Dlaczego cykl termodynamiczny wymaga kondensatora?

Dlaczego musimy skroplić gaz za turbiną lub innym silnikiem cieplnym, aby dostarczyć go z powrotem do grzejnika?

Czy nie byłoby bardziej efektywne podawanie go do grzejnika tak ciepło, jak wychodzi z silnika cieplnego?

Nieco przecząco intuicyjnie nie bardziej efektywne wykorzystanie cieplejszego powietrza (lub dowolnego płynu roboczego) na wlocie do silnika cieplnego. Zadano dwa podobne pytania (i udzielono odpowiedzi) dotyczące pary w cyklu Rankine'a ( tutaj i tutaj ). Mam nadzieję, że to wyjaśnia, dlaczego tak jest.

Oprócz przyczyn wydajności trudno byłoby odzyskać spaliny z czegoś takiego jak silnik odrzutowy lub turbina gazowa, ponieważ płyn roboczy jest również źródłem tlenu do reakcji spalania. Zawartość tlenu w płynie na wlocie zmniejszyłaby się do punktu, w którym niewiele ciepła byłoby generowane.

Spróbuję innego podejścia, które może jest bardziej intuicyjne i mniej „termodynamiczne”. Powiedziawszy to, zdecydowanie powinieneś nauczyć się termodynamiki, ponieważ jest to fajny temat, o którym warto wiedzieć!

W przypadku silnika parowego musisz zrozumieć pojęcie ciśnienie pary : Weź wodę i daj jej wystarczająco dużo czasu, będzie para wodna pod pewnym ciśnieniem powyżej powierzchni wody. Im wyższa temperatura, tym wyższe ciśnienie.

Spójrzmy teraz na silnik parowy:

Różnica ciśnień między punktami 3 i 4 napędza turbinę. Aby występowała duża różnica ciśnień, potrzebna jest duża różnica temperatur. Więc musisz ostygnąć po punkcie 4.
Para również ochładza się podczas rozprężania w turbinie, ale to idzie tak daleko.

To proste wyjaśnienie, które, miejmy nadzieję, pomaga, ale nie zrozumiesz ważnych rzeczy, takich jak sprawność silnika parowego, więc spójrz na termodynamikę, korzystając z linków w innych odpowiedziach.

Kondensator jest ważną częścią cyklu termodynamicznego zmiany fazy w zamkniętej pętli. Cykle termodynamiczne generują energię mechaniczną z transferu energii cieplnej. Transfer jest tutaj kluczowym słowem. Im większe są różnice temperatury w układzie zamkniętej pętli, tym bardziej jest ona skuteczna. Jeśli nie ma różnicy temperatur, nie ma mocy do wydobycia. Polecam czytanie artykuł wiki o termodynamice po więcej informacji. Zobacz też Twierdzenie Carnota .

Wyjaśnię silnik parowy w terminach laika, które mogą pomóc. Spójrz na poniższy obrazek z artykuł wiki maszyny parowej .

W kroku 2 widzimy ciepło dodawane do płynu w kotle, co czyni go gazem. Następnie w kroku 3 rozszerza się przez turbinę, dając nam moc wyjściową. Następnie w kroku 4 potrzebujemy skraplacza do usunięcia ciepła i skroplenia tego rozprężonego gazu z powrotem do płynu. W ten sposób płyn można łatwo pompować niewielką ilością mocy wejściowej do kotła wysokociśnieniowego. Pompa i turbina mają mniej więcej taki sam spadek ciśnienia na nich, ale ponieważ znacznie większa objętość przemieszcza się przez turbinę, wytwarza ona więcej mocy niż zużywana przez pompę.

I odwrotnie, gdybyśmy próbowali nie skondensować gazu i nie przepompować go z powrotem do kotła, potrzeba by więcej energii na jego pompowanie, niż wydostaniemy się z turbiny.