Сущность второго закона термодинамики

Сущность второго закона термодинамики применительно к тепловым машинам (ТМ) состоит в следующем: не все тепло, подведенное к газу, превращается в полезную работу, часть тепла необходимо обязательно отвести в «холо­дильник».

Второй закон термодинамики дополняет первый закон термодинамики, так как первый закон, устанавливая эквивалентность между теплотой и работой, не указывает условий преобразования теплоты в работу.

Превращение работы в теплоту не связано с какими-либо трудностями, так как вся работа полностью переходит в теплоту. Превращение же теплоты в работу возможно только при отводе части теплоты в среду с более низкой температурой (t_x < t_г). Эта теплота полезно не используется и является неизбежной потерей в соответствии со вторым законом термодинамики.

В реальных ТМ отвод тепла осуществляется в окружающую среду (атмосфера, космическое пространство), и чем выше температура газа на выходе из ТМ по сравнению с температурой окружающей среды, тем больше потери тепла.

Иная формулировка второго закона термодинамики: невозможно построить вечный двигатель второго рода. Это означает, что для преобразования тепла в работу необходимы специально созданные условия – наличие хотя бы двух тел с разной температурой, между которыми посредник (газ) мог бы осуществлять цикл и производить работу.

Второй закон термодинамики сформулирован на основе обобщения таких явлений природы, как:

– стремление всех естественных процессов протекать в определенном направлении (газ всегда перетекает из области с более высоким давлением в область с пониженным давлением, тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому телу);

– все самопроизвольные процессы продолжаются до тех пор, пока не наступает энергетическое равновесие между телами, участвующими в процессе.

Для осуществления искусственного, циклически повторяющегося процесса необходимо затратить внешнюю энергию. Для работы ТРД необходимо подводить к газу теплоту в КС, иначе работа расширения газа, полученная в ГТ, будет полностью расходоваться на сжатие воздуха в компрессоре, а полезная (внешняя) работа будет равняться нулю.

Идеальный цикл ТРД

Условия и диаграммы идеального цикла ТРД

Последовательность процессов, в результате которых рабочее тело приходит в исходное состояние, называется циклом (рис. 3.1, 3.2).

Рис. 3.1. Диаграмма цикла ТРД: н-вх – адиабатное сжатие в ВЗ; вх-к – адиабатное сжатие в ОК; к-г – изобарный подвод тепла в КС; г-т – адиабатное расширение в ГТ; т-с – адиабатное расширение в РС; с-н – отвод тепла в «холодильник»     (выброс газа в атмосферу)	Рис. 3.2. Диаграмма цикла ТРД:  н-вх – изоэнтропное сжатие в ВЗ; вх-к – изоэнтропное сжатие в ОК; к-г – изобарный подвод тепла в КС; г-т – изоэнтропное расширение в ГТ; т-с – изоэнтропное расширение в РС; с-н – отвод тепла в «холодильник»     (выброс газа в атмосферу)

Условия идеального цикла:

1) процесс обратим;

2) нет потерь тепла, кроме отдачи тепла в «холодильник»;

3) отсутствуют трение, гидравлические и механические потери;

4) рабочее тело неизменно по составу (химическим и физическим свойствам);

5) состояние рабочего тела рассматривается в характерных сечениях: н–н; вх–вх; к–к; г–г; т–т; с–с за узлами ТРД, в которых происходят энергетические преобразования.