چرخه کارnot یک مدل نظری است که بینشی در مورد کارایی موتورهای گرمایی فراهم می کند.این به عنوان یک معیار برای تمام موتورهای دنیای واقعی عمل می کند و حداکثر کارایی ممکن را که می تواند در هنگام تبدیل گرما به کار به دست آورد، نشان می دهد.

چرخه کارنه چیست؟

چرخه کارnot توسط فیزیکدان فرانسوی Sadi Carnot در سال 1824 پیشنهاد شد و شامل چهار فرایند برگشت پذیر است: دو فرایند ایزوترمال و دو فرایند هیدروژلتیک این چرخه ایده آل، اصول ترمودینامیک را نشان می دهد و پایه ای برای درک موتورهای گرمایش واقعی را می سازد.

چهار مرحله چرخه کارnot

  • گسترش Iso Heat: ماده کار جذب گرما از یک مخزن گرم در دمای ثابت.
  • گسترش دیباتیک: [FLT 1] ماده کار گسترش می یابد، کار بر محیط اطراف در حالی که دمای آن کاهش می یابد.
  • فشرده سازی IsoSOL: [FLT 1] ماده کار حرارت را به یک مخزن سرد در دمای ثابت آزاد می کند.
  • فشرده سازی هندباتیک [FLT 1] [FLT 1] ماده کار فشرده شده است، افزایش دما بدون تبادل گرما.

درک کارایی

بهره وری یک موتور گرمایی به عنوان نسبت خروجی کار به ورودی گرما تعریف می شود.در مورد چرخه کارنه، کارایی می تواند به صورت ریاضی بیان شود:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[۳] [۱۰] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]

در جایی که T دمای مطلق مخزن سرد و T h] درجه حرارت مطلق مخزن گرم است، این معادله نشان می دهد که بهره وری افزایش می یابد به عنوان تفاوت دما بین دو مخزن افزایش می یابد.

مفاهیم واقعی جهانی

در حالی که چرخه کارnot یک بهره وری نظری را فراهم می کند، موتورهای گرمایش واقعی به محدودیت های مختلفی می پردازند که مانع دستیابی به این عوامل ایده آل می شوند.

نمونه هایی از موتورهای حرارتی

  • موتورهای تیم: این موتور ها بر اساس اصل آب جوش کار می کنند تا بخار تولید کنند، که سپس پیستون را هدایت می کند.
  • موتور های احتراق داخلی: در اکثر وسایل نقلیه یافت شده، این موتور سوخت برای ایجاد گاز با فشار بالا که پیستون حرکت می کند.
  • ] توربین های Gas: به طور معمول در موتورهای جت استفاده می شود، توربین های گاز انرژی سوخت را به انرژی مکانیکی از طریق تیغه های چرخ دنده با سرعت بالا تبدیل می کنند.

محدودیت های چرخه کارnot

با وجود اهمیت نظری آن، چرخه کارnot دارای محدودیت های متعددی است که آن را برای برنامه های دنیای واقعی غیر عملی می کند:

  • احتمال: چرخه کارnot فرض می کند که همه فرآیندها برگشت پذیر هستند، که در عمل قابل دستیابی نیست.
  • گازهای سخت: چرخه فرض می کند که ماده کار به عنوان یک گاز ایده آل رفتار می کند، که برای همه مواد درست نیست.
  • زمان: چرخه بی نهایت آهسته عمل می کند، که برای موتورهای واقعی که نیاز به عملیات سریع دارند، امکان پذیر نیست.

نتیجه گیری

چرخه کارnot یک مفهوم اساسی در ترمودینامیک است و به عنوان معیاری برای ارزیابی کارایی موتورهای حرارتی عمل می کند. درک اصول آن به مهندسان و دانشمندان اجازه می دهد تا سیستم های کارآمد تری را توسعه دهند و بهره برداری انرژی را در کاربردهای مختلف بهبود بخشند.

بیشتر بخوانید

  • Thermodynamics: یک رویکرد مهندسی [FLT 1] توسط یونوس Çengel و مایکل Boles
  • گسترش ترمودینامیک توسط ریچارد سوناگ، کلاوس بورگنکک، و گوردون J. Van Wylen
  • بازگشت به انتقال حرارت [FLT 1] توسط فرانک P. Incropera و دیوید P. DeWitt