Termiske maskiner

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. juni 2019; checks kræver 10 redigeringer .

Varmemotorer i termodynamik kaldes periodisk fungerende varmemotorer og varmepumper (termokompressorer). Chillers er en type varmepumpe . [en]

Valget af driftsprincippet for en varmemotor er baseret på kravet om kontinuitet i arbejdsprocessen og dens ubegrænsede tid. Dette krav er uforeneligt med en ensidigt rettet ændring i tilstanden af ​​et termodynamisk system, hvor dets parametre ændres monotont. Den eneste praktiske form for systemændring, der opfylder dette krav, er en cirkulær proces eller en cirkulær cyklus, der periodisk gentages. Til drift af en varmemotor er følgende komponenter nødvendige: en varmekilde med et højere temperaturniveau , en varmekilde med et lavere temperaturniveau og en arbejdsvæske.

Varmemotorer omdanner varme til arbejde. I varmemotorer kaldes en kilde med et højere temperaturniveau et varmelegeme, og en kilde med et lavere temperaturniveau kaldes et køleskab. Behovet for et varmelegeme og en arbejdsvæske er normalt uden tvivl, men hvad angår køleskabet, kan det som en strukturel del af en varmemotor være fraværende. I dette tilfælde udføres dens funktion af miljøet, for eksempel i køretøjer. I varmemotorer bruges en direkte cyklus A , hvis skema er vist i fig. Mængden af ​​varme tilføres fra kilden til den højeste temperatur - varmelegemet og afledes delvist til kilden med den laveste temperatur - køleskabet .

Arbejdet udført af en varmemotor, ifølge termodynamikkens første lov, er lig med forskellen mellem mængden af ​​varme, der tilføres og fjernes :

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

Ydelseskoefficienten (COP) for en varmemotor er forholdet mellem det udførte arbejde og mængden af ​​varme, der leveres udefra: [2]

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

Kølere og varmepumper bruger den omvendte cyklus - B . I denne cyklus overføres varme fra kilden med den laveste temperatur til kilden med den højeste temperatur (fig. 1). For at implementere denne proces bruges det eksterne input :

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

Effektiviteten af ​​kølemaskiner bestemmes af værdien af ​​kølekoefficienten, svarende til forholdet mellem mængden af ​​varme, der tages fra det afkølede legeme og det forbrugte mekaniske arbejde  :


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


Køleskabet kan ikke kun bruges til afkøling af forskellige kroppe, men også til rumopvarmning. Faktisk opvarmer selv et almindeligt husholdningskøleskab, mens de afkøler produkterne, der er placeret i det, samtidig luften i rummet. Driftsprincippet bag moderne varmepumper er at bruge en varmemotors omvendte cyklus til at pumpe varme fra omgivelserne ind i et opvarmet rum. Den væsentligste forskel på en varmepumpe og en kølemaskine er, at mængden af ​​varme tilføres det opvarmede legeme, for eksempel til luften i et opvarmet rum, og varmemængden tages væk fra et mindre opvarmet miljø.


Effektiviteten af ​​en varmepumpe er kendetegnet ved omdannelseskoefficienten eller, som det ofte kaldes, varmekoefficienten , der defineres som forholdet mellem mængden af ​​varme modtaget af det opvarmede legeme og det mekaniske arbejde, der er brugt til dette eller arbejdet med elektrisk strøm :

ϵ o = Q en EN {\displaystyle \epsilon _{o}={\dfrac {Q_{1}}{A}}}

I betragtning af det etablerer vi en sammenhæng mellem installationens varme- og afkølingskoefficienter:

ϵ o = ϵ x + en {\displaystyle \epsilon _{o}=\epsilon _{x}+1}

Da mængden af ​​varme, der fjernes fra omgivelserne, altid er forskellig fra nul, vil varmepumpens virkningsgrad i henhold til dens definition være større end én. Dette resultat er ikke i modstrid med termodynamikkens anden lov, som forbyder fuldstændig omdannelse af varme til arbejde, men ikke den omvendte proces med fuldstændig omdannelse af varme til arbejde. Fordelen ved en varmepumpe i forhold til en elvarmer er, at ikke kun den strøm, der omdannes til varme, bruges til rumopvarmning, men også den varme, der tages fra miljøet. Af denne grund kan effektiviteten af ​​varmepumper være meget højere end konventionelle elvarmere. [3]

Se også

Noter

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

Litteratur