Эффективность прямых циклов

Как отмечалось выше, термодинамические циклы изображаются на диаграммах состояния рабочего тела, например, идеального газа, в виде замкнутых контуров.

При реализации прямых циклов параметры состояния рабочего тела изменяются таким образом, что движение по контуру происходит по часовой стрелке. В результате такого кругового процесса рабочее тело передает итоговую работу в окружающую среду. При этом на одних этапах процесса теплота к рабочему телу подводится из окружающей среды, а на других – часть из этой подведённой теплоты передается от рабочего тела обратно окружающей среде. Причём эта возвращённая теплота на практике полезно использоваться для работы, например, ДВС уже не может. По сути, она теряется – рассеивается в окружающей среде.

По-другому дело обстоит с подводимой теплотой: чтобы иметь возможность её подвести к рабочему телу, её сначала нужно откуда-то получить. На практике для этого приходится нести издержки, например, приобретать бензин для ДВС.

Из сказанного следует, что при реализации прямого цикла работа цикла l _ц является полезным эффектом от всего процесса, а подводимая теплота q _под – общими энергозатратами на его осуществление.

Исходя из этого в качестве основного критерия, позволяющего оценивать эффективность прямого цикла, принимается отношение величины полезного эффекта – l _ц, к общим затратам – q _под. Такой критерий называется термическим коэффициентом полезного действия (КПД) прямого цикла – η _т.

Из данного определения, с использованием (3) и (4) получаем:

. (5)

Отведенная теплота q _отв в (5) берется по абсолютной величине, чтобы подчеркнуть, что она всегда вычитается из q _под, то есть, что в прямом цикле q _ц всегда меньше q _под на величину | q _отв|.

Из (5) следует: чем больше работы совершается в прямом цикле на единицу подведенной теплоты, тем больше термический КПД этого цикла; по определению η _т всегда меньше единицы.

Примечание:

Определение (5) указывает, что величина η _т является характеристикой равновесного термодинамического прямого кругового процесса и напрямую к реальным ТСУ, например ДВС, отношения не имеет.

Охарактеризовать эффективность, например, реального ДВС с помощью η _т можно после того, как будет построена приближенная термодинамическая модель рабоы конкретного ДВС (подробнее ниже).