چرخه کارنو در مقابل رانکین
چرخه کارنو و چرخه رانکین دو چرخه ای هستند که در ترمودینامیک مورد بحث قرار می گیرند. اینها در موتورهای حرارتی مورد بحث قرار می گیرند. موتورهای حرارتی وسایل یا مکانیزم هایی هستند که برای تبدیل گرما به کار استفاده می شوند. چرخه کارنو یک چرخه نظری است که حداکثر بازدهی را که می توان توسط یک موتور به دست آورد را به دست می دهد. چرخه رانکین یک چرخه عملی است که می توان از آن برای محاسبه موتورهای واقعی استفاده کرد. برای برتری در ترمودینامیک و هر زمینه مرتبط با آن، داشتن درک مناسب در این دو چرخه حیاتی است. در این مقاله قصد داریم به بررسی چرخه کارنو و چرخه رانکین، تعاریف، کاربردهای آنها، شباهت های چرخه کارنو و چرخه رانکین و در نهایت تفاوت چرخه کارنو و چرخه رانکین بپردازیم.
چرخه کارنو چیست؟
چرخه کارنو یک چرخه نظری است که یک موتور حرارتی را توصیف می کند. قبل از توضیح چرخه کارنو، چند اصطلاح باید تعریف شوند. منبع گرما به عنوان یک دستگاه دمای ثابت تعریف می شود که گرمای بی نهایت را ارائه می دهد. هیت سینک یک دستگاه با دمای ثابت است که بدون تغییر دما مقدار بی نهایت گرما را جذب می کند. موتور دستگاه یا فرآیندی است که گرما را از منبع گرما به کار تبدیل می کند. چرخه کارنو از چهار مرحله تشکیل شده است.
1. انبساط همدما برگشت پذیر گاز - موتور از نظر حرارتی به منبع متصل است. در این مرحله گاز در حال انبساط گرما را از منبع جذب می کند و روی محیط اطراف کار می کند. دمای گاز ثابت می ماند.
2. انبساط آدیاباتیک برگشت پذیر گاز - سیستم آدیاباتیک است به این معنی که انتقال حرارت امکان پذیر نیست. موتور از منبع خارج شده و عایق شده است. در این مرحله گاز هیچ گرمایی از منبع جذب نمی کند. پیستون به کار روی محیط اطراف ادامه می دهد.
3. فشرده سازی همدما برگشت پذیر - موتور روی سینک قرار می گیرد و از نظر حرارتی در تماس است. گاز به گونه ای فشرده می شود که اطراف در حال انجام کار بر روی سیستم است.
4. فشرده سازی آدیاباتیک برگشت پذیر - موتور از سینک خارج شده و عایق بندی می شود. اطراف به کار روی سیستم ادامه می‌دهد.
در چرخه کارنو، کل کار انجام شده با تفاوت بین کار انجام شده بر روی محیط اطراف (مرحله 1 و 2) و کار انجام شده توسط محیط اطراف (مرحله 3 و 4) به دست می آید. چرخه کارنو کارآمدترین موتور حرارتی در تئوری است. کارایی چرخه کارنو فقط به دمای منبع و سینک بستگی دارد.
چرخه رانکین چیست؟
چرخه رانکین نیز چرخه ای است که گرما را به کار تبدیل می کند. چرخه رانکین چرخه ای است که عملاً برای سیستم های متشکل از یک توربین بخار استفاده می شود. چهار فرآیند اصلی در چرخه رانکین وجود دارد
1. تبدیل سیال به فشار بالا از فشار کم
2. حرارت دادن سیال فشار قوی به بخار
3. بخار از طریق یک توربین منبسط می شود و توربین را می چرخاند و در نتیجه نیرو تولید می کند
4. بخار دوباره داخل کندانسور خنک می شود.
تفاوت بین چرخه کارنو و چرخه رانکین چیست؟
• چرخه کارنو یک چرخه نظری است در حالی که چرخه رانکین یک چرخه عملی است.
• چرخه کارنو حداکثر کارایی را در شرایط ایده آل تضمین می کند، اما چرخه رانکین عملکرد را در شرایط واقعی تضمین می کند.
• راندمان به دست آمده توسط چرخه رانکین همیشه کمتر از چرخه کارنو است.
