ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛА КАРНО
Механическая и электрическая энергия относятся к так называ — м «благородным» формам энергии, с которыми не ассоциируется такое погне. как энтропия. Следовательно, имеется теоретическая возможность пре — зовывать одну форму такой энергии в другую без потерь. Другими словами, этом преобразовании не происходит выделения теплоты. Современные пре — юватели (электрогенераторы) имеют КПД более 99 %.
Тепловые двигатели обеспечивают преобразование тепловой энергии в бо — •благородную» форму энергии — механическую или электрическую. А этот jecc невозможно осуществить без частичного отвода тепла (за исключением гетических двигателей, в которых температура холодильника равна 0 К), ч образом, теоретически эффективность тепловых двигателей должна быть лие единицы.
На рис. 3.3 показан цикл работы теплового двигателя. К двигателю подво — я теплота Qm, которая частично преобразуется в полезную работу W, а ос-
|
II ж II to я в5 1 Р |
(3) |
|
Энтропия системы должна возрасти или в идеальном случае остаться неизменной. Наибольшая эффективность процесса (эффективность цикла Карно) бу- |
|
|
дет иметь место тогда, когда энтропия на выходе Qout на входе Q-m/ Тн. Соответственно |
/Тс будет равна энтропии |
|
Q’m _ Gout. Тн Тс 9 |
(4) |
|
Gout = Gin; 2Н |
(5) |
|
Nr — Тп~Тс Carnot гр ЛН |
(6) |
|
тавшаяся тепловая энергия (?out отводится из двигателя. Эффективность такого двигателя определяется как отношение полезной работы к подводимой тепловой энергии: |
Таким образом, эффективность цикла Карно зависит только от минимальной и максимальной температуры, в диапазоне которых работает тепловой двигатель.
* W
Рис. 3.3. Цикл работы теплового двигателя
 |
 |
 |
При стационарных условиях
Уменьшение коэффициента полезного действия двигателя т] ведет к росту отношения в выражении (7). КПД современных паротурбинных энергоустановок, работающих на ископаемом углеводородном топливе, достигает 40 %. То есть при получении 1 Дж полезной энергии «выбрасывается» 1,5 Дж тепловой энергии. КПД традиционных атомных электростанций ниже 28 %, что связано с ограничением по температуре Тн — При такой эффективности
сбросное тепло в 2,6 раза превышает вырабатываемую энергию. В результате градирни атомных электростанций, с помощью которых сбросное тепло отводится в окружающую среду, имеют гораздо большие размеры, чем у обычных тепловых электростанций.
У автомобильных двигателей еще меньше КПД (ц = 0,2) и, следовательно, больше количество сбросной теплоты, что для некоторых типов двигателей создает серьезные технические проблемы. Следует отметить, что двигатели Отто и дизельные двигатели не требуют использования специального теплообменного оборудования для отвода тепла (тепло сбрасывается с продуктами сгорания), а имеющийся в автомобиле радиатор обеспечивает лишь охлаждение самого двигателя.