Next: 3.5 Spalanie wewnętrzne Up: 3. Pierwsze prawo Previous: 3.3 Cykl Carnota Spis treści Indeks

Podrozdziały

• • 3.4.0.1 Sprzęt chłodniczy

Cykl Carnota został wykorzystany do uzyskania mocy, ale możemy go również uruchomić odwrotnie. Jeśli tak, to teraz jest praca netto do systemu i ciepło netto z systemu. Pojawi się ilość ciepła odrzucona w wyższej temperaturze oraz ilość ciepła pochłonięta w niższej temperaturze. Zgodnie z naszą konwencją pierwsza z tych wartości jest ujemna, a druga dodatnia. W rezultacie w układzie wykonywana jest praca, ciepło jest pobierane ze źródła o niskiej temperaturze i oddawane do źródła o wysokiej temperaturze. Słowa „niska” i „wysoka” są względne, a źródłem niskiej temperatury może być zatłoczona sala lekcyjna w gorący dzień, gdzie ciepło jest wykorzystywane do chłodzenia pomieszczenia. Cykl oraz transfery ciepła i pracy przedstawiono na rysunku 3.6. W tym trybie pracy obieg działa jak lodówka lub pompa ciepła. To, za co płacimy, to praca, a to, co otrzymujemy, to ilość pobranego ciepła. Ametrią dla urządzeń tego typu jest współczynnik wydajności, definiowany jako

Rysunek 3.6:Działanie chłodziarki Carnota

W przypadku cyklu Carnota znamy stosunki ciepła wchodzącego do ciepła wychodzącego, gdy cykl przebiega do przodu, a ponieważ cykl jest odwracalny, stosunki te są takie same, gdy cykl przebiega odwrotnie. Thecoefficient of performance is thus given in terms of the absolutetemperatur as

This can be much larger than unity.

The Carnot cycles that have been drawn are based on ideal gasbehavior. Jednak dla różnych czynników roboczych będą one wyglądały inaczej. Zobaczymy przykład, kiedy będziemy omawiać sytuacje dwufazowe. Niezależnie od czynnika sprawność wszystkich cykli Carnota pracujących w tych samych dwóch temperaturach jest taka sama.

3.4.0.1 Sprzęt chłodniczy

Typowo układem termodynamicznym w analizie lodówki jest płyn roboczy, czynnik chłodniczy, który krąży wokół pętli, jak pokazano na rysunku 3.7. Energia wewnętrzna (i temperatura) czynnika chłodniczego jest na przemian podnoszona i obniżana przez urządzenia znajdujące się w pętli. W jednym punkcie czynnik roboczy jest zimniejszy niż powietrze w lodówce, a w innym gorętszy niż otoczenie. W ten sposób ciepło przepływa w odpowiednim kierunku, co pokazują dwie strzałki w wymiennikach ciepła.

Rysunek 3.7: Schemat domowej chłodziarki

Zaczynając od prawego górnego rogu schematu, opisujemy proces bardziej szczegółowo. Najpierw czynnik chłodniczy przechodzi przez małą turbinę lub przez zawór rozprężny. W tych urządzeniach czynnik chłodniczy wykonuje pracę, dzięki czemu jego energia wewnętrzna zostaje obniżona do punktu, w którym temperatura czynnika chłodniczego jest niższa niż temperatura powietrza w chłodziarce. Wymiennik ciepła służy do przenoszenia energii z wnętrza lodówki do zimnego czynnika chłodniczego, co powoduje obniżenie energii wewnętrznej wnętrza i podniesienie energii wewnętrznej czynnika chłodniczego. Następnie pompa lub sprężarka jest wykorzystywana do wykonania pracy na czynniku chłodniczym, dodając do niego dodatkową energię i w ten sposób jeszcze bardziej podnosząc jego energię wewnętrzną. Do napędu pompy lub sprężarki wykorzystywana jest energia elektryczna. Energia wewnętrzna czynnika chłodniczego zostaje podniesiona do punktu, w którym jego temperatura jest wyższa niż temperatura otoczenia. Czynnik chłodniczy jest następnie przepuszczany przez wymiennik ciepła (często są to wężownice z tyłu lodówki), dzięki czemu energia jest przenoszona z czynnika chłodniczego do otoczenia. W wyniku tego energia wewnętrzna czynnika chłodniczego zmniejsza się, a energia wewnętrzna otoczenia zwiększa się. W tym momencie energia wewnętrzna zawartości lodówki oraz energia użyta do napędu kompresora lub pompy zostają przekazane do otoczenia. Czynnik chłodniczy płynie dalej do turbiny lub zaworu rozprężnego, powtarzając cykl.

Następny: 3.5 Spalanie wewnętrzne Up: 3. Pierwsze prawo Previous: 3.3 Cykl Carnota Spis treści Indeks

ZunifikowaneTP