Η αποτελεσματικότητα των κινητήρων θερμότητας. Η αποτελεσματικότητα της θερμικής μηχανής - Τύπου

Η σύγχρονη πραγματικότητα απαιτεί μηχανές θερμότητας ευρεία λειτουργία. Πολυάριθμες προσπάθειες για να τους αντικαταστήσει με ηλεκτρικούς κινητήρες, ενώ υποβάλλονται σε αποτυχία. Τα προβλήματα που σχετίζονται με τη συσσώρευση της ενέργειας σε αυτόνομα συστήματα, λύνονται με μεγάλη δυσκολία.

Εξακολουθούν να ισχύουν τα προβλήματα της τεχνολογία κατασκευής μπαταριών ενέργειας που βασίζονται σε μακροχρόνια χρήση τους. χαρακτηριστικά την ταχύτητα των ηλεκτρικών οχημάτων απέχουν πολύ από εκείνα τα αυτοκίνητα, μηχανές εσωτερικής καύσης.

Τα πρώτα βήματα για τη δημιουργία υβριδικών κινητήρων μπορεί να μειώσει σημαντικά τις επιβλαβείς εκπομπές στα μεγάλα αστικά κέντρα, την επίλυση των περιβαλλοντικών προβλημάτων.

Μια μικρή ιστορία

Η δυνατότητα μετατροπής της ενέργειας του ατμού σε κινητική ενέργεια έχει γίνει γνωστό από τους αρχαίους χρόνους. 130 π.Χ: Ο φιλόσοφος Γέροντα Aleksandriysky παρουσιάστηκε στο παιχνίδι με ατμό κοινό - eolipil. Σφαίρα γεμάτο με ατμό, τέθηκε σε εκ περιτροπής κάτω από την επιρροή που προέρχονται από πίδακες της. Αυτό το πρωτότυπο του σύγχρονου τουρμπίνα ατμού κατά τη στιγμή της αίτησης δεν βρέθηκε.

Για πολλά χρόνια, και την ανάπτυξη φιλόσοφος αιώνα θεωρήθηκε απλά ένα διασκεδαστικό παιχνίδι. Στο 1629 η ιταλική Δ Branca δημιούργησε μια δυναμική τουρμπίνα. Ζευγάρια θέσει σε κίνηση τον δίσκο εφοδιασμένο με πτερύγια.

Από εκείνη τη στιγμή άρχισε η ραγδαία ανάπτυξη των κινητήρων ατμού.

θερμική μηχανή

Ο μετασχηματισμός της εσωτερικής ενέργειας του καυσίμου εντός του ενέργεια της κίνησης των εξαρτημάτων μηχανών και μηχανισμών που χρησιμοποιούνται σε μηχανές θερμότητας.

Κύρια μέρη μηχανών: ένας θερμαντήρας (σύστημα που λαμβάνει ενέργεια από το εξωτερικό), το σώμα εργασίας (εκτελεί μια ευεργετική επίδραση), ψυγείο.

Η θερμάστρα έχει σχεδιαστεί για το εργαζόμενο ρευστό να συσσωρεύονται αρκετά αποθέματα της εσωτερικής ενέργειας για το χρήσιμο έργο. Ψυγείο αφαιρεί την υπερβολική ενέργεια.

Το κύριο χαρακτηριστικό της απόδοσης ονομάζεται την αποδοτικότητα των μηχανών θερμότητας. Η ποσότητα αυτή δείχνει τι μέρος της ενέργειας που δαπανάται για τη θέρμανση το πέρασε για την εκτέλεση χρήσιμο έργο. Όσο υψηλότερη είναι η απόδοση, η πλεονεκτική λειτουργία της μηχανής, αλλά αυτή η τιμή δεν μπορεί να υπερβαίνει το 100%.

Υπολογισμός της απόδοσης

Ας θερμοσίφωνα εξωτερικά αποκτήσει ενέργεια ίση με Q _1. Εργαλεία σώμα δεσμευτεί εργασίας Α, ενώ η ενέργεια που δίνεται ψυγείο ήταν Q _2.

Με βάση τον προσδιορισμό, υπολογίζουμε την τιμή απόδοσης:

η = A / Q _1. Υποθέτουμε ότι A = Q ₁ - Q _2.

Εξ ου και η απόδοση της θερμικής μηχανής, ο τύπος του οποίου δίνεται από η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, επιτρέπει τα ακόλουθα συμπεράσματα:

• Αποδοτικότητα δεν μπορεί να υπερβαίνει το 1 (ή 100%)?
• να μεγιστοποιηθεί η ποσότητα αυτή πρέπει να αυξηθεί είτε στην ενέργεια που λαμβάνεται από ένα θερμαντήρα, ή μια μείωση της ενέργειας δεδομένου ψυγείο?
• αυξάνοντας τη δύναμη θερμάστρα επιτευχθεί μια αλλαγή της ποιότητας των καυσίμων?
• μείωση της ενεργειακής, δίνει το ψυγείο, αφήστε το να επιτύχουν τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των κινητήρων.

Μια ιδανική μηχανή θερμότητας

Είναι η δημιουργία μιας τέτοιας μηχανής είναι δυνατόν, η απόδοση των οποίων θα είναι η μέγιστη (σε ένα ιδανικό - ίσο με το 100%); Βρείτε την απάντηση στο ερώτημα αυτό προσπάθησε να Γάλλος φυσικός και ένας ταλαντούχος μηχανικός Sadi Carnot. Το 1824 κυκλοφόρησαν θεωρητικούς υπολογισμούς του σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν στα αέρια.

Η βασική ιδέα που ενσωματώνονται στο ιδανικό μηχάνημα μπορεί να θεωρηθεί η συμπεριφορά αναστρέψιμες διαδικασίες με ιδανικό αέριο. Ξεκινώντας με διαστολή του ισοθερμικά αερίου σε θερμοκρασία Τ _1. Η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για το σκοπό αυτό, - Q _1. Μετά την αερίου χωρίς επέκταση θερμότητας (μια αδιαβατική διαδικασία). Μετά την επίτευξη της θερμοκρασίας Τ _2, το αέριο συμπιέζεται ισόθερμα με πέρασμα του ψυγείου ενέργεια Q _2. επιστροφής αερίων στην αρχική του κατάσταση γίνεται αδιαβατικά.

Η αποτελεσματικότητα μιας ιδανικής μηχανή καρνό με τον ακριβή υπολογισμό είναι ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της συσκευής θέρμανσης και ψύξης σε μία θερμοκρασία, η οποία έχει ένα θερμαντήρα. Μοιάζει με αυτό: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Πιθανές θερμική απόδοση της μηχανής, η οποία σύνθεση έχει τη μορφή: η = 1 - Τ ₂ / Τ _1, εξαρτάται μόνο από την αξία των θερμαντήρα και χαμηλότερες θερμοκρασίες και δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 100%.

Επιπλέον, η σχέση αυτή επιτρέπει στο άτομο να αποδείξει ότι η αποδοτικότητα των κινητήρων θερμότητας μπορεί να είναι ίση προς τη μονάδα μόνο όταν το ψυγείο απόλυτο μηδέν θερμοκρασία. Όπως είναι γνωστό, η τιμή αυτή είναι ανέφικτη.

Θεωρητικούς υπολογισμούς Carnot επιτρέπουν να προσδιοριστεί η μέγιστη απόδοση μιας θερμικής μηχανής οποιουδήποτε σχεδιασμού.

θεώρημα Αποδεδειγμένη Carnot έχει ως εξής. Αυθαίρετες θερμική μηχανή σε καμία περίπτωση σε θέση να έχουν απόδοση μεγαλύτερη από τις ίδιες τιμές του ιδανικού αποδοτικότητας θερμικής μηχανής.

Ένα παράδειγμα της επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1. Ποια αποτελεσματικότητα ενός ιδανικού θερμική μηχανή, όταν η θερμοκρασία του θερμαντήρα είναι 800 C και ^η θερμοκρασία του ψυγείου 500 ^C κάτω;

Τ ₁ = 800 ^{° C} = 1073 Κ, ΔΤ = 500 ^{° C} = 500 Κ, η -;

λύση:

Εξ ορισμού: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Εμείς δεν δόθηκαν θερμοκρασία του ψυγείου, αλλά ΔΤ = (T ₁ - T _2), ως εκ τούτου:

η = ΔΤ / Τ ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Απάντηση: απόδοση = 46%.

Παράδειγμα 2. Προσδιορίζεται η απόδοση ενός ιδανικού θερμική μηχανή, εάν λόγω της ενέργειας που αποκτήθηκαν θερμαντήρα ένα kilojoules εκτελείται χρήσιμο έργο 650 J. Ποια είναι η θερμοκρασία του θερμαντήρα της θερμικής μηχανής, εάν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού -. 400 Κ;

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J Α = 650 J, Τ ₂ = 400 Κ, η - ?, Τ ₁ =;

λύση:

Σε αυτό το έργο, είναι μια θερμική εγκατάσταση, η αποτελεσματικότητα των οποίων μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο:

η = A / Q _1.

Για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του θερμαντήρα, χρησιμοποιώντας τον τύπο της αποδοτικότητας ενός ιδανικού κινητήρα θερμότητας:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - Τ ₂ / Τ _1.

Εκτέλεση μαθηματικών μετασχηματισμών, παίρνουμε:

Τ ₁ = Τ ₂ / (1- η).

Τ ₁ = Τ ₂ / (1- A / Q _1).

Υπολογίζουμε:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

Τ = 400 Κ ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Απάντηση: η = 65%, T = ₁ 1142,8 K.

πραγματικές συνθήκες

Ένα ιδανικό θερμικός κινητήρας σχεδιαστεί με τις ιδανικές διεργασίες. Η εργασία εκτελείται μόνο σε ισοθερμικές διαδικασίες, αυτό ορίζεται ως η περιοχή που οριοθετείται από τη γραφική παράσταση του κύκλου Carnot.

Στην πραγματικότητα, για να δημιουργήσει τις προϋποθέσεις για τη ροή των αλλαγών κατάστασης του φυσικού αερίου στη διαδικασία, χωρίς να συνοδεύεται από αλλαγές στη θερμοκρασία δεν μπορεί να είναι. Δεν τέτοιων υλικών, τα οποία θα απέκλειε την ανταλλαγή θερμότητας με τα γύρω αντικείμενα. Αδιαβατική διαδικασία γίνεται αδύνατο να πραγματοποιηθεί. Στην περίπτωση της θερμοκρασίας του αερίου εναλλαγής θερμότητας πρέπει να αλλάξει αναγκαστικά.

Η απόδοση των θερμικών μηχανών που δημιουργήθηκε σε πραγματικές συνθήκες διαφέρουν σημαντικά από την ιδανική απόδοση των κινητήρων. Σημειώστε ότι η ροή των διαδικασιών σε πραγματικό κινητήρες συμβαίνει τόσο γρήγορα ώστε η μεταβολή της εσωτερικής θερμικής ενέργειας του εργάζονται ουσίας στη διαδικασία της αλλαγής της έντασης δεν μπορεί να αντισταθμιστεί από εισροή ποσότητα θερμότητας ενός θερμαντήρα και έναν ψύκτη επιστροφής.

Άλλες μηχανές θερμότητας

Ρεάλ κινητήρες λειτουργούν σε διαφορετικούς κύκλους:

• διαδικασία σταθερό όγκο κύκλου Otto με αδιαβατική αλλαγή, δημιουργώντας ένα κλειστό βρόχο?
• Diesel ισοβαρής κύκλο, αδιαβατική, ισόχωρου, αδιαβατική?
• ένας αεριοστρόβιλος: διαδικασία συμβαίνει σε σταθερή πίεση, αδιαβατική αντικατέστησε κλείνει το βρόχο.

Δημιουργία διαδικασιών ισορροπία σε πραγματικές μηχανές (να τους φέρει πιο κοντά στο ιδανικό) στη σύγχρονη τεχνολογία δεν είναι δυνατή. Αποδοτικότητα των κινητήρων θερμότητας είναι σημαντικά χαμηλότερη, ακόμη και με τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας όπως και στην ιδανική ρύθμιση θερμοκρασίας.

Αλλά δεν είναι απαραίτητο να μειωθεί η αποτελεσματικότητα τύπο υπολογισμού του ρόλου του κύκλου Carnot, όπως είναι, να γίνει ένα σημείο αναφοράς στη διαδικασία για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των πραγματικών κινητήρων.

Τρόποι για να αλλάξετε την αποτελεσματικότητα

Μέσα από τη σύγκριση των ιδανικών και των πραγματικών θερμικές μηχανές, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η τελευταία θερμοκρασία του ψυγείου δεν μπορεί να είναι αυθαίρετη. Συνήθως ψυγείο πιστεύουν ότι η ατμόσφαιρα. Για να ληφθεί η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας μπορεί μόνο κατά προσέγγιση υπολογισμούς. Η εμπειρία δείχνει ότι η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού είναι το καυσαέριο σε μηχανές, όπως συμβαίνει σε μηχανές εσωτερικής καύσης (συντετμημένο ως DVS).

DIC - το πιο κοινό στον κόσμο μας της θερμικής μηχανής. κινητήρα θερμική απόδοση σε αυτή την περίπτωση εξαρτάται από τη θερμοκρασία που δημιουργείται από την καύση του καυσίμου. Η ουσιαστική διαφορά από τις μηχανές ατμού DIC είναι οι λειτουργίες θερμαντήρα σύντηξης και το λειτουργικό σώμα της συσκευής σε ένα μίγμα αέρα-καυσίμου. Καύση μίγμα δημιουργεί πίεση για τα κινούμενα μέρη του κινητήρα.

Η αύξηση της θερμοκρασίας του αερίου εργασίας επιτυγχάνεται, αλλάζει σημαντικά τις ιδιότητες του καυσίμου. Δυστυχώς, είναι αδύνατο να κάνουμε χωρίς όριο. Οποιοδήποτε υλικό κατασκευής του θαλάμου καύσης του κινητήρα έχει σημείο τήξης του. Η θερμική αντίσταση των υλικών αυτών - το βασικό χαρακτηριστικό του κινητήρα, καθώς και να επηρεάσει σημαντικά την αποδοτικότητα.

απόδοση αξίες κινητήρα

Αν λάβουμε υπόψη το ατμοστροβίλου, η θερμοκρασία της εισόδου του ατμού εργασίας η οποία είναι ίση με 800 Κ, και τα καυσαέρια - 300 Κ, η απόδοση της μηχανής είναι ίση με το 62%. Στην πραγματικότητα, όμως, η τιμή αυτή δεν υπερβαίνει το 40%. Αυτή η μείωση συμβαίνει λόγω της απώλειας θερμότητας κατά τη διάρκεια της στέγασης θέρμανσης στροβίλου.

Η υψηλότερη τιμή του αποτελεσματικότητα των κινητήρων εσωτερικής καύσης δεν υπερβαίνει το 44%. Η αύξηση αυτής της τιμής - το ζήτημα της στο εγγύς μέλλον. Αλλαγή των ιδιοτήτων των υλικών, καυσίμων - αυτό είναι ένα πρόβλημα κατά το οποίο απασχολεί τα καλύτερα μυαλά της ανθρωπότητας.