Κύκλος Carnot εναντίον Rankine
Ο κύκλος Carnot και ο κύκλος Rankine είναι δύο κύκλοι που συζητούνται στη θερμοδυναμική. Αυτά συζητούνται στις θερμικές μηχανές. Οι θερμικές μηχανές είναι συσκευές ή μηχανισμοί που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της θερμότητας σε εργασία. Ο κύκλος Carnot είναι ένας θεωρητικός κύκλος, ο οποίος δίνει τη μέγιστη απόδοση που μπορεί να αποκτήσει ένας κινητήρας. Ο κύκλος Rankine είναι ένας πρακτικός κύκλος, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό πραγματικών κινητήρων. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε σωστή κατανόηση αυτών των δύο κύκλων προκειμένου να διαπρέψουμε στη θερμοδυναμική και σε οποιοδήποτε τομέα που σχετίζεται με αυτήν. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τι είναι ο κύκλος Carnot και ο κύκλος Rankine, οι ορισμοί τους, οι εφαρμογές τους, οι ομοιότητες μεταξύ του κύκλου Carnot και του κύκλου Rankine και, τέλος, η διαφορά μεταξύ του κύκλου Carnot και του κύκλου Rankine.
Τι είναι ο κύκλος Carnot;
Ο κύκλος Carnot είναι ένας θεωρητικός κύκλος, ο οποίος περιγράφει μια θερμική μηχανή. Πριν εξηγήσουμε τον κύκλο Carnot, πρέπει να οριστούν λίγοι όροι. Η πηγή θερμότητας ορίζεται ως μια συσκευή σταθερής θερμοκρασίας, η οποία θα παρέχει άπειρη θερμότητα. Η ψύκτρα είναι μια συσκευή σταθερής θερμοκρασίας, η οποία απορροφά άπειρη ποσότητα θερμότητας χωρίς να αλλάζει τη θερμοκρασία. Ο κινητήρας είναι η συσκευή ή η διαδικασία που μετατρέπει τη θερμότητα από την πηγή θερμότητας σε εργασία. Ο κύκλος Carnot αποτελείται από τέσσερα βήματα.
1. Αναστρέψιμη ισοθερμική διαστολή του αερίου – Ο κινητήρας συνδέεται θερμικά με την πηγή. Σε αυτό το βήμα, το διαστελλόμενο αέριο απορροφά θερμότητα από την πηγή και λειτουργεί στο περιβάλλον. Η θερμοκρασία του αερίου παραμένει σταθερή.
2. Αναστρέψιμη αδιαβατική διαστολή του αερίου – Το σύστημα είναι αδιαβατικό που σημαίνει ότι δεν είναι δυνατή η μεταφορά θερμότητας. Ο κινητήρας βγαίνει από την πηγή και μονώνεται. Σε αυτό το βήμα, το αέριο δεν απορροφά καμία θερμότητα από την πηγή. Το έμβολο συνεχίζει να δουλεύει στο περιβάλλον.
3. Αναστρέψιμη ισοθερμική συμπίεση – Ο κινητήρας τοποθετείται στο νεροχύτη και έρχεται σε θερμική επαφή. Το αέριο συμπιέζεται έτσι ώστε το περιβάλλον να λειτουργεί στο σύστημα.
4. Αναστρέψιμη αδιαβατική συμπίεση – Ο κινητήρας βγαίνει από τον νεροχύτη και μονώνεται. Το περιβάλλον συνεχίζει να δουλεύει στο σύστημα.
Στον κύκλο Carnot, η συνολική εργασία που έγινε δίνεται με τη διαφορά μεταξύ της εργασίας που γίνεται στο περιβάλλον (βήμα 1 και 2) και της εργασίας που γίνεται από το περιβάλλον (βήμα 3 και 4). Ο κύκλος Carnot είναι η πιο αποτελεσματική θερμική μηχανή θεωρητικά. Η αποτελεσματικότητα του κύκλου Carnot εξαρτάται μόνο από τις θερμοκρασίες της πηγής και του νεροχύτη.
Τι είναι ο κύκλος Rankine;
Ο κύκλος Rankine είναι επίσης ένας κύκλος που μετατρέπει τη θερμότητα σε εργασία. Ο κύκλος Rankine είναι ένας πρακτικά χρησιμοποιούμενος κύκλος για συστήματα που αποτελούνται από έναν στρόβιλο ατμού. Υπάρχουν τέσσερις κύριες διαδικασίες στον κύκλο Rankine
1. Η λειτουργία του ρευστού σε υψηλή πίεση από χαμηλή πίεση
2. Η θέρμανση του ρευστού υψηλής πίεσης σε ατμό
3. Ο ατμός διαστέλλεται μέσω μιας τουρμπίνας που περιστρέφει τον στρόβιλο, παράγοντας έτσι ισχύς
4. Ο ατμός ψύχεται ξανά μέσα στον συμπυκνωτή.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του κύκλου Carnot και του κύκλου Rankine;
• Ο κύκλος Carnot είναι ένας θεωρητικός κύκλος ενώ ο κύκλος Rankine είναι πρακτικός.
• Ο κύκλος Carnot εξασφαλίζει τη μέγιστη απόδοση υπό ιδανικές συνθήκες, αλλά ο κύκλος Rankine διασφαλίζει τη λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες.
• Η απόδοση που προκύπτει από τον κύκλο Rankine είναι πάντα χαμηλότερη από αυτή του κύκλου Carnot.
