Ogolnotech(dla Bio Ir) WYKLAD XI

OGÓLNOTECHNICZNE
PODSTAWY BIOTECHNOLOGII
Z GRAFIK INŻYNIERSK
Wykład XI
Obiegi termodynamiczne
� Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi termodynamiczne
Definicja i ilustracja
Pojęcie obiegu (cyklu) termodynamicznego jest bardzo ważne dla zrozumienia
istoty działania zarówno silników cieplnych jak i urządzeń chłodniczych.
Obiegiem (cyklem) termodynamicznym nazywamy szereg następujących
po sobie przemian, w wyniku których układ wraca do stanu wyjściowego.
2
3
1
4
5
2
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Ilustracja cyklu
termodynamicznego
3
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi termodynamiczne
Uwagi ogólne
Jeżeli wszystkie przemiany są odwracalne to również obieg nazywamy
odwracalnym. Jeżeli chociaż jedna z przemian cyklu jest nieodwracalna to
cały obieg również jest nieodwracalny.
Czynnikiem podlegającym przemianom może być gaz doskonały lub
substancje rzeczywiste. W praktyce bardzo ważne są obiegi, w których
czynnikiem jest woda i para wodna.
Graficznie obiegi przedstawia się najczęściej w układach p v i T s.
Bardzo ważną cechą obiegów jest kierunek przemian zachodzących
w układzie. W zależności od tego kierunku odróżnia się obiegi prawobieżne,
w których kierunek przemian na wykresach p v i T s jest zgodny z ruchem
wskazówek zegara i obiegi lewobieżne, w których kierunek przemian
jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara.
4
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi prawobieżne - silnikowe
p
T
pg
B
Tg
B
A
C
wo
A
C
qo
D
pd
D
Td
v
s
F
E
F
E
wo=wg+wd=Pole(ABCEFA)-Pole(CDAFEC)=Pole(ABCDA)
qo =qg+qd=Pole(A B C E F A )-Pole(C D A F E C )=Pole(A B C D A )
5
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi prawobieżne silnikowe cd.
p
T
pg
B
Tg
B
A
C
wo
A
C
qo
D
pd
D
Td
v
s
F
E
F
E
Na mocy I zasady termodynamiki możemy napisać dla dowolnego obiegu:
qo uo wo uo uA uA 0
wo qo
6
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi prawobieżne silnikowe
Sprawność obiegu silnikowego
T
Tg
B
A
C
wo=qo
D
Td
s
F
E
Celem obiegu silnikowego jest ciągłe przetwarzanie energii cieplnej (ciepła)
w energię mechaniczną (pracę). Aby ten cel zrealizować konieczne jest
dostarczenie do układu pewnej ilości ciepła qg w temperaturze Tg i odebranie
od układu części tego ciepła qd w temperaturze Td.
Różnica tych wartości zostanie zamieniona na pracę wo. Ciepło qg jest równe
polu pod krzywą Tg czyli polu figury A B C E F A . Ciepło qd ma znak ujemny
(jest odbierane z układu) a jego wartość jest polem pod krzywą Td
czyli polem figury C D A F E C .
7
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi prawobieżne silnikowe
Sprawność obiegu silnikowego cd.
T
Tg
B
A
C
wo=qo
D
Td
s
F
E
sC '
qg Tg (s)ds Pole(A' B'C' E' F' A')
sA'
sC '
qd Td (s)ds Pole(A' D'C' E' F' A')
sA'
8
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi prawobieżne silnikowe
Sprawność obiegu silnikowego cd.
Stosunek otrzymanej w obiegu pracy do ciepła dostarczonego nazywamy
sprawnością obiegu silnikowego.
qg qd
qd
wo
1
qg qg qg
Z I zasady termodynamiki czyli z prawa zachowania energii wynika że:
qd qg
1
9
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obieg silnikowy a II zasada
termodynamiki
Działanie obiegu silnikowego jest ściśle związane z II zasadą termodynamiki.
Jedno z wielu sformułowań tej zasady jest następujące:
Ciągłe przetwarzanie ciepła na pracę jest możliwe tylko za pomocą
obiegu silnikowego, w którym układ pobiera ciepło w temperaturze
wyższej i oddaje ciepło w temperaturze niższej.
W związku z tym w każdym obiegu silnikowym można wyróżnić część otoczenia
z którego będzie pobierane ciepło w temperaturze Tg. Część tą będziemy
nazywać zródłem górnym lub grzejnikiem. W innej części otoczenia
o temperaturze Td będzie się odbywało oddawanie przez układ części ciepła
otoczęniu. Ta część otoczenia jest nazywana zródłem dolnym lub chłodnicą.
10
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Schemat obiegu silnikowego
yródło górne (grzejnik)
Tg
qg
Silnik
wo=qg-|qd|
|qd|
Td
yródło dolne (chłodnica)
11
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obieg Carnota
Wzorcowym obiegiem silnikowym jest obieg rozważany przez francuskiego
uczonego Carnota na początku XIX wieku. Czynnikiem w obiegu Carnota jest
gaz doskonały. Na obieg składają się dwie przemiany izotermiczne i dwie
przemiany adiabatyczne. Na wykresie p v obieg wykres obiegu Carnota
jest dosyć prosty:
Tg=const., pv=const., qg>0
1
p
q=0, s=const., pvł=const.
Td=const., pv=const., qd<0
2
q=0, s=const., pvł=const.
4
3
v
12
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obieg Carnota cd.
Wykres obiegu Carnota jest szczególnie prosty w układzie T - s:
T
1 2
Tg=T1=T2
qg Tg (s2 s1) Tg s
wo=qo=qg-|qd|
qd Td (s4 s3) Td s
Td=T3=T4
3
4
qd
Td s Td
1 1 1
qg Tg s Tg
|qd|
s2=s3 s
s1=s4
Td
1
Tg
13
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Rzeczywiste obiegi silnikowe
Obieg Carnota jest obiegiem idealnym w rzeczywistości trudno realizowalnym.
W szczególności trudne do przeprowadzenia są przemiany izotermiczne.
Rzeczywiste realizacje silników są modelowane za pomocą szeregu różnych
obiegów, z których najważniejsze są obieg Otto i obieg Diesla.
Obieg Otto jest to wzorcowy obieg silnika spalinowego z zapłonem iskrowym
(niskoprężnego) składający się z dwu izochor i dwu adiabat:
p
T
3
3
q=0, pvł=const.
qg
zapłon paliwa
qg,v=const.
2
4
wo=qo
4 2
qo=wo
qd
1
q=0, pvł=const.
qd,v=const.
1
v
v1=v4
v2=v3
s1=s2 s3=s4 s
14
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obieg Diesla
Obieg Diesla jest to wzorcowy obieg silnika spalinowego z zapłonem
samoczynnym (wysokoprężnego) składający się z dwu adiabat, jednej izobary
oraz jednej izochory:
p
T
3
zapłon paliwa
qg
qg,p=const.
2
3
4
wo=qo
4 2
qo=wo
qd
q=0, pvł=const. 1
qd,v=const.
1
v
v1=v4
v2 v3
s1=s2 s3=s4 s
15
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obieg Diesla
Porównajmy obieg Diesla z obiegiem Otto:
p
T
3
zapłon paliwa
qg
qg,p=const.
2
3
4
wo=qo
4 2
2
2
qo=wo
qd
q=0, pvł=const. 1
qd,v=const.
1
v
v1=v4
v2 v3
s1=s2 s3=s4 s
16
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi lewobieżne - chłodnicze
Obiegi, w których kierunek przemian jest przeciwny do ruchu wskazówek
zegara nazywamy lewobieżnymi lub chłodniczymi.
Wykresy takich obiegów są analogiczne jak silnikowych, z tym że kierunki
wszystkich przemian są odwrotne a znaki ciepła i pracy przeciwne.
p
T
B
B
pg
Tg
A
C
-wo
A
C
-qo
D
pd
Td D
v
s
F
E
F
E
-wo=-wg-wd=Pole(ABCEFA)-Pole(CDAFEC)=Pole(ABCDA)
-qo =-qg-qd=Pole(A B C E F A )-Pole(C D A F E C )=Pole(A B C D A )
17
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi lewobieżne chłodnicze cd.
T
qg<0
Tg
-wo=-qo
Td
qd>0
s
W wyniku działania obiegu chłodniczego następuje transport ciepła ze
zródła dolnego do zródła górnego. Aby ten transport był możliwy na układzie
należy wykonać pracę wo, której wartość bezwzględna jest określona polem
figury opisującej obieg. Schematycznie obieg chłodniczy można zilustrować
podobnie jak obieg silnikowy:
18
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Schemat obiegu chłodniczego
yródło górne (chłodnica)
Tg
-qg
Lodówka
-wo=-qg-qd
qd
Td
yródło dolne (zamrażalnik)
19
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Obiegi chłodnicze - realizacje
Obiegi lewobieżne mogą mieć dwa cele praktyczne:
1. Cel pierwszy to odebranie pewnej ilości ciepła ze zródła dolnego.
Urządzenie realizujące taki cel nazywamy chłodziarką lub lodówką.
Sprawność takiego urządzenia jest określona wzorem:
qd
Sprawność chłodziarki może mniejsza
lub większa od jedności.
wo
2. Cel drugi obiegu lewobieżnego to dostarczenie ciepła do zródła górnego
czyli jego ogrzanie. Urządzenie o taki celu nazywamy pompą cieplną.
Sprawność pompy cieplnej określamy wzorem:
qg
Można zauważyć, że sprawność pompy
cieplnej jest zawsze liczbą większą od 1.
p
wo
20
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011
Na tym kończymy wykłady
z Ogólnotechnicznych podstaw biotechnologii
z grafiką inżynierską
Dziękuję bardzo Państwu za uwagę
i życzę powodzenia w zaliczeniu,
które odbędzie się w sali 310 A-2:
14.01.2011 termin podstawowy
-godz. 11.15 parzyste numery albumu
- godz. 12.15 nieparzyste numery albumu
21.01.2011 godz. 11.30 termin poprawkowy
21
� Prof. Antoni Kozioł Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 2010/2011

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ogolnotech(dla Bio Ir) WYKLAD X
Ogolnotech dla Bio Ir WYKLAD IX
Ogolnotech dla Bio IV WYKLAD VII
Ogolnotech(dla Bio I) WYKLAD IX
Ogolnotech dla Bio WYKLAD VI
Ogolnotech(dla Bio I) W III
Ogolnotech(dla Bio I) W X
Ogolnotech(dla Bio I) W VI
Ogolnotech(dla Bio I) W XII
Ogolnotech(dla Bio I) W V
Wyklad XI Teorie struktury kapitalu
ZW Pol pien PP 2011 2012 odcinek 1 dla studentów slides z wykładów w dniach 02 16 10 2011
wykład XI

więcej podobnych podstron