Термічний ККД і холодильний коефіцієнт циклів

Дослідження будь-якого прямого циклу показує, що для отримання позитивної роботи необхідно до робочого тіла на деякій ділянці циклу підвести теплоту q₁ від зовнішнього джерела і відвести на іншій ділянці циклу теплоту q₂ зовнішньому джерелу теплоти. При цьому на шляху AEB робоче тіло зробить роботу розширення lроз= пл.АЕВСD, а на шляху ВКА — роботу стиснення lст=АКВСD. В результаті здійснення прямого циклу на зовні буде віддана позитивна робота,яка дорівнює різниці між роботою розширення і стиснення. Ця робота l_кор = l_роз – l_ст

Співвідношення між кількістю теплоти q₁ і q₂ і корисною роботою lкор визначається1-м законом ТТД: Q=Q₁ – Q₂ = U₂ – U₁ + L_ц, (5.1)

Оскільки в циклі кінцевий стан тіла співпадає з початковим, то зміна внутрішньої енергії робочого тіла не відбувається (зважаючи на здійснення кругового процесу і того, що внутрішня енергія є функцією стану) і дорівнює 0, тому (U₂ = U₁; U₂ - U₁ = 0)

q₁ - q₂ = l_ц, ( 5.2)

Чим більше підведена теплота q₁, і ніж менше відведена q₂, тим більше кількість теплоти перетворюється в циклі в роботу, а отже, тим вище ефективність циклу.

Ступінь досконалості перетворення теплоти в механічну роботу в ТД циклі оцінюється термічним коефіцієнтом корисної дії. Термічним ККД ТД циклу називається відношення роботи, здійсненої в прямому оборотному термодинамічному циклі, до теплоти, повідомленої робочому тілу від зовнішніх джерел:

, (5.3)

Термічний ККД циклу показує, яку кількість одержаної теплоти машина перетворює на роботу в конкретних умовах протікання ідеального циклу. Чим більше, тим досконаліше цикл і теплова машина. Значення термічного ККД завжди менше 1. Якби =1, то або q₁ = ∞, або q₂=0, що на практиці нездійсненно, оскільки q₁ =

суперечить здоровому глузду, а q₂ = 0 – суперечить II-му закону ТТД.

Розглянемо тепер зворотній цикл, який проходить в напрямі проти годинникової стрілки і зображується в p₁ v, - діаграмі (мал. 5.1) пл.АЕВК. Розширення робочого тіла в цьому циклі здійснюється при нижчій температурі, ніж стиснення і робота розширення пл. AKBM виходить менше роботи стиснення пл. AEBMN.

У зворотньому циклі від холодного джерела з температурою Т_2, підводиться до робочого тіла теплота q₂ і витрачається робота lц,що переходить в рівну кількість теплоти, які разом передаються гарячому джерелу з температурою Т₁: , (5.4)

Таким чином, при витраті ззовні роботи, теплота перетікатиме від холодного джерела до гарячого.

Ступінь досконалості зворотнього циклу визначається холодильним коефіцієнтом . Холодильний коефіцієнт циклу є відношенням кількості теплоти q₂, відведеній в зворотному термодинамічному циклі від охолоджуваної системи до роботи lц, витраченій в цьому циклі:

, (5.5)

Холодильний коефіцієнт показує, що перехід теплоти з вищого на нижчий рівень не є процесом мимовільним і може бути здійснений лише за наявності компенсуючого процесу — перетворення певної кількості роботи в теплоту,яка передається потім гарячому теплоприймачу разом з теплотою, яку забираютьу холодного джерела теплоти.

На відміну від циклу теплового двигуна, холодильний коефіцієнт може бути і менше і більше і рівний 1.