Tepelné stroje

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. června 2019; kontroly vyžadují 10 úprav .

Tepelné motory se v termodynamice nazývají periodicky pracující tepelné motory a tepelná čerpadla (termokompresory). Chladiče jsou typem tepelného čerpadla . [jeden]

Volba principu činnosti tepelného stroje vychází z požadavku kontinuity pracovního procesu a jeho časové neomezenosti. Tento požadavek je neslučitelný s jednostranně řízenou změnou stavu termodynamického systému, ve kterém se jeho parametry mění monotónně. Jedinou proveditelnou formou systémové změny, která splňuje tento požadavek, je kruhový proces nebo kruhový cyklus, který se periodicky opakuje. Pro provoz tepelného motoru jsou nutné tyto komponenty: zdroj tepla s vyšší teplotní hladinou , zdroj tepla s nižší teplotní hladinou a pracovní kapalina.

Tepelné motory přeměňují teplo na práci. U tepelných motorů se zdroj s vyšší teplotní hladinou nazývá ohřívač a zdroj s nižší teplotní hladinou se nazývá chladnička. Potřeba ohřívače a pracovní tekutiny je obvykle nepochybná, ale pokud jde o ledničku, jako konstrukční součást tepelného motoru může chybět. Jeho funkci v tomto případě plní prostředí, například ve vozidlech. U tepelných motorů se používá přímý cyklus A , jehož schéma je na obr. 1. Množství tepla je dodáváno ze zdroje o nejvyšší teplotě - ohřívače a je částečně odváděno do zdroje s nejnižší teplotou - lednice .

Práce, kterou vykoná tepelný motor, se podle prvního zákona termodynamiky rovná rozdílu mezi množstvím dodaného a odvedeného tepla :

A = Q jeden − Q 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

Koeficient výkonu (COP) tepelného motoru je poměr vykonané práce k množství tepla dodaného zvenčí: [2]

η = A Q jeden = jeden − Q 2 Q jeden {\displaystyle \eta ={\dfrac {A}{Q_{1}}}=1-{\dfrac {Q_{2}}{Q_{1}}}}

Chladiče a tepelná čerpadla využívají reverzní cyklus - B . V tomto cyklu se teplo přenáší ze zdroje s nejnižší teplotou do zdroje s nejvyšší teplotou (obr. 1). K implementaci tohoto procesu je vynaložena vstupní externí práce :

A = Q jeden − Q 2 {\displaystyle A=Q_{1}-Q_{2}}

Účinnost chladicích strojů je dána hodnotou součinitele chlazení, která se rovná poměru množství tepla odebraného z chlazeného tělesa k vynaložené mechanické práci  :


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


Lednici lze využít nejen pro chlazení různých těles, ale také pro vytápění prostor. Dokonce i běžná domácí chladnička, zatímco chladí produkty v ní umístěné, současně ohřívá vzduch v místnosti. Principem činnosti moderních tepelných čerpadel je využití obráceného cyklu tepelného motoru k čerpání tepla z okolí do vytápěné místnosti. Hlavní rozdíl mezi tepelným čerpadlem a chladicím strojem je v tom, že množství tepla je přiváděno do vyhřívaného tělesa např. do vzduchu vytápěné místnosti a množství tepla je odebíráno z méně vytápěného prostředí.


Účinnost tepelného čerpadla je charakterizována konverzním (transformačním) koeficientem nebo, jak se často nazývá, topným koeficientem , který je definován jako poměr množství tepla přijatého ohřívaným tělesem k mechanické práci vynaložené na tento účel. nebo práce elektrického proudu :

ϵ Ó = Q jeden A {\displaystyle \epsilon _{o}={\dfrac {Q_{1}}{A}}}

Vzhledem k tomu stanovíme vztah mezi koeficienty vytápění a chlazení zařízení:

ϵ Ó = ϵ X + jeden {\displaystyle \epsilon _{o}=\epsilon _{x}+1}

Vzhledem k tomu, že množství tepla odebraného z prostředí je vždy jiné než nula, bude účinnost tepelného čerpadla v souladu s jeho definicí větší než jedna. Tento výsledek není v rozporu s druhým termodynamickým zákonem, který zakazuje úplnou přeměnu tepla na práci, nikoli však obrácený proces úplné přeměny tepla na práci. Výhodou tepelného čerpadla oproti elektrickému ohřívači je, že k vytápění se nevyužívá pouze elektřina přeměněná na teplo, ale také teplo odebrané z okolí. Z tohoto důvodu může být účinnost tepelných čerpadel mnohem vyšší než u běžných elektrických ohřívačů. [3]

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Belokon N.I., 1954 , str. 117.
  2. ↑ Savelyev I.V., 1989 , s. 300.
  3. ↑ Kirillin V.A., 1983 , s. 366.

Literatura