Лекция № 7,8. Тоңазытқыш машиналардың термодинамикалық негіздері

1. Тоңазытқыш машиналардың термодинамикалық циклі

2. Кері айналмаларды жіктеу
1. Тоңазытқыш машиналардың термодинамикалық циклі
Суыту процессі үздіксіз жүріп тұру үшін кемінде үш дене керек:

а) суытылатын дене;

б) жылуды қабылдайтын дене;

в) жылу тасымалдағыш дене.

Жылу тасымалдағыш дене жылуды суытылатын денеден алып оны қабылдайтын денеге береді (9-сурет).


9-сурет. Тоңазытқыш затының күйінің өзгеруі
Мұндай денені тоңазытқыш зат (жұмысшы дене) деп атайды. Демек, тоңазытқыш зат түрлі өзгерістерден кейін бастапқы қалпына келіп, тұйық процесс жасап, үздіксіз айналып жүруі керек (айналма). Осындай процестің (айналманың) бір бөлігінде тоңазытқыш зат жылу алмасу нәтижесінде суытылатын денеден жылу алады. Осы алынған жылу – жылу қабылдайтын денеге беріледі. Жылу қабылдайтын денеге қоршаған орта (ауа немесе су) жатады. Бірақ қоршаған ортаның температурасы тоңазытқыш заттың температурасынан жоғары (Т_қ.о>Т^ж_т.з) болғандықтан, қоршаған ортаға жылу өздігінен беріле алмайды. Сондықтан айналманың басқа бір бөлігінде (1-2 процесс) тоңазытқыш затқа сырттан оның температурасын жоғарылататын жұмыс (жылу) келтіріледі. Нәтижесінде тоңазытқыш заттың температурасы қоршаған ортаның температурасынан да жоғары болады (Т_К>Т_Қ.О). Енді тоңазытқыш зат пен қоршаған орта арасындағы жылу алмасу процесі нәтижесінде жылу тоңазытқыш заттан қоршаған ортаға беріледі (2-3 процесс). Айналманың ендігі бөлігінде (3-4 процесс) тоңазытқыш зат бастапқы қалпына қайта келеді.

Егер тура айналмада (жылу машиналары, іштен жанатын двигательдер, бу турбинасы т.б) жылу температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге өтіп, сыртқа механикалық жұмыс берілсе, қарастырған айналмада жылуды температурасы жоғары денеге беру үшін сырттан механикалық (жылулық) жұмыс келтіріледі. Мұндай айналмаларды кері айналмалар деп атайды.

Жылуды температурасы төмен денеден температурасы жоғары денеге тасымалдауға мүмкіндік беретін кері айналманы тоңазытқыш айналма деп атайды.

Тоңазытқыш айналмалармен жұмыс істейтін машиналарды тоңазытқыш машиналар деп атайды. Төменде (10-сурет) тоңазытқыш машинаның принципті схемасы келтірілген.

10-сурет. Тоңазытқыш машинасының схемасы: І-буландырғыш, ІІ-сығымдағыш, ІІІ-шықтандырғыш, IV-детандер.

Шықтандырғышта тоңазытқыш зат сумен суытылып (жылу суға беріледі), температурасы Т_Қ.О – дейін төмендейді (2-3 үрдісі). Детандерде тоңазытқыш заттың қысымы Р₂ ден Р₁- дейін адиабаталық ұлғаяды да, оның температурасы бастапқы температураға (Т_т.з.) дейін төмендейді. Осылай айналма қайталанып отырады.

Термодинамиканың екінші заңы бойынша қоршаған ортаға берілген меншікті жылу мөлшері мына теңдеумен анықталады:
q_қ.о. = q_o +l_a (2.1)
мұндағы: q_қ.о.- тоңазытқыш заттың қоршаған ортаға берген жылуы (шықтандырғышта); q_o- тоңазытқыш заттың суытылатын денеден алған жылуы (буландырғышта); l_a- сырттан келтірілген жұмыс.

Бұл жұмыс сығымдағышқа электрэнергия түрінде келтіріледі (жүзеге асыруға жұмсалған жұмыс).

Тоңазытқыш айналманың жұмыс істеу тиімділігін анықтау үшін тоңазыту коэффициенті деген ұғым енгізіледі. Ол суытылатын денеден алынған жылу мөлшерінің айналманы жүзеге асыруға жұмсалған жұмыс мөлшеріне қатынасымен өрнектеледі.
(2.2)

мұндағы ε > 1.