Обратный цикл Карно. Определение холодильного коэффициента

Цикл Карно с протеканием процессов против часовой стрелки называется обратным. Это цикл холодильных машин и тепловых насосов.

Для всех циклов окружающая среда выступает в зависимости от их предназначения в виде горячего или холодного источника теплоты с температурой ТОС.

В отличие от цикла двигателя, где окружающая среда выступает в качестве холодного источника теплоты, в цикле Карно холодильной машины окружающая среда является горячим источником теплоты.

В холодильной установке осуществляется обратный цикл Карно, в котором рабочее тело забирает теплоту q2 от охлаждаемого тела с температурой ТХ и отдает теплоту q1 в окружающую среду с температурой ТОС > TХ. Для осуществления передачи теплоты от холодного тела к теплому затрачивается работа lt, которая преобразуясь в теплоту q1=lt+q2, вместе с q2 передается окружающей среде. При заданных температурах охлаждаемого тела и окружающей среды обратный цикл Карно будет самым экономичным. Его холодильный коэффициент определяется только температурами TОС и Tх, и рассчитывается как

(

В тепловом насосе тоже осуществляется обратный цикл Карно, но в этом цикле окружающая среда выступает в роли холодного источника теплоты. При работе теплового насоса даровая теплота внешней среды (т.е. отсутствует сжигание топлива и т.п.) q2 за счет совершения работы lt передается потребителю теплоты с температурой ТТП>ТОС, при этом работа lt преобразуется в теплоту и общее количество теплоты, полученное потребителем, будет представлено величиной q1=lt+q2. Коэффициент преобразования теплоты, характеризующий эффективность цикла Карно теплового насоса, определяется только температурами ТОС и ТТП, и расчитывается как

(

Холодильный коэффициент и коэффициент преобразования теплоты в циклах Карно при заданной температуре окружающей среды ТОС возрастают при увеличении ТХ и уменьшении ТТП.

Обратимые циклы Карно холодильной машины и теплового насоса при постоянных температурах источников теплоты ТОС и TХ или ТОС и ТТП имеют наибольшую экономичность по сравнению с другими циклами, имеющими такие же источники теплоты.

Анализируя обратный цикл Карно, можно привести следующие формулировки второго закона термодинамики:

Передать теплоту от холодного тела к горячему возможно только при затрате работы или другого компенсационного процесса;

Самопроизвольный переход теплоты от холодного тела к горячему невозможен.

Осуществить на практике обратимый цикл Карно невозможно, поскольку в природе не существует обратимых процессов, но он является эталоном экономичности, к которому должны стремиться реальные циклы с изотермическими источниками теплоты. Поскольку большинство реальных циклов имеют источники теплоты с переменной температурой, то для получения эталонного цикла Карно при таких источниках теплоты пользуются понятием среднетермодинамической температуры, используя его можно представить любой процесс подвода и отвода теплоты в виде изотерм

Дата добавления: 2015-05-26