מחזורי התרמודינמיקה מסבירים: מקארנו המונחים:

מחזורי התרמודינמיקה הם מושגים בסיסיים בתחום התרמודינמיקה, אשר הוא המחקר של חום, אנרגיה ועבודה. הבנת מחזורים אלה הוא חיוני לסטודנטים ומחנכים כאחד, כפי שהם מהווים את הבסיס עבור יישומים הנדסיים רבים, כולל דור כוח ושיקום. מאמר זה יבדוק כמה מחזורי תרמודינמיקה מפתח, להתמקד על מחזורי הקרנו ודירוגין, ואת המשמעות שלהם בתחום של תרמודינמיקה.

מהו מעגל התרמודינמיקה?

מחזור תרמודינמי הוא סדרה של תהליכים הכוללים את העברת החום וההעבודה בין מערכת וסביבתה. תהליכים אלה להחזיר את המערכת למצבה הראשוני, ומאפשרים לו לחזור על המחזור ללא הגבלת זמן.היעילות והביצועים של מערכות תרמודינמיקה שונות ניתן לנתח באמצעות מחזורים אלה, אשר מיוצגים על רמת לחץ (P-V) או על קצבת טמפרטורה (T-S).

מעגל הקרנוט

מחזור הקרונו הוא מודל תיאורטי המגדיר את היעילות המקסימלית האפשרית של מנוע חום.שם לאחר הפיזיקאי הצרפתי Sadi Carnot, מחזור זה משמש כמדד עבור מנועי עולם האמיתי.מחזור Carnot מורכב מארבעה תהליכים הפיכה:

1 התרחבות נוספת

במהלך תהליך ההתרחבות ה-Athermal, חומר העבודה סופג חום ממאגרי עתירי רוח גבוהים תוך שמירה על טמפרטורה מתמדת. ספיגת חום זו מאפשרת את החומר להתרחב, עושה עבודה על הסביבה.

2. התרחבות עדיבאטית

בשלב ההתרחבות הלשונית, המערכת מתרחבת ללא שינוי חום עם סביבתה. בעוד הגז מתרחב, היא עובדת על הסביבה, מה שגורם לטמפרטורה שלה לרדת.

3.מדכאות יתר

במהלך דחיסה נוספת, חומר העבודה משחרר חום למאגרי טמפרטורה נמוכים, בעוד שנותר בטמפרטורה מתמדת.תהליך זה מחסחסס את הגז, המחייב עבודה להתבצע על זה.

4.התיכון עדיבאטי

השלב האחרון של מחזור הקרונו הוא דחיסה א-דיבטטית, שבו הגז דחוס ללא החלפת חום.העבודה שנעשתה על הגז מגבירה את האנרגיה הפנימית והטמפרטורה, מחזירה אותו למצב הראשוני.

יעילותו של מעגל הקרנוט

יעילות מחזור הקרונו נקבעת על ידי הטמפרטורות של מאגרי החום:

כאשר TibFLT:0 ,coldFLT 1 הוא הטמפרטורה המוחלטת של המאגר הקר ו TreaFLT:2hotearFLT 3: הוא הטמפרטורה המוחלטת של המאגר החם.משוואה זו מעידה כי היעילות עולה כמו הבדל הטמפרטורה בין המאגרים עולה.

מעגל הדירוג

מחזור הדירוג הוא מחזור תרמודינמיקה מעשי המשמש בתחנות כוח קיטור.זה פועל בדומה למחזור הקרנוט אבל כרוך בשינויים בשלב של נוזל העבודה, בדרך כלל מים.מחזור הדירוג מכיל ארבעה תהליכים:

1 איסנטרופיה

בתהליך המשאבת הטרופי, מים נוזליים מובלים מן ה condenser אל הליטטר.הלחץ עולה בעוד הטמפרטורה נשארת קבועה, והעבודה מתבצעת על המים על ידי המשאבה.

2. Isobaric Heating

במהלך חימום איזוברוטרי, המים מחוממים בלחץ מתמיד ברתיחה, מה שממיר אותו לסיטור.תהליך זה כרוך בקליטת חום ממקור חיצוני.

התרחבות איסנטרופית

הקיטור עובר התרחבות אינטרופית בטורבינה, שם הוא מתרחב ועובד על להבים טורבינות, ייצור חשמל.הטמפרטורה והלחץ של הירידה הקיטור במהלך תהליך זה.

4. Isobaric Cooling

לבסוף, בתהליך קירור איזוברואל, הקיטור נמוג בחזרה למים נוזליים בלחץ קבוע ב- condenser, שחרור חום לסביבה.

יעילותו של מעגל הדירוג

יעילות מחזור הדירוג ניתן לשפר על ידי הגדלת הטמפרטורה והלחץ של הקיטור.הנוסה ליעילות התרמית של מחזור הדירוג הוא:

כאשר WIRFLT:0 , 000 , 000 , 000 ; ⁇ ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

השוואת הקרונו ו- Rankine Cycles

בעוד שני מחזורי Carnot ודירוגין חשובים בתרמודינמיקה, יש להם הבדלים נפרדים:

מסקנה

הבנת מחזורי תרמודינמיקה, במיוחד מחזורי Carnot ודירוגין, חיוני לסטודנטים ומחנכים בתחום התרמודינמיקה. מחזורים אלה מספקים תובנה על עקרונות של המרת אנרגיה ויעילות, אשר הם קריטיים עבור יישומים הנדסיים שונים. על ידי הבנת מושגים אלה, הלומדים יכולים להעריך טוב יותר את העבודה המורכבת של מנועי חום ואת ההשפעה שלהם על הטכנולוגיה המודרנית.