Обратный цикл Карно

Если рабочее тело проходит цикл Карно в обратной последовательности прямому циклу, то такой цикл называется обратным циклом Карно.

Рабочее тело из начального состояния 1 адиабатно расширяется до состояния 4, далее рабочее тело изотермно расширяется до состояния 3, и ему при этом от нижнего источника (холодильника) сообщается теплота q2. От состояния 3 под действием внешних сил (например, компрессора) рабочее тело сначала адиабатно сжимается до состояния 2, а затем изотермно сжимается до состояния 1, и при этом от него отводится теплота к верхнему (горячему) источнику (рис. 4.4).

Диаграммы pv и TS обратного цикла Карно

Рис. 4.4. Диаграммы pv и TS обратного цикла Карно

В этом случае работа цикла, складывающаяся из суммарной отрицательной работы сжатия (большей по абсолютной величине) и из суммарной положительной (меньшей по абсолютной величине) работы расширения, отрицательна. Это означает, что работа совершается внешними силами и преобразуется в теплоту, сначала воспринимаемую рабочим телом, а затем передаваемой им верхнему источнику. Таким образом, в отличие от прямого цикла Карно обратный цикл совершается за счет внешней работы. Из проведенного анализа вытекает следующее:

1) для обратного цикла Карно характерно то, что рабочему телу сообщается теплоты меньше, чем от него отводится;

  • 2) работа, совершаемая внешней средой, преобразуется в теплоту, воспринимаемую рабочим телом;
  • 3) теплота, отбираемая от холодного источника, вместе с теплотой, полученной в результате преобразования внешней работы сжатия, передается горячему источнику.

Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных установок. Основным назначением цикла является получение возможно большего холодильного эффекта, т. е. максимального количества теплоты, отведенного от охлаждаемой среды, при минимальной затрате работы. Для оценки холодильного эффекта служит отношение

называемое холодильным коэффициентом. Чем больше этот коэффициент, тем выше экономичность цикла.

Холодильные установки характеризуются холодопроизводитель- ностью, т. е. количеством теплоты, отбираемой от охлаждаемого тела за время в 1 с (Вт). Схема воздушной холодильной установки изображена на рис. 4.5.

Схема воздушной холодильной установки

Рис. 4.5. Схема воздушной холодильной установки:

  • 1 — детандер; 2 — охладитель; 3 — турбокомпрессор;
  • 4 — охлаждаемый объем

Расширение воздуха осуществляется по адиабатному процессу (детандер хорошо теплоизолирован для исключения потери теплоты в окружающую среду). Воздух, охлаждаемый при расширении от температуры Тг до температуры Т2, поступает в охлаждаемый объем (4), где он отбирает температуру от охлаждаемого тела, при этом давление воздуха р2 остается постоянным. Отвод теплоты от охлаждаемого тела происходит потому, что температура последнего выше температуры воздуха, и заканчивается выравниванием этих температур, однако на практике воздух покидает объем (4) при более низкой температуре Т3, чем температура охлажденного тела.

Далее воздух поступает в турбокомпрессор (3), где его давление повышается от р2 до рг. При сжатии воздуха его температура повышается от Т3 до Т4. Из турбокомпрессора сжатый и нагретый воздух поступает в охладитель (2) поверхностного типа, где охлаждается, отдавая свою теплоту воде, проходящей через охладитель. Процесс охлаждения воздуха происходит при постоянном давлении р±. Далее цикл повторяется.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >