Жылу жұмысын түрлендіру. Қозғалтқыш отындарының сипаттамалары

Жабық циклді газ турбиналық қондырғысында жүзеге асырылған жылу қозғалтқышындағы жылуды айналдырудың белгілі әдісі (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейнлдин А.Е. Техникалық термодинамика. ЖОО-ға арналған оқулық. Ред. 2-ші М., «Энергия», 1974. S. 299-300). Бұл қондырғыда жұмыс сұйықтығы тұйық циклде айналады, ал жұмыс сұйықтығын құрайтын зат өзгеріссіз қалады. Әдетте, газ турбиналық қондырғының жұмыс сұйықтығы ретінде қолданылады. Газтурбиналық қондырғының компрессорында жұмыс сұйықтығы сығылады, оның қысымы артады. Әрі қарай, ол регенераторға жіберіледі, ол жерде турбинадан шыққан газдың қызуымен қызады. Содан кейін регенераторда қыздырылған жұмыс сұйықтығы қыздырғышқа түседі, онда ол жоғары температурасы бар ыстық көзден жылу алады. Бұл жағдайда жұмыс сұйықтығының температурасы көтеріледі. Қыздырғышта қыздырылған жұмыс сұйықтығы турбинаның ішіне еніп, ол кеңейіп, жұмысты орындайды. Кеңейту процесінде жұмыс сұйықтығының қысымы мен температурасы төмендейді. Турбинадағы пайдаланылған газдар регенераторға жіберіледі, сонда олар компрессордан келетін сығылған газға жылу береді. Регенератордан жұмыс сұйықтығы салқындатқышқа түседі, онда ол температурасы төмен суық көзге жылу береді. Бұл кезде жұмыс сұйықтығының температурасы төмендей береді. Әрі қарай, бұл процестер қайталанады. Жылу қозғалтқышындағы жылуды жұмыс қозғалтқышына айналдыру әдісі, оның ішінде қайтымды химиялық реакция жүретін заттардың қоспасы түрінде жылу қозғалтқышының жұмыс сұйықтығын жүзеге асыру, жұмыс сұйықтығын термодинамикалық циклде пайдалану, ол жоғары температурада ыстық жылу көзінен жылу алады және жылу береді жұмыс сұйықтығының қысымы мезгіл-мезгіл өзгеріп отыратын төмен температуралы суық жылу көзі, жұмыс сұйықтығы мен ыстық және суық жылу көздері арасында тұрақты жылу алмасу қолданылатындығымен сипатталады, ыстық және суық жылу көздері арасындағы температуралық айырмашылықты қолдана отырып, жұмыс сұйықтығының көлемінде температура градиенті құрылады, және жұмыс оның көлемінде мерзімді химиялық реакцияның пайда болуына байланысты жұмыс сұйықтығының қысымының мерзімді өзгеруі процесінде алынады.

Жұмыс сұйықтығы мен жылу көздері арасындағы тұрақты жылу алмасуды қолдану жылу қозғалтқышының дизайнын жеңілдетуге мүмкіндік береді, өйткені бұл регенератор мен орын ауыстыру поршенін қажет етпейді. Жұмыс сұйықтығының көлемінде температура градиентін құру қозғалтқыштағы жұмыс сұйықтығы мен жылу көздері арасындағы жылу алмасудың қайтымсыз процестеріне байланысты энергия шығынын азайтады, өйткені жылу алмасу температураның төмен температурасында болады. Оның көлеміндегі периодты химиялық реакция ағынына байланысты жұмыс сұйықтығының қысымының периодты өзгеру процесінде жұмысқа орналасу, қозғалтқыштағы гидравликалық шығындардың аз болуына және жылу қозғалтқышының жоғары айналымдармен жұмыс жасауына байланысты жылуды жұмысқа тиімді айналдыруға әкеледі.

Жылу, өздеріңіз білетіндей, температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге, мысалы, олардың жанасуы кезінде берілетін энергия. Мұндай энергияның берілуі өздігінен жұмысты орындаумен қатар жүрмейді, өйткені ешқандай дененің қозғалысы болмайды. Ол дененің ішкі энергиясының артуына, оған жылу берілуіне және температураның теңелуіне әкеледі, содан кейін жылу беру процесінің өзі тоқтайды. Бірақ егер жылу бір уақытта кеңейе алатын денеге берілсе, онда ол жұмыс істей алады. Энергияны сақтау заңы бойынша бұл жұмыс ішкі энергияның өзгеруімен тең.

Ең үлкен жұмыс изотермиялық процесте ішкі энергия өзгермеген кезде жасалады.

Мұның бәрі жылуды жұмыс жасайтын денеге берудің жалғыз әрекетін білдіреді. Бұл жағдайда біз қайталаймыз, дене көзден алынған жылу мөлшеріне тең жұмыс жасай алады. Мысалы, егер жылуды алған идеал газдың модельі изотермиялық жолмен V көлемнен кеңейсе, онда жұмыс теңге тең орындалады

1-сурет
Бірақ жылуды механикалық жұмысқа айналдырудың оқшауланған актілері технологияны қызықтырмайды. Шынында да жылуды жұмысқа айналдыруға арналған құрылғылар (бу қозғалтқыштары, іштен жанатын қозғалтқыштар және т.б.) өздеріңіз білетіндей циклдік түрде жұмыс істейді, яғни оларда жылу беру және оны жұмысқа айналдыру процестері мезгіл-мезгіл қайталанады. Бұл жұмысты істеп жатқан денеден, көзден жылу алғаннан кейін, сол процесті қайтадан бастау үшін бастапқы қалпына келуін талап етеді. Басқаша айтқанда, ол айналмалы процестерді орындауы керек.

Күйдегі өзгерістер жиынтығы, нәтижесінде күй қалпына келеді, цикл деп аталады.

Естеріңізге сала кетейік, егер дененің күйі оның қысымымен және көлемімен сипатталса, онда бұл күй диаграммадағы нүктемен графикалық түрде бейнеленеді.Мұндай диаграммадағы күй өзгерістері сызықпен, мысалы, суреттегі диаграммадағы сызықпен бейнеленген. Дөңгелек процесс (цикл) тұйық қисық түрінде бейнеленген, мысалы, қисық цикл бойынша жасалған жұмыс осы тұйық қисықпен қамтылған ауданға тең.