Становление теоретических основ теплотехники

В самом наименовании цикла наук "Теоретические основы теплотехники" проявляется одна из новых форм связи науки и производства. Внедрение в промышленность и на транспорт универсального теплового двигателя вызвало интерес ученых к тепловым машинам, выразившийся в ряде научных открытий, описанных ниже (см. стр. 224) в разделе "Термодинамика".

Значение теоретических выводов Карно для теплотехнической практики нельзя переоценить. Показательно, что в предисловии к своему исследованию о движущей силе тепла, проведенному им в 1822 г., он указывал, что обращается к этому исследованию из-за опасения, что паровые машины истребят все прекрасные леса Франции. Основное для техники в трудах Карно состоит в том, что он установил критерий степени использования закономерностей природы в области преобразования теплоты в механическую работу - коэффициент полезного действия, носящий и теперь его имя..

Рис. 4-28. Цикл Карно в р-v координатах. 1-2 - изотермическое расширение; 2-3 - адиабатическое расширение; 3-4 - изотермическое сжатие; 4-1 - адиабатическое сжатие

Карно разработал понятие о круговом процессе, о принципиальной периодичности работы тепловых двигателей. Он нашел такой круговой замкнутый процесс ("цикл Карно"), при котором между двумя температурными уровнями Т₁ и Т₂ можно получить максимум полезной отдачи работы (рис. 4-28). Для этого надлежит подводить к рабочему телу тепло Q₁ от верхнего температурного уровня T₁ при постоянной температуре этого уровня (процесс 1-2 на рис. 4-28), затем осуществлять процесс расширения рабочего тела без подвода и отвода тепла (адиабатически) до тех пор пока температура его не понизится до значения нижнего температурного уровня Т₂ (процесс 2-3). Затем следует сжатие при постоянной температуре нижнего источника Т₂, с отводом к нему тепла Q₂ (процесс 3-4) и, наконец, снова сжатие без подвода и отвода тепла (процесс 4-1)до тех пор, пока температура рабочего тела не достигает начального значения T₁. При этих условиях разность Q₁-Q₂ будет максимальной, а термический к. п. д. цикла, равный, согласно выводу Карно

будет наибольшим. Таким образом, исследования Карно отчетливо показали инженерам-практикам, что увеличение термического к. п. д. любого теплового двигателя зависит от повышения начальной температуры T₁ и понижения конечной температуры Т₂ рабочего тела.

Эти данные Карно и сейчас находятся на вооружении практической теплотехники, достигшей к нашему времени в области основы тепловых электрических станций - паровых турбин - высших значений 600°С и 300 ата и низших значений 28°С и 0,03 ата.