Цикли теплових машин — це ідеальні або реальні термодинамічні процеси, які описують роботу машин, що перетворюють теплову енергію на механічну. Основна мета таких машин — отримання корисної роботи з тепла, яке передається від гарячого джерела до холодного.
1. Цикл Карно (ідеальний цикл)
- Складається з: 2 ізотермічних і 2 адіабатичних процесів.
- Це теоретично найефективніший цикл, але в реальності не реалізується через ідеалізовані умови.
- Коефіцієнт корисної дії (ККД) циклу Карно: η = 1 – (T_хол / T_гар), де T_хол — температура холодного джерела (у Кельвінах),
T_гар — температура гарячого джерела (у Кельвінах).
2. Цикл Отто (бензиновий двигун внутрішнього згоряння)
- Складається з: 2 адіабатичних і 2 ізохоричних (ізобарний об’єм) процесів.
- Використовується в бензинових двигунах внутрішнього згоряння.
- Робоче тіло — газ, який стискається, потім відбувається займання палива і розширення.
- Типовий ККД: близько 25–30% у легкових автомобілях.
3. Цикл Дізеля (дизельний двигун)
- Складається з: 2 адіабатичних, 1 ізобаричного і 1 ізохоричного процесів.
- Спалювання палива відбувається при сталому тиску.
- Використовується в дизельних двигунах, зокрема в транспорті та промисловості.
- Має вищий ККД порівняно з циклом Отто — до 30–40%.
4. Цикл Ренкіна (парові турбіни)
- Складається з: 2 ізобаричних і 2 адіабатичних процесів.
- Основний цикл у парових турбінах, які працюють на ТЕС (теплових електростанціях).
- Робоче тіло: вода і водяна пара.
- Компоненти циклу: котел (нагрівання), турбіна (розширення), конденсатор (охолодження), насос (стискання).
5. Цикл Брайтона (Юліуса-Томсона)
- Складається з: 2 адіабатичних і 2 ізобаричних процесів.
- Використовується в газових турбінах, реактивних двигунах, авіаційній техніці.
- Робоче тіло — повітря або газ, який стискається компресором, потім нагрівається, розширюється в турбіні та віддає енергію.
Спільні риси теплових циклів:
- Для роботи потрібні два теплові резервуари — гаряче і холодне джерело.
- Частина тепла завжди втрачається — відповідно до другого закону термодинаміки.
- Жодна теплова машина не має ККД 100%, окрім ідеального циклу Карно, який недосяжний на практиці.