سیکل ترمودینامیکی
به مجموعه اتفاقاتی که در درون یک دستگاه حرارتی می‌افتد که با هم دیگر ارتباط دارند و سبب فرآیندهایی در دما، فشار و غیره می‌گردند سیکل ترمودینامیکی گفته می‌شود. این متغیرها دائما تغییر حالت می‌دهند و در نهایت به نقطه آغاز خود باز می‌گردند که موجب تبادل حرارت و کار در محیط اطراف خود می‌شوند.
در فرآیند سیکل ترمودینامیکی، سیستم به صورت متناوب از گرما به سرما و از گرما به سرما تغییر جهت می‌دهد تا از این انرژی حرارتی ایجاد شده برای ایجاد کار استفاده شود. این سیستم ها که تبادل دما را به خوبی تغییر می‌دهند و مورد استفاده قرار می‌گیرند را اصطلاحا پمپ می‌خوانند.
در یک مجموعه سیکل ترمودینامیکی بسته همیشه فشار و دما به جایگاه نخستین خود باز می‌گردد. ضمنا باید به این نکته توجه داشته باشید که متغیرهایی مثل کار و انتقال دمای صورت گرفته زیر مجموعه هدف هستند و به همین دلیل این متغیرها را تابع می‌نامند.
سیکل ترمودینامیکی را معمولا بر اساس فرآیندهای شبه استاتیک شبیه سازی می‌کنند. این فرآیندها اگر در درون دستگاه به صورت مداوم اتفاق نیفتند و به جای اول خود برنگردند دستگاه نخواهد توانست آن چیزی را که از او انتظار می‌رود به خوبی برآورده سازد.
ضمنا دانستن این نکته که سیکل ترمودینامیکی محاسبه خواص سیال در نقاط مختلف و دبی جرم سیال در نقاط مختلف دستگاه است شاید ذهنیت شما را در مورد روند کارکرد این دستگاه بهتر شکل بدهد. معمولا برای این کار از روش هایی استفاده می‌کنند که امتحان خود را به خوبی پس داده باشد.
در سیکل ها خروجی های دستگاه ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند. معمولا برای اندازه گیری سیالات از نسبت حرکت به علاوه قدرت نفوذ آنها در زمان بهره می‌برند تا اندازه گیری از اعتبار بالاتر و بیشتری برخوردار باشد تا کارکرد دستگاه به خوبی مورد تحلیل قرار بگیرد.
تحلیل دستگاه هایی با سیکل ترمودینامیکی از این منظر اهمیت دارد که اگر مهندسان با فرآیندی که در درون آنها اتفاق می‌افتد دقیقا آشنایی نداشته باشند هرگز نخواهند توانست زمانی که دستگاه دچار ایرادات اساسی شود از پس رفع آنها بر بیایند.
در مقدمه سعی خود را نمودیم تا ذهنیت شما خواننده عزیز و گرامی‌را برای ادامه مقاله سیکل ترمودینامیکی چیست آماده کنیم. البته این نکته گفتنش خالی از لطف نیست که چنین سیکل های دمایی چون به صورت مصنوعی هستند آمارشان به خوبی بر اساس متغیرها قابل محاسبه می‌باشد.
مطالعه بیشتر: ماموریت مبدل حرارتی در چیلر چیست؟
مفهوم گرما و کار در سیکل ترمودینامیکی
در فرآیند ترمودینامیکی با دو انرژی مقابل هم روبرو هستیم که هیچ گونه سنخیت و هم نشینی با هم ندارند و نمی‌توانند در یک جایگاه با هم دیگر هم نشین شوند. تفاوتی در چنین سطح وقتی در درون یک دستگاه به کار گرفته می‌شود همراه با اتفاقاتی است.
این دو نیروی مخالف باهم که در داخل دستگاه هستند باعث حرکت هر چه بیشتر مولکول های هوا می‌شوند. این حرکت موجب می‌شود تا هم دیگر را به حرکت درآورند و دائما جای خود را با هم دیگر عوض کنند که موجب ایجاد حرکت در سطح دستگاه و ساطع شدن انرژی در اطراف می‌گردد.
در سیکل ترمودینامیکی گرما و سرما در واقع بودنشان ضروری می‌باشد تا این چرخه به خوبی بتواند خود را ادامه بدهد. در صورت نبودن نیروی رقیب هیچ کدام از دو نیرو توان لازم را نخواهند داشت تا آن انتظاری را که از آنها می‌رود برآورده سازند و موجب حرکت دستگاه شوند.
در سیکل ترمودینامیکی دو نیروی مخالف در واقع لازم و ملزوم هم هستند. این دو نیرو هم علت و هم معلول می‌باشند. کارکرد دستگاه به انرژی ای که از تفاوت سطح آنها ایجاد می‌شود بستگی دارد که به خوبی کارها را در مسیر اصلی خود قرار می‌دهند.
فرآیندهای سیکل ترمودینامیکی
در یک سیکل معمولا فرآیندهای زیادی شکل می‌گیرد تا به خوبی کارها را بر روی ریل خود قرار دهد. این فرآیندها کمک می‌کنند تا چرخه بدون اشتباه و با قدرت هرچه تمام تر بتواند آن چیزی را که مد نظر است به جا بیاورد.
فرآیند دما ثابت: در این فرآیند بخشی از دما بر خلاف دو جریان اصلی ثابت می‌ماند و دخالت چندانی در کارکرد چرخه به وجود نمی‌آورد. در واقع این ثابت ماندن هیچ ضرر و خسارتی به کلیت کار نمی‌زند و احتمال اتفاق افتادنش هست و ایراد به حساب نمی‌آید.
فرآیند فشار ثابت: همان طور که احتمال دمای ثابت هست احتمال اتفاق افتادن فشار ثابت در سیکل ترمودینامیکی وجود دارد که به آن اصطلاحا فرآیند ثابت اطلاق می‌گردد.
فرآیند حجم ثابت: در این اتفاق حجم سیال در درون دستگاه کاملا ثابت می‌ماند و دچار هیچ تغییر نمی‌شود که در واقع لازمه یک چرخه همین است که حجم سیالات دچار کم و کسر نشود.
فرآیند آیرونتروپیک: زمانی که سیستم فرآیندی را شروع کند و میزان آنتروپی در آن ثابت باشد به آن اصطلاحا فرآیند آیرونتروپیک اطلاق می‌شود.
فرآیند آنتالپی ثابت: اگر فرآیندی که در سیکل ترمودینامیکی رخ می‌دهد بدون آنتالپی باشد به آن آنتالپی ثابت می‌گویند.
فرآیند پلی تروپیک: اگر فرآیندی در درون دستگاه رخ دهد که حجم و فشار کاملا ثابت بماند و دچار هیچ تغییری نشود چنین فرآیندی حاصل شده است.
فرآیند بازگشت پذیر: به فرآیندی که هیچ آنتورپی در چرخه وجود ندارد و حرکت سیالات به نقطه آغاز منتهی می‌گردد که رویه صحیح و درستی به حساب می‌آید.
برای مشاهده و بررسی بهترین چیلر ها این صفحه را دنبال کنید.
سیکل ترمودینامیکی توانی:
موتورهای الکتریکی و وسایل نقلیه از این شیوه در جهت حرکت خود بهره می‌بردند. این سیکل ها به دو دسته واقعی و نرمال دسته بندی می‌گردند. دسته بندی سیکل های واقعی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد به علت وجود عوامل غیر ثابتی چون اصطکاک و انواع بازگشت پذیری ها دارای مشکلاتی است. اما سیکل های نرمال به علت قابل اندازه گیری بودن عوامل به مهندسان علوم مکانیک امکان اندازه گیری دقیق را می‌دهد.
این مدل ها را همچنین می‌توان بر اساس نوع کارایی هایی که دارند نیز مورد مطالعه قرار داد و در دسته جدیدی قرار داد. معروف ترین سیکلی که در سیکل ترمودینامیکی مورد توجه قرار دارد مربوط به موتور احتراق داخلی می‌باشد که آن را اتو نام گذاری کرده اند.
همچنین به سیکل های رانکین و استرلینگ و برایتون در موتور بخار و موتورهای گاز و موتورهای داغ در اینجا کاربردهای خود را دارند. در بعضی از این مواردی که از آنها یاد شد موتورها از سیکل اریکسون و رانکین در جهت کارایی بیشتر نیروگاه های گرمایی استفاده می‌کنند.
سیکل پمپ حرارتی:
این سیکل را بیشتر در پمپ های حرارتی و یخچال های خانگی مورد استفاده قرار می‌دهند. مبنای کار این دستگاه ها بر اساس انتقال حرارت از محیط سرد به محیط گرم می‌باشد که موجب تراکنش هایی می‌شود که کمک می‌کند تا این دستگاه ها بتوانند به وظایف تعریف شده خود به خوبی عمل کنند.
شبیه سازی سیستم های واقعی:
در سیکل ترمودینامیکی برای شبیه سازی سیستم های واقعی نیز بهره گرفته می‌شود. با اعمال یک سری تغییرات در سیکل های نرمال می‌توان چنین شبیه سازی ای را ممکن نمود. تجربه ثابت کرده است که یک موتور واقعی چندین فرآیند را با هم دیگر در جهت پیشبرد اهداف تعریف شده انجام می‌دهد. اگر یکی از این فرآیندها به خوبی شکل نگیرد ممکن است اتفاقات در جهتی رخ ندهد که منجر به انجام وظایف از پیش تعریف شده گردد. در واقع با انجام این تغییرات شبیه سازی در بالاترین سطح ممکن می‌شود و به نتیجه قابل قبولی ختم می‌گردد.
سیکل ترمودینامیکی شاخص:
در اکثر سیکل ها چهار فرآیند با هم اتفاق می‌افتد در واقع این چهار فرآیند هستند که کمک می‌کنند تا موتورهای احتراقی در وضعیت نرمال خود به فعالیت ادامه دهند و وظایف مد نظر سازنده خود را به جا بیاورند. بعضی از این سیکل ها ثابت هستند و بعضی از آنها متغیرند که کمک می‌کنند واکنش های درون موتور در جهتی حرکت کند که منجر به اتفاقات مناسب کاری که برایش تعریف شده گردد.
اگر سیکل به خوبی شکل نگیرد چه مشکلی پیش می‌آید؟
جابجایی گرما به سرما و سرما به گرما اگر در موتورهای احتراقی به خوبی شکل نگیرد باعث می‌شود تا دستگاه ها به خوبی نتوانند از پس وظایف تعریف شده خود بر بیاید. در واقع این وظایف در گرو جابجایی این سیالات داخل موتور می‌باشند که به آن کمک می‌کنند تا اتفاقات به گونه ای رقم بخورد تا دستگاه رفتار مناسب با وظیفه ای که برایش تعریف شده است داشته باشد تا اصطلاحا نگویند سیکل ناقص است.
در انتها
همان طور که در مقاله بالا خواندید و دانستید سیکل ترمودینامیکی تاثیر عمیقی بر روی فرآیند موتورها دارد و اگر این فرآیندی که از گرما به سرما و سرما به گرما است به خوبی صورت نگیرد ممکن است دستگاه ها از پس انجام وظایف تعریف شده خود برنیایند و کارایی لازم را نداشته باشند که ایراد بزرگی به حساب می‌آید.
در آخر لازم به ذکر است که شرکت آریا تهویه با سال ها تجربه در زمینه تولید و تعمیر موتور دستگاه های مختلف این آمادگی را دارد تا آنها را برای شما مشتریان عزیز به خوبی سرویس نماید. برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر با شماره های واحد روابط عمومی ما تماس حاصل فرمایید.
