Тоңазытқыш машиналардың термодинамикалық циклі

Суыту процессі ү здіксіз жү ріп тұ ру ү шін кемінде ү ш дене керек:

а) суытылатын дене;

б) жылуды қ абылдайтын дене;

в) жылу тасымалдағ ыш дене.

Жылу тасымалдағ ыш дене жылуды суытылатын денеден алып оны қ абылдайтын денеге береді (9-сурет).

9-сурет. Тоң азытқ ыш затының кү йінің ө згеруі

Мұ ндай денені тоң азытқ ыш зат (жұ мысшы дене) деп атайды. Демек, тоң азытқ ыш зат тү рлі ө згерістерден кейін бастапқ ы қ алпына келіп, тұ йық процесс жасап, ү здіксіз айналып жү руі керек (айналма). Осындай процестің (айналманың) бір бө лігінде тоң азытқ ыш зат жылу алмасу нә тижесінде суытылатын денеден жылу алады. Осы алынғ ан жылу – жылу қ абылдайтын денеге беріледі. Жылу қ абылдайтын денеге қ оршағ ан орта (ауа немесе су) жатады. Бірақ қ оршағ ан ортаның температурасы тоң азытқ ыш заттың температурасынан жоғ ары (Т_қ.о> Т^ж_т.з) болғ андық тан, қ оршағ ан ортағ а жылу ө здігінен беріле алмайды. Сондық тан айналманың басқ а бір бө лігінде (1-2 процесс) тоң азытқ ыш затқ а сырттан оның температурасын жоғ арылататын жұ мыс (жылу) келтіріледі. Нә тижесінде тоң азытқ ыш заттың температурасы қ оршағ ан ортаның температурасынан да жоғ ары болады (Т_К> Т_Қ.О). Енді тоң азытқ ыш зат пен қ оршағ ан орта арасындағ ы жылу алмасу процесі нә тижесінде жылу тоң азытқ ыш заттан қ оршағ ан ортағ а беріледі (2-3 процесс). Айналманың ендігі бө лігінде (3-4 процесс) тоң азытқ ыш зат бастапқ ы қ алпына қ айта келеді [7-22, 24-32].

Егер тура айналмада (жылу машиналары, іштен жанатын двигательдер, бу турбинасы т.б) жылу температурасы жоғ ары денеден температурасы тө мен денеге ө тіп, сыртқ а механикалық жұ мыс берілсе, қ арастырғ ан айналмада жылуды температурасы жоғ ары денеге беру ү шін сырттан механикалық (жылулық) жұ мыс келтіріледі. Мұ ндай айналмаларды кері айналмалар деп атайды.

Жылуды температурасы тө мен денеден температурасы жоғ ары денеге тасымалдауғ а мү мкіндік беретін кері айналманы тоң азытқ ыш айналма деп атайды.

Тоң азытқ ыш айналмалармен жұ мыс істейтін машиналарды тоң азытқ ыш машиналар деп атайды. Тө менде (10-сурет) тоң азытқ ыш машинаның принципті схемасы келтірілген.

10-сурет. Тоң азытқ ыш машинасының схемасы: І-буландырғ ыш, ІІ-сығ ымдағ ыш, ІІІ-шық тандырғ ыш, IV-детандер.

Буландырғ ышта (I) сұ йық тоң азытқ ыш зат (қ ысымы Р_к) тө менгі температурада қ айнап, буғ а айналады. Ол жылуды суытылатын денеден алады (9-суреттегі 4-1 ү рдісі). Буды сығ ымдағ ыш сорып алып, оның қ ысымын Р₂-ге дейін арттырады (1-2 ү рдісі), ол ү шін сығ ымдағ ышқ а сырттан жұ мыс келтіріледі. Будың қ ысымы мен бірге температурасы да жоғ арылайды (> Т_Қ.О).

Шық тандырғ ышта тоң азытқ ыш зат сумен суытылып (жылу суғ а беріледі), температурасы Т_Қ.О – дейін тө мендейді (2-3 ү рдісі). Детандерде тоң азытқ ыш заттың қ ысымы Р₂ ден Р₁- дейін адиабаталық ұ лғ аяды да, оның температурасы бастапқ ы температурағ а (Т_т.з.) дейін тө мендейді. Осылай айналма қ айталанып отырады.

Термодинамиканың екінші заң ы бойынша қ оршағ ан ортағ а берілген меншікті жылу мө лшері мына тең деумен анық талады:

q_қ.о. = q_o + l_a (2.1)

мұ ндағ ы: q_қ.о.- тоң азытқ ыш заттың қ оршағ ан ортағ а берген жылуы (шық тандырғ ышта); q_o- тоң азытқ ыш заттың суытылатын денеден алғ ан жылуы (буландырғ ышта); l _a- сырттан келтірілген жұ мыс.

Бұ л жұ мыс сығ ымдағ ышқ а электрэнергия тү рінде келтіріледі (жү зеге асыруғ а жұ мсалғ ан жұ мыс).

Тоң азытқ ыш айналманың жұ мыс істеу тиімділігін анық тау ү шін тоң азыту коэффициенті деген ұ ғ ым енгізіледі. Ол суытылатын денеден алынғ ан жылу мө лшерінің айналманы жү зеге асыруғ а жұ мсалғ ан жұ мыс мө лшеріне қ атынасымен ө рнектеледі.

(2.2)

мұ ндағ ы ε > 1.