.

8 Карно циклының ПӘК формуласын жазыңыз

2 Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача». - М.: Высшая школа, 1980. - б.3-15

3 Асамбаев А.Ж. «Техникалық термодинамиканың негіздері» - 2006. – б.4-16

4 Баскаков Б.В., Берг О.К., Витт и др. «Теплотехника» - М.: Энергоатомиздат., 1991. – б. 4-11, б. 40-41

5 Энергетиканың электрондық энциклопедиясы.