Термодинамикалық циклдар: байланысқан процестер мен қолданыстары
Thermodynamic cycle
Термодинамикалық циклдар: жылу мен жұмыс алмасу арқылы жүзеге асып, жүйені бастапқы күйіне қайтарады. Жылу қозғалтқыштары мен жылу сорғыштарын түсіндіреді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Термодинамикалық процестердің байланысты циклдық тізбегі
Linked cyclic series of thermodynamic processes
Термодинамикалық цикл – жүйеге және одан жылу мен жұмысты беруге байланысты, жүйедегі қысымды, температураны және басқа да күй айнымалыларын өзгерте отырып, жүйені бастапқы күйіне қайтаратын термодинамикалық процестердің байланысты тізбегі. Цикл бойы өтетін процесте жұмыс сұйықтығы (жүйе) жылу көзінен алған жылуды пайдалы жұмысқа айналдырып, қалған жылуды салқындатқышқа шығару арқылы жылу машинасы ретінде жұмыс істей алады. Керісінше, цикл кері жүріп, жұмыс арқылы салқындатқыштан жылуды алып, оны жылу көзіне беру арқылы жылу сорғысы ретінде жұмыс істей алады. Егер жүйе циклдің кез келген нүктесінде термодинамикалық тепе-теңдікте болса, онда цикл қайтымды болады. Қайтымды немесе қайтымсыз орындалған жағдайда, жүйенің жалпы энтропиясы нөлге тең болады, себебі энтропия – күй функциясы. Жабық цикл кезінде жүйе бастапқы температурасы мен қысымына оралады. Жылу және жұмыс сияқты процесс шамалары (немесе жол шамалары) процессқа тәуелді болады. Жүйе бастапқы күйіне оралған цикл үшін термодинамиканың бірінші заңы қолданылады:
A thermodynamic cycle consists of linked sequences of thermodynamic processes that involve transfer of heat and work into and out of the system, while varying pressure, temperature, and other state variables within the system, and that eventually returns the system to its initial state. In the process of passing through a cycle, the working fluid (system) may convert heat from a warm source into useful work, and dispose of the remaining heat to a cold sink, thereby acting as a heat engine. Conversely, the cycle may be reversed and use work to move heat from a cold source and transfer it to a warm sink thereby acting as a heat pump. If at every point in the cycle the system is in thermodynamic equilibrium, the cycle is reversible. Whether carried out reversible or irreversibly, the net entropy change of the system is zero, as entropy is a state function. During a closed cycle, the system returns to its original thermodynamic state of temperature and pressure. Process quantities (or path quantities), such as heat and work are process dependent. For a cycle for which the system returns to its initial state the first law of thermodynamics applies:
Жоғарыда көрсетілгендей, цикл бойы жүйенің ішкі энергиясы өзгермейді. цикл кезіндегі жалпы жұмыс және жылу кірісін, ал цикл кезіндегі жалпы жұмыс және жылу шығысын көрсетеді. Процесс жолының қайталанатын сипаты үздіксіз жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл циклды термодинамикадағы маңызды ұғымға айналдырады. Термодинамикалық циклдар көбінесе нақты құрылғының жұмысын модельдеуде квазистатикалық процестер ретінде математикалық түрде бейнеленеді.
The above states that there is no change of the internal energy of the system over the cycle. represents the total work and heat input during the cycle and would be the total work and heat output during the cycle. The repeating nature of the process path allows for continuous operation, making the cycle an important concept in thermodynamics. Thermodynamic cycles are often represented mathematically as quasistatic processes in the modeling of the workings of an actual device.
Жылу және жұмыс
Термодинамикалық циклдердің екі негізгі түрі – қуат циклдары және жылу сорғы циклдары. Қуат циклдары жылу энергиясының бір бөлігін механикалық жұмысқа түрлендіретін циклдар, ал жылу сорғы циклдары механикалық жұмысты қолдана отырып, төмен температурадан жоғары температураға жылуды тасымалдайды. Толығымен квазистатикалық процестерден құралған циклдар процестің бағытын реттеу арқылы қуат немесе жылу сорғы циклдары ретінде жұмыс істей алады. Қысым-көлем (PV) диаграммасында немесе температура-энтропия диаграммасында сағат тілімен және сағат тіліне қарсы бағыттар тиісінше қуат және жылу сорғы циклдарын көрсетеді.
Two primary classes of thermodynamic cycles are power cycles and heat pump cycles. Power cycles are cycles which convert some heat input into a mechanical work output, while heat pump cycles transfer heat from low to high temperatures by using mechanical work as the input. Cycles composed entirely of quasistatic processes can operate as power or heat pump cycles by controlling the process direction. On a pressure–volume (PV) diagram or temperature–entropy diagram, the clockwise and counterclockwise directions indicate power and heat pump cycles, respectively.
Жылу сорғысының циклдері
Термодинамикалық жылу сорғысы циклдары тұрмыстық жылу сорғылары мен тоңазытқыштардың моделі болып табылады. Екеуінің арасындағы айырмашылық тоңазытқыштың мақсаты өте шағын кеңістікті салқындату болса, тұрмыстық жылу сорғысы үйді жылытуға немесе салқындатуға арналған. Екеуі де жылуды салқын жерден ыстық жерге жылжыту арқылы жұмыс істейді. Ең көп қолданылатын тоңазыту циклы – буды сығу циклы, ол фазалық өзгерістерге ұшырайтын тоңазытқыштарды қолданатын жүйелерді модельдейді. Абсорбциялық тоңазыту циклы – тоңазытқыш затты сұйық ерітіндіде буландырудың орнына сіңіретін балама нұсқа. Газды тоңазыту циклдарына кері Брейтон циклы және Хэмпсон-Линде циклы жатады. Көп сатылы сығу және кеңею циклдары газды тоңазыту жүйелеріне газдарды сұйыландыруға мүмкіндік береді.
Thermodynamic heat pump cycles are the models for household heat pumps and refrigerators. There is no difference between the two except the purpose of the refrigerator is to cool a very small space while the household heat pump is intended to warm or cool a house. Both work by moving heat from a cold space to a warm space. The most common refrigeration cycle is the vapor compression cycle, which models systems using refrigerants that change phase. The absorption refrigeration cycle is an alternative that absorbs the refrigerant in a liquid solution rather than evaporating it. Gas refrigeration cycles include the reversed Brayton cycle and the Hampson–Linde cycle. Multiple compression and expansion cycles allow gas refrigeration systems to liquify gases.