Энтропия

Отношение количества подведенной (или отведенной) на данном участке теплоты к температуре рабочего тела называется приведенной теплотой. Приведенная теплота считается положительной при теплоподводе и отрицательной – при теплоотводе. В курсе термодинамики доказывается, что для любого цикла сумма приведенных количеств теплоты оказывается равна 0. Это обстоятельство дает основание считать мерой изменения некоторой функции состояния и называется энтропией S:

Понятие энтропии позволяет ввести чрезвычайно удобную для анализа тепловых двигателей диаграмму состояния (рис. 8), в которой по абсциссе откладывают энтропию, а по ординате – абсолютную температуру.

 

Рис. 8. График изменения энтропии и температуры рабочего тела

Энтропия зависит только от двух параметров состояния газа (T и V) и не зависит от пути перехода газа из одного состояния в другое.

Энтропию, отнесенную к 1 кг газа, называют удельной энтропией газа, обозначается через S и выражается в Дж/⁰К.

Каждому состоянию газа соответствуют свои параметры T, V, P (рис. 9-11).

 

Рис. 9. Диаграммы циклов в координатах P-V и T-S

1-2 – сжатие воздуха от Р₁ до Р₂ – адиабата;

2-3 – подвод тепла q₁ при постоянном давлении (изобара);

3-4 – расширение рабочего тела (воздух + продукты сгорания)

в газовой турбине и реактивном сопле (адиабата):

от точки 3 до точки b – отдача работы в турбине,

от точки b до точки 4 – ускорение потока в сопле;

4-1 – изобара при давлении, равном атмосферному

 

Степень регенерации σ – отношение тепла полученного рабочим телом в регенераторе к теплу необходимому для его нагрева до температуры отработанных газов.

Точки T₁ = 15 ⁰С; T₂ = 198 ⁰С; T₃= 414 ⁰С; T₄= 780 ⁰С; T₅= 507 ⁰С.

.

Рис. 10. Диаграмма с регенерацией тепла в координатах P-V (P=const)

1-2 – сжатие воздуха в компрессоре (изотермический или адиабатический);

2-3 – изобарный подогрев воздуха в регенераторе;

3-4 – изобарный процесс подвода тепла в КС;

4-5 – расширение газа (адиабата) в турбине;

5-6 – изобарное охлаждение выхлопных газов;

6-1 – замыкающий цикл условного изобарного процесса

 

Рис. 11. Тепловая схема ГТК-10-4 в координатах T-S

 

Вопросы для самопроверки

1. Каковы «начала» термодинамики?

2. Что является параметрами состояния для газа?

3. Какие виды термодинамических процессов бывают?

4. Что такое энтальпия?

5. Что такое энтропия?