Для гидроэнергетики рабочей жидкостью является газ или жидкость , которая в первую очередь передает силу , движение или механическую энергию . В гидравлике вода или гидравлическая жидкость передает усилие между гидравлическими компонентами, такими как гидравлические насосы , гидроцилиндры и гидромоторы , которые собраны в гидравлические машины , системы гидравлического привода и т. д. В пневматике рабочей жидкостью является воздух или другой газ , передающий силу. между пневматическими компонентами, такими как компрессоры , вакуумные насосы , пневматические цилиндры и пневматические двигатели . В пневматических системах рабочий газ также сохраняет энергию , поскольку он сжимаем. (Газы также нагреваются при сжатии и охлаждаются при расширении; этот побочный тепловой насос используется редко.) (Некоторые газы также конденсируются в жидкости при сжатии и кипят при понижении давления.)
Для пассивной теплопередачи рабочей жидкостью является газ или жидкость, обычно называемая охлаждающей жидкостью или теплоносителем, которая в первую очередь передает тепло в интересующую область или из нее посредством проводимости , конвекции и/или принудительной конвекции (охлаждение перекачиваемой жидкостью , воздушное охлаждение и др.).
Рабочей жидкостью теплового двигателя или теплового насоса является газ или жидкость, обычно называемая хладагентом , хладагентом или рабочим газом, которая в первую очередь преобразует тепловую энергию (изменение температуры) в механическую энергию (или наоборот) путем фазового перехода и/или теплота сжатия и расширения. Примеры использования фазового перехода включают воду↔пар в паровых двигателях и хладагенты в парокомпрессионных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха . Примеры без фазового перехода включают воздух или водород в двигателях с горячим воздухом , таких как двигатель Стирлинга , воздух или газы в тепловых насосах с газовым циклом и т. д. (Некоторые тепловые насосы и тепловые двигатели используют «рабочие тела», такие как резиновые ленты, для эластокалорийной энергии) . охлаждение или термоэластичное охлаждение и никель-титан в прототипе теплового двигателя.)
Рабочие жидкости, кроме воздуха и воды, обязательно рециркулируются в контуре. Некоторые гидравлические и пассивные системы теплопередачи открыты для подачи воды и/или атмосферы, иногда через дыхательные фильтры . Тепловые двигатели, тепловые насосы и системы, использующие летучие жидкости или специальные газы, обычно герметизируются предохранительными клапанами .
Свойства рабочего тела необходимы для полного описания термодинамических систем. Хотя рабочие жидкости обладают многими физическими свойствами, которые можно определить, термодинамических свойств, которые часто требуются при инженерном проектировании и анализе, немного. Наиболее распространенными являются давление , температура , энтальпия , энтропия , удельный объем и внутренняя энергия .
Если известны хотя бы два термодинамических свойства, можно определить состояние рабочего тела. Обычно это делается на диаграмме свойств, которая представляет собой просто график сравнения одного свойства с другим.
Когда рабочая жидкость проходит через технические компоненты, такие как турбины и компрессоры , точка на диаграмме свойств перемещается из-за возможных изменений определенных свойств. Поэтому теоретически можно нарисовать линию/кривую, которая полностью описывает термодинамические свойства жидкости. Однако в действительности это возможно только в том случае, если процесс обратим . В противном случае изменения свойства отображаются пунктирной линией на диаграмме свойств. Эта проблема на самом деле не затрагивает термодинамический анализ, поскольку в большинстве случаев речь идет о конечных состояниях процесса.
Рабочее тело можно использовать для совершения полезной работы , если оно используется в турбине . Кроме того, в термодинамических циклах энергия может подаваться в рабочее тело посредством компрессора . Математическая формулировка этого может быть довольно простой, если мы рассмотрим цилиндр, в котором находится рабочая жидкость. Поршень используется для передачи полезной работы жидкости. С точки зрения механики работа, совершаемая от состояния 1 до состояния 2 процесса, определяется выражением:
где ds — приращение расстояния от одного состояния к другому, а F — приложенная сила. Знак минус вводится, поскольку в данном случае рассматривается уменьшение объема. Ситуация показана на следующем рисунке:
Сила определяется произведением давления в цилиндре на площадь его поперечного сечения, так что
Где A⋅ds = dV — элементарное изменение объема цилиндра. Если из состояния 1 в состояние 2 объем увеличивается, то рабочая жидкость фактически совершает работу над окружающей средой, и это обычно обозначается отрицательной работой. Если объем уменьшается, то работа положительна. Согласно определению, данному с помощью приведенного выше интеграла, проделанная работа представлена площадью под диаграммой давление-объем . Если мы рассмотрим случай, когда мы имеем процесс с постоянным давлением, то работа просто определяется выражением
В зависимости от применения используются различные типы рабочих жидкостей. В термодинамическом цикле может случиться так, что рабочее тело меняет состояние с газа на жидкость или наоборот. Некоторые газы, такие как гелий, можно рассматривать как идеальные газы . Обычно это не относится к перегретому пару, и уравнение идеального газа на самом деле не выполняется. Однако при гораздо более высоких температурах он по-прежнему дает относительно точные результаты. Физические и химические свойства рабочего тела чрезвычайно важны при проектировании термодинамических систем. Например, в холодильной установке рабочая жидкость называется хладагентом. Аммиак является типичным хладагентом и может использоваться в качестве основной рабочей жидкости. По сравнению с водой (которая также может использоваться в качестве хладагента), аммиак использует относительно высокое давление, требующее более надежного и дорогого оборудования.
В стандартных воздушных циклах, как и в газотурбинных циклах, рабочим телом является воздух. В газовой турбине открытого цикла воздух поступает в компрессор, где его давление увеличивается. Таким образом, компрессор передает работу рабочей жидкости (положительная работа). Затем жидкость переносится в камеру сгорания, где на этот раз вводится тепловая энергия посредством сгорания топлива. Затем воздух расширяется в турбине, совершая работу против окружающей среды (отрицательная работа).
Различные рабочие жидкости имеют разные свойства, и при выборе одной из них проектировщик должен определить основные требования. В холодильных установках для обеспечения большой холодопроизводительности требуется высокая скрытая теплота.
В следующей таблице приведены типичные области применения рабочих жидкостей и примеры для каждого из них:
F9R (произносится как F-девятка) показывает маленькую ножку.
Конструкция представляет собой вложенный телескопический поршень с рамкой... Гелий высокого давления.
Должен быть ультралегким.
