Termikus gépek

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. június 22-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .

A hőmotorokat a termodinamikában periodikusan működő hőgépeknek és hőszivattyúknak (termokompresszoroknak) nevezik. A hűtők a hőszivattyúk egy fajtája . [egy]

A hőgép működési elvének megválasztása a munkafolyamat folytonosságának és időbeni korlátlanságának követelményén alapul. Ez a követelmény összeegyeztethetetlen a termodinamikai rendszer egyoldalúan irányított állapotváltozásával, amelyben a paraméterei monoton módon változnak. A rendszerváltás egyetlen megvalósítható formája, amely kielégíti ezt a követelményt, egy körkörös folyamat vagy egy körkörös ciklus, amely időszakosan ismétlődik. A hőmotor működéséhez a következő alkatrészekre van szükség: magasabb hőmérsékletű hőforrás, alacsonyabb hőmérsékletű hőforrás és munkaközeg.

A hőmotorok a hőt munkává alakítják. A hőmotorokban a magasabb hőmérsékletű forrást fűtőelemnek, az alacsonyabb hőmérsékletű forrást pedig hűtőszekrénynek nevezzük. A fűtőelem és a munkafolyadék szükségessége általában kétségtelen, de ami a hűtőszekrényt illeti, mint a hőmotor szerkezeti részét, előfordulhat, hogy hiányzik. Ebben az esetben funkcióját a környezet látja el, például a járművekben. Hőmotorokban közvetlen A ciklust alkalmaznak , melynek sémája az 1. ábrán látható. A hőmennyiséget a legmagasabb hőmérsékletű forrásból - a fűtőtest - szolgáltatják , és részben a legalacsonyabb hőmérsékletű forráshoz - a hűtőszekrényhez - irányítják .

A hőmotor által végzett munka a termodinamika első főtétele szerint egyenlő a bevitt és az elvitt hőmennyiség különbségével :

A = K egy − K 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

A hőmotor teljesítménytényezője (COP) az elvégzett munka és a kívülről szolgáltatott hőmennyiség aránya: [2]

η = A K egy = egy − K 2 K egy {\displaystyle \eta ={\dfrac {A}{Q_{1}}}=1-{\dfrac {Q_{2}}{Q_{1}}}}

A hűtők és hőszivattyúk fordított ciklust használnak - B . Ebben a ciklusban a hő a legalacsonyabb hőmérsékletű forrásból a legmagasabb hőmérsékletű forrásba kerül (1. ábra). Ennek a folyamatnak a végrehajtásához a bemeneti külső munkát el kell költeni :

A = K egy − K 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

A hűtőgépek hatásfokát a hűtési együttható értéke határozza meg, amely megegyezik a hűtött testből vett hőmennyiség és a ráfordított mechanikai munka arányával  :


ϵ x = K 2 A {\displaystyle \epsilon _{x}={\dfrac {Q_{2}}{A}}}


A hűtőszekrény nem csak különféle testek hűtésére, hanem térfűtésre is használható. Valójában még egy közönséges háztartási hűtőszekrény is, miközben hűti a benne elhelyezett termékeket, egyidejűleg melegíti a helyiség levegőjét. A modern hőszivattyúk működési elve az, hogy a hőmotor fordított ciklusát alkalmazva a környezetből hőt pumpálnak a fűtött helyiségbe. A fő különbség a hőszivattyú és a hűtőgép között, hogy a hőmennyiséget a fűtött testbe juttatják, például egy fűtött helyiség levegőjébe, és a hőmennyiséget egy kevésbé fűtött környezetből veszik el.


A hőszivattyú hatásfoka a konverziós (transzformációs) együtthatóval vagy, ahogyan gyakran nevezik, a fűtési tényezővel jellemezhető, amelyet a fűtött test által kapott hőmennyiség és az erre fordított mechanikai munka arányaként határoznak meg. , vagy az elektromos áram munkája :

ϵ o = K egy A {\displaystyle \epsilon _{o}={\dfrac {Q_{1}}{A}}}

Tekintettel arra , hogy kapcsolatot teremtünk a berendezés fűtési és hűtési tényezői között:

ϵ o = ϵ x + egy {\displaystyle \epsilon _{o}=\epsilon _{x}+1}

Mivel a környezetből kivont hőmennyiség mindig nullától eltérő, a hőszivattyú hatásfoka a definíciója szerint egynél nagyobb lesz. Ez az eredmény nem mond ellent a termodinamika második főtételének, amely megtiltja a hő teljes átalakulását munkává, de nem ellentétes a hő teljes munkává alakításának fordított folyamatával. A hőszivattyú előnye az elektromos fűtőtesthez képest, hogy nemcsak a hővé alakított villamos energiát használják fel a térfűtésre, hanem a környezetből felvett hőt is. Emiatt a hőszivattyúk hatásfoka jóval magasabb lehet, mint a hagyományos elektromos fűtőké. [3]

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Belokon N.I., 1954 , p. 117.
  2. ↑ Saveljev I.V., 1989 , p. 300.
  3. ↑ Kirillin V.A., 1983 , p. 366.

Irodalom