Кіріспе

Жылу қозғалтқышындағы қысымды газ немесе сұйықтық. Сұйықтық қуаты үшін жұмыс сұйықтығы – күш, қозғалыс немесе механикалық энергияны негізінен жеткізетін газ немесе сұйықтық. Гидравликада су немесе гидравликалық сұйықтық гидравликалық құраушылар арасында күшті жеткізеді, мысалы, гидравликалық сорғылар, гидравликалық цилиндрлер және гидравликалық машиналарға, гидравликалық жетек жүйелеріне және т.б. құрастырылған гидравликалық қозғалтқыштар. Пневматикада жұмыс сұйықтығы – ауа немесе басқа газ, ол компрессорлар, вакуумдық сорғылар, пневматикалық цилиндрлер және пневматикалық қозғалтқыштар сияқты пневматикалық құраушылар арасында күшті жеткізеді. Пневматикалық жүйелерде жұмыс газы энергияны сақтайды, себебі ол сығымдалады. (Газдар да сығылғанда қызып, кеңейгенде салқындайды; бұл кездейсоқ жылу сорғысы көбінесе қолданылмайды.) (Кейбір газдар сығылғанда сұйықтыққа айналады және қысым төмендегенде қайнайды.) Пассивті жылу беру үшін жұмыс сұйықтығы – газ немесе сұйықтық, әдетте салқындатқыш немесе жылу беру сұйықтығы деп аталады, ол жылуды қызығушылық тудыратын аймаққа немесе одан өткізгіштік, конвекция және/немесе мәжбүрлі конвекция (сұйықтықты сору арқылы салқындату, ауамен салқындату және т.б.) арқылы жеткізеді. Жылу қозғалтқышының немесе жылу сорғысының жұмыс сұйықтығы – газ немесе сұйықтық, әдетте салқындатқыш, салқындатқыш немесе жұмыс газы деп аталады, ол негізінен жылу энергиясын (температураның өзгеруі) механикалық энергияға (немесе керісінше) фазалық өзгеріс және/немесе сығылу мен кеңеюдің жылуы арқылы түрлендіреді. Фазалық өзгерісті пайдалану мысалдары: булы қозғалтқыштардағы су-бу және буды қысылған тоңазыту және кондиционерлік жүйелердегі тоңазытқыш заттар. Фазалық өзгеріссіз мысалдарға Стирлинг қозғалтқышы сияқты ыстық ауалы қозғалтқыштардағы ауа немесе сутегі, газ циклдық жылу сорғыларындағы ауа немесе газдар және т.б. жатады. (Кейбір жылу сорғылары мен жылу қозғалтқыштары эластокалориялық тоңазыту немесе термоэластикалық салқындату үшін резеңке ленталар сияқты «жұмыс істейтін қатты денелерді» және жылу қозғалтқышының прототипінде никель-титанды пайдаланады.) Ауа мен судан басқа жұмыс сұйықтықтары цикл бойынша міндетті түрде қайта айналымға түседі. Кейбір гидравликалық және пассивті жылу беру жүйелері сумен жабдықтауға және/немесе атмосфераға, кейде тыныс алу сүзгілері арқылы ашық болады. Жылу қозғалтқыштары, жылу сорғылары және ұшпа сұйықтықтар немесе арнайы газдарды пайдаланатын жүйелер әдетте қауіпсіздік клапандары артында жабылады.

Қасиеттері мен жай-күйі

Жұмыс сұйықтығының қасиеттері термодинамикалық жүйелерді толық сипаттау үшін маңызды. Жұмыс сұйықтықтарының көптеген физикалық қасиеттері болғанымен, инженерлік жобалау және талдау кезінде жиі қажет болатын термодинамикалық қасиеттер шамалы. Қысым, температура, энтальпия, энтропия, меншікті көлем және ішкі энергия ең көп қолданылатындары. Егер кем дегенде екі термодинамикалық қасиет белгілі болса, жұмыс сұйықтығының күйін анықтауға болады. Бұл әдетте бір қасиеттің екінші қасиетке қарсы қойылған графигі болып табылатын қасиеттер диаграммасында жасалады. Жұмыс сұйықтығы турбиналар және компрессорлар сияқты инженерлік құрылымдардан өтетін кезде, кейбір қасиеттердің өзгеруіне байланысты диаграммадағы нүкте жылжиды. Теориялық тұрғыдан алғанда, сұйықтықтың термодинамикалық қасиеттерін толық сипаттайтын сызық немесе қисық сызуға болады. Бірақ, бұл тек процесс қайтымды болған жағдайда ғана мүмкін. Әйтпесе, қасиеттердегі өзгерістер диаграммада үзіліспен көрсетіледі. Бұл мәселе термодинамикалық талдауға көп әсер етпейді, себебі көп жағдайда процесс аяқталу күйі анықталады.

Таңдау

Қолданылуына қарай әртүрлі жұмыс сұйықтықтары қолданылады. Термодинамикалық циклда жұмыс сұйықтығы газдан сұйыққа немесе керісінше күйін өзгерте алады. Гелий сияқты кейбір газдарды идеал газ деп қарастыруға болады. Бірақ бұл әдетте қыздырылған буға қатысты емес, және идеал газ теңдеуі мұнда толық қолданылмайды. Дегенмен, өте жоғары температурада ол салыстырмалы түрде дәл нәтижелер береді. Термодинамикалық жүйелерді жобалау кезінде жұмыс сұйықтығының физикалық және химиялық қасиеттері маңызды рөл атқарады. Мысалы, тоңазытқыш құрылғысында жұмыс сұйықтығы салқындатқыш деп аталады. Аммиак – бұл кең таралған салқындатқыш және негізгі жұмыс сұйықтығы ретінде қолданылуы мүмкін. Сумен (салақындатқыш ретінде де қолданыла береді) салыстырғанда, аммиак салыстырмалы түрде жоғары қысымды пайдаланады, сондықтан берік және қымбат жабдықтар қажет болады. Газ турбинасы циклдарындағы жұмыс сұйықтығы – ауа. Ашық циклдегі газ турбинасында ауа компрессорға енгізіледі, онда оның қысымы артады. Компрессор осылайша жұмыс сұйықтығына жұмыс түсіреді (оң жұмыс). Содан кейін сұйықтық жану камерасына беріледі, онда отынның жағуы арқылы жылу энергиясы қосылады. Одан кейін ауа турбинада кеңейеді, соның салдарынан қоршаған ортаға қарсы жұмыс жасайды (теріс жұмыс). Әр түрлі жұмыс сұйықтықтарының әр түрлі қасиеттері болады, ал біреуін таңдағанда жобалаушы басты талаптарды анықтауы тиіс. Тоңазытқыш құрылғыларында үлкен тоңазыту сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін жоғары жасырын жылу қажет.