Степень сжатия является характеристическим параметром, определяющим КПД тепловых машин.

С тем, что приведенные положения содержат новизну и позволяют уточнить положения термодинамики, согласились несколько теоретиков. Другая часть объявила их бессмысленными. По их утверждениям в массовом двигателестроении последних лет наметилась тенденция ухода от высоких степеней сжатия. Так, наиболее оптимальными степенями сжатия для дизелей считаются величины ε;=13,5-17. По их мнению, такие величины степеней сжатия при нормальных скоростях нарастания давления в цилиндре позволяют при относительно неплохих величинах эффективного КПД, обеспечить стабильную работу и большой ресурс двигателей. Поэтому «выпячивание» роли и значения степени сжатия, придание ему «термодинамического» статуса не оправдано.

Комментарий:

По данному поводу между нами и Н.А. Иващенко прошла следующая дискуссия (ответы Н.А. Иващенко даются курсивом):

«Всем известно, что термический КПД цикла Стирлинга равен термическому КПД цикла Карно. Есть и другие циклы, обладающие тем же свойством, невзирая на то, что они состоят из других процессов».

ИГА: «Не важно из каких других процессов состоит цикл. Важен принимаемый нами постулат термодинамики -все процессы идеального газа равновесны. Этот постулат делает вывод о равенстве термического КПД идеальных циклов аксиомой».

«Для Вас – это аксиома. Остальные, даже двоечники-студенты, видят разницу в величинах термического КПД цикла Карно и, например, цикла с подводом теплоты при P=Const. И все понимают, почему это так. Потому что циклы состоят из разных процессов».

«Умница», идеальные циклы все обратимые! И Карно, и V=Const, и P=Const и многие другие, в том числе и Ваш любимый «ущербный».

(Примечание: Разный результат, потому что процессы разные. Странно. Куда в таком случае деть постулат термодинамики о том, что изменение внутренней энергии не зависит от вида совершаемого процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы?).

ИГА: «К термодинамическим процессам идеального газа применяется одно допущение- они равновесны. Согласно «Теплотехнике» (стр. 25-26), равновесность- это отсутствие разности между одноименными интенсивными величинами параметров состояния (потенциалов). Равновесность означает, что при условии ε=const, соотношение между количеством теплоты Q₁, превращаемой в работу, и количеством теплоты Q₂, отводимой холодному источнику, будет одинаковым независимо от вида процесса.

Если это так, то как термический КПД одного идеального цикла может быть меньше или больше чем у другого идеального цикла?».

«А потому, что в разных процессах в работу превращается разное количество теплоты и разное количество теплоты отводится. Не видеть этого – надо уметь или не хотеть. В «ущербном» смешанном цикле в районе ВМТ вырезается целый прямоугольник. Поэтому по сравнению с нормальным смешанным циклом «ущербный» всегда имеет меньшую работу цикла и меньшую величину термического КПД (при равных степенях сжатия и максимальных давлениях цикла). А Вы туда зовете все человечество. Спасибо!».

Дискуссия на эту тему не была доведена до конца. После некоторых наших дополнительных вопросов Н.А. Иващенко ответил: «В термодинамике Вы величина, близкая к нулю. Да и я недалеко ушел. Не Вам и мне наводить порядок в термодинамике. Наведите сначала порядок в своей голове. В ней дикий, непроглядный туман. И самое главное, на термодинамике идеальных циклов далеко не уедешь».

После наведения порядка в голове, считаем, что можно дать следующие пояснения: 1. Если авторитетнейший специалист теории ДВС не видит разницы между идеальным (И Карно, и V=Const) и теоретическим циклом (P=Const), то это говорит о том, что вопрос классификации циклов давно назрел. 2. «И самое главное, на термодинамике идеальных циклов далеко не уедешь»- правильно. Поэтому надо изучать и анализировать термодинамические, теоретические и остальные циклы. Но то, что без термодинамики идеальных циклов вообще никуда не уедешь - факт бесспорный. 3. «В «ущербном» смешанном цикле в районе ВМТ вырезается целый прямоугольник» - точно так же считают многие теоретики, с которыми приходилось обсуждать данный вопрос. Но можно ли в термодинамике просто так «вырезать» кусок от площади SТ -диаграммы? Разумеется, можно. Но только должно быть объяснено, куда и в каком виде ушла энергия, заключенная в вырезанной площади. И тогда окажется, что: а) на основе первого закона термодинамики энергия, заключенная в вырезанной площади, из цикла не исчезла; б) на основе второго закона термодинамики энергия «вырезанного прямоугольника» будеттоже частью превращена в работу, а частью отведена холодному источнику; в) на основе постулата о равновесности «вырезанная» часть энергии в результате перехода к другому термодинамическому процессу идеального газа будет преобразована в работу и отведена холодному источнику точно в тех же соотношениях, что и остальная часть энергии цикла. То есть, «вырезанный» из одного участка диаграммы «прямоугольник» не выбрасывается из работы цикла (не уменьшает площадь), а входит в нее, сдвинув линию расширения вправо от вертикальной оси координат.

Согласно «Теплотехнике» (стр. 27) «Процесс называется обратимым, если после его совершения сначала в прямом, а затем в обратном направлении все участвующие в нем объекты возвращаются к своему исходному состоянию.

Изменения, произошедшие с объектами, участвующими в прямом неравновесном процессе, не могут быть полностью устранены при совершении процесса противоположного направления. Поэтому такие изменения называют необратимыми, а сам прямой процесс- необратимым».

«Разомкнув» замкнутый цикл, термодинамика решила вопрос о том, как увеличить разность используемых в циклах интенсивных величин (увеличение термодинамического потенциала циклов). В результате «размыкания» из-за невозможности совершения обратного процесса система теряет свойство равновесности и обратимости. Но процессы идеального газа в таком цикле не теряют свойства равновесности. Удаление из системы рабочего тела лишает систему возможности совершить обратный процесс. Но удаление из системы рабочего тела на завершающем этапе цикла не может лишить предшествовавшие ему процессы идеального газа признака равновесности.

В термодинамике существует общепринятая формулировка: в заданном интервале температур термический КПД цикла Карно является наивысшим. В подоплеке формулировки присутствует мысль, что подвод теплоты по изотерме обеспечит наивысший КПД цикла. Но КПД цикла не может зависеть от вида процесса идеального газа. Т=const является условием, при котором подводится теплота и совершается работа расширения. Точно так же в других циклах Р=const, V=const являются условиями, которыми может обставляться процесс подвода теплоты и преобразования свободной энергии в работу. Если рабочее тело является идеальным газом, условия процесса становятся равновесными и при одинаковом количестве работы сжатия результаты процессов будут одинаковыми. Основным и единственным фактором, определяющим конечный результат процессов с идеальным рабочим телом, является количество работы сжатия, которая, создавая интервал температур, давлений и объемов наделяет рабочее тело дополнительной способностью к расширению. Поэтому, если количество работы сжатия сравниваемых идеальных процессов равно, равным будет и результат преобразования. Из этого вытекают следующие аксиомы термодинамики: