Съвременните реалности изискват обширен работа на топлинните машини.Многобройни опити да ги заменят с електрически двигатели е в процес на провал.Проблемите, свързани с натрупването на електрическа енергия в автономни системи се решават с голяма трудност.
все още актуални въпроси от технологични батерии производство на електроенергия на базата на тяхната дългосрочна употреба.Скоростни характеристики на електрическите превозни средства са далеч от тези на двигателите на автомобилите с вътрешно горене.
първи стъпки в създаването на хибридни двигатели могат значително да намалят вредните емисии в градски райони, за решаване на проблемите на околната среда.
малко история
възможност за конвертиране на парна енергия в кинетична енергия е била известна още от древността.130 BC: Философ Херон представен на зрителите парна играчка - eolipil.Sphere изпълнен с пара, дойде при въртене под действие на джетове, произтичащи от него.Този прототип на съвременния парната турбина в момента не беше намерен заявлението.
много години и векове на развитие на философа считат забавна играчка.През 1629 италианската D. Бранка създаден инициативен турбина.Steam задвижи диска снабден с остриета.
Оттогава бързото развитие на парни двигатели.
топлинен двигател
трансформация на вътрешната енергия в енергията на движение на машинни части и механизми, използвани в топлинни двигатели.
Основни части: нагревател (система за получаване на енергия от външната страна), работен орган (прави благоприятен ефект), хладилник.
отоплител е предназначен за работната течност да се натрупват достатъчно запас от вътрешната енергия за полезна работа.Хладилник премахва излишната енергия.
основна характеристика ефективност нарича ефективността на топлинните машини.Тази стойност показва колко енергия изразходват за отопление се изразходва за полезна работа.Колкото по-висока ефективност, по-изгодно работата на машината, но тази стойност не може да надвишава 100%.Ефективност
Изчисляване
Нека нагревателя са закупени от външен енергия, равна на Q1.Работа тялото си свършат работата А, докато хладилника енергия Посветено е Q2.
Въз основа на определението, изчислява размера на ефективност:
η = A / Q1.Предполагаме, че A = Q1 - Q2.
Следователно ефективността на топлинен двигател, формулата има форма η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, следните изводи:
- ефективност не може да надвишава 1 (или 100%);
- да увеличите тази стойност, трябва или да увеличи размера на получената от нагревателя, или намаляване на енергията, енергията, даде хладилника;
- увеличение на енергийната нагревател работа, за да се промени качеството на горивата;
- намали енергийната дадена хладилника, позволяват да се постигне проектните характеристики на двигателите.
идеален топлинен двигател
възможнода се създаде такъв двигател, ефективността на които ще бъде максимум (в идеална - равен на 100%)?Намери отговора на този въпрос се опита да френският физик и талантлив инженер Сади Карно.През 1824 година са били освободени неговите теоретични изчисления на процеси в газове.
основна идея, присъща на идеалната машина може да се счита за извършване обратими процеси с идеален газ.Започнете с изотермично разширяване на газа при температура Т1.Количеството топлина, необходима за тази цел, - Q1.Когато газът се разширява, без топлина (адиабатен процес).Достигайки температура Т2, газът се компресира изотермично, прехвърляха хладилник енергия Q2.Връщането на газа в първоначалното му състояние се извършва адиабатно.
ефективност на идеалната Карно топлинен двигател с точно изчисление е съотношението на температурната разлика между отопление и охлаждане устройства за температура, който е с нагревател.Той изглежда така: η = (T1 - T2) / T1.
възможно ефективност на топлинен двигател, формулата има формата: η = 1 - T2 / T1, зависи само от температурата на нагревателя и охладителя и не може да бъде повече от 100%.
Освен това, тази връзка ни позволява да се докаже, че ефективността на топлинните машини може да бъде равна на единство, само когато хладилник абсолютната нула температура.Както е известно, тази стойност е недостижима.
теоретични изчисления позволяват да се определи максималната Карно ефективността на топлинен двигател на всеки дизайн.
Доказана теорема на Карно е както следва.Произволно топлинен двигател, при никакви обстоятелства не могат да имат ефективност на повече от същите ефективни идеална топлинна двигателя.
Пример решаване
Пример 1. Каква е ефективността на идеален топлинен двигател, когато температурата на нагревателя е 800 ° C, а температурата под 500 ° C в хладилника?
T1 = 800 ° C = 1073 K, ΔT = 500 ° C = 500 K, η -?
Решение:
По дефиниция: η = (T1 - T2) / T1.
Ние не бяха дадени на температурата на хладилника, но ΔT = (T1 - T2), следователно:
η = ΔT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Отговор: ефективност = 46%.
Пример 2. определите ефективността на идеален топлинен двигател, ако се дължи на придобиването на една килоджаула енергия нагревател се извършва полезна работа 650 J. Каква е температурата на топлинна двигателя на нагревателя, когато температурата на охлаждащата течност - 400 K?
Q1 = 1 кДж = 1,000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Решение:
През този проблем ние говорим за настройката на топлина, ефективността на който може да се изчисли по формулата:
η = A / Q1.
да се определи температурата на използване нагревател формула ефективността идеалното топлинен двигател:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
завършени математически преобразувания, получаваме:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Изчисляваме:
η = 650 J / 1000 J = 0.65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 К.
Отговор: η = 65% T1 = 1142,8 К.
действителни условия
идеален топлинен двигател проектиран да посрещнеидеални процеси.Работата се извършва само в процесите на изотермични, неговата стойност се определя като зоната, ограничена от графиката на цикъла на Карно.
Всъщност, за да се създадат условия за промяна на състоянието на технологичния газ, без да са придружени промени в температурата не е възможно.Не са такива материали, които биха попречили на топлообмена с околните предмети.Адиабатен процес става невъзможно да се извърши.При температура за пренос на топлина на газа трябва да бъде променена.
ефективност на топлинните машини, създадени в реални условия се различават значително от идеалния ефективността на двигателите.Имайте предвид, че този процес в реални двигатели е толкова бързо, че промяната на вътрешния топлинната енергия на работното вещество в процеса на промяна на обема му не може да се компенсира от притока на топлина сума от нагревателя и да се върнете в хладилника.
Други топлинни двигатели
истинските двигатели работят на различни цикли:
- Ото цикъл: процесът по постоянни промени обем адиабатни, създавайки порочен кръг;
- цикъл Diesel: изобар, адиабатно, isochor, адиабатно;
- газова турбина: процес, който протича при постоянно налягане, се заменя с адиабатно затваря цикъла.
Създаване равновесни процеси в реални двигатели (с цел да ги доближи до идеала) в условията на съвременните технологии не е възможно.Ефективност на топлинните машини е значително по-ниска, дори със същите температурни условия, както и в създаването на идеалната топлина.
Но не се намали ролята на формулата изчисляване на ефективността на цикъла на Карно, тъй като тя се превръща в отправна точка в процеса, за да се подобри ефективността на истинските двигатели.
начини за промяна на ефективността
Сравнявайки идеални и реални топлинни двигатели, следва да се отбележи, че температурата на хладилника не може да бъде последният от двамата.Обикновено се счита атмосфера хладилник.Вземете температурата на атмосферата може само приблизителни изчисления.Опитът показва, че температурата на охлаждащата течност, равна на температурата на изгорелите газове в двигателя, както е в случая на двигатели с вътрешно горене (съкратено DVS).
ICE - най-често в нашия свят на топлинен двигател.Ефективност топлинен двигател в този случай зависи от температурата, създадена чрез изгаряне на гориво.Съществената разлика от парната машина е синтез функциите на машината и работна течност нагревател устройство в смес въздух-гориво.Горене, сместа създава натиск върху движещите се части на двигателя.
Повишаване на температурата на газовете се постига чрез промяна на свойствата на горивото значително.За съжаление, не е възможно да го направя за неопределено време.Всеки материал, който е направен от горивната камера на двигателя, има точка на топене.Топлинно съпротивление на материалите - основните характеристики на двигателя, както и способността да оказват съществено влияние върху ефективността.
стойности на ефективност на двигателя
Ако ние считаме, парната турбина, температурата на входа работи пара, която е 800 K, и на отработилите газове - 300 K, ефективността на тази машина е 62%.В действителност, обаче, тази стойност не надвишава 40%.Това намаление се причинява от загубата на топлина при нагряване корпуса на турбината.
ефективност голямото стойност на двигателите с вътрешно горене не надвишава 44%.Увеличаването на тази стойност - въпросът за близкото бъдеще.Промяна на свойствата на материалите, горивата - това е проблем, върху които работят най-добрите умове на човечеството.
