Moderne realiteter kræver omfattende drift af varme motorer.Talrige forsøg på at erstatte dem med elektriske motorer er under fiasko.Problemerne i forbindelse med ophobning af elektrisk strøm i autonome systemer løses med stort besvær.
stadig relevante emner for produktion af elektricitet teknologi batterier baseret på deres langsigtede brug.Hastighedskarakteristikker af elektriske køretøjer er langt fra de af biler forbrændingsmotorer.
første skridt i skabelsen af hybrid motorer kan reducere skadelige emissioner i storbyområder, løse miljøproblemer.
lille historie
mulighed for at konvertere damp energi til kinetisk energi har været kendt siden oldtiden.130 BC: filosof Heron præsenteret for tilskuere damp legetøj - eolipil.Kugle fyldt med damp, kom i rotation under påvirkning af strålerne udgår fra det.Denne prototype af den moderne dampturbinen dengang ikke finde programmet.
mange år, og århundreders udvikling af filosoffen betragtes som en sjov legetøj.I 1629 den italienske D. Branca skabte en proaktiv turbine.Damp sat i gang den forsynet med knive disk.
Siden da den hurtige udvikling af dampmaskiner.
varme motor
transformation af indre energi ind i energien af bevægelse af maskindele og mekanismer, der anvendes i varme motorer.
Hoveddele: en varmelegeme (system for at opnå energi udefra), arbejder krop (gør en gavnlig effekt), køleskab.
varmelegeme er designet til at arbejde væske til at ophobe nok bestand af det indre energi til nyttigt arbejde.Køleskab fjerner overskydende energi.
vigtigste egenskab effektivitet kaldet effektiviteten af varme motorer.Denne værdi viser, hvor meget energi brugt på opvarmning er brugt på nyttigt arbejde.Jo højere effektivitet, jo mere rentabel drift af maskinen, men denne værdi kan ikke overstige 100%.
beregning effektivitet
Lad ovnen købt udefra energi svarende til 1. kvartal.Arbejde kroppen gøre arbejdet A, mens den energi Devoted køleskab var 2. kvartal.
På grundlag af definitionen, beregne effektiviteten:
η = A / Q1.Vi antager, at A = Q1 - Q2.
Derfor effektivitet en varme motor, formlen har form η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, følgende konklusioner:
- effektivitet kan ikke overstige 1 (eller 100%);
- at maksimere denne værdi, skal du enten øge energien modtaget fra varmeapparatet, eller et fald i energi, gav køleskabet;
- stigning energi varmer arbejde for at ændre kvaliteten af brændstoffer;
- reducere energiforbruget givet køleskabet, gør det muligt at opnå de design af motorer.
ideelle varme motor
muligt at skabe en sådan motor, effektivitet, som ville være den maksimale (i en ideel - svarende til 100%)?Find svaret på dette spørgsmål forsøgt at fransk fysiker og en talentfuld ingeniør Sadi Carnot.I 1824 sine teoretiske beregninger af processer i gasser blev frigivet.
grundlæggende idé ligger i den ideelle maskine kan anses for at udføre reversible processer med idealgas.Start med isoterm ekspansion af gas ved en temperatur T1.Mængden af varme, der kræves til dette formål, - Q1.Når gassen ekspanderer uden varme (adiabatisk proces).Nå temperaturen T2 gassen komprimeres isotermt, passerer køleskabet energi Q2.Afkastet af gassen til sin oprindelige tilstand udføres adiabatisk.
effektiviteten af en ideel Carnot varme motor med nøjagtig beregning er forholdet mellem temperaturforskellen mellem enhederne opvarmning og afkøling for temperatur, som har en radiator.Det ser sådan ud: η = (T1 - T2) / T1.
mulig effektivitet en varme motor, formlen har formen: η = 1 - T2 / T1, afhænger kun af temperaturerne i varmelegeme og køligere og kan ikke være mere end 100%.
Desuden dette forhold giver os mulighed for at bevise, at effektiviteten af forbrændingsmotor kan være lig med én, når køleskabet absolutte nulpunkt temperatur.Som det er kendt, er denne værdi uopnåelige.
teoretiske beregninger gør det muligt at bestemme den maksimale Carnot effektiviteten af en varme motor i ethvert design.
Gennemprøvet carnots princip er som følger.En vilkårlig varme motor under nogen omstændigheder ikke er i stand til at have en virkningsgrad på mere end den samme effektivitet ideelle varme motor.
Eksempel løse
eksempel 1. Hvad er effektiviteten af en ideel varme motor, når varmeren temperaturen er 800 ° C, og temperaturen under 500 ° C i køleskabet?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Løsning:
definition: η = (T1 - T2) / T1.
Vi fik ikke temperaturen i køleskabet, men AT = (T1 - T2), dermed:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Svar: virkningsgrad = 46%.
Eksempel 2. Bestem effektiviteten af en ideel varme motor, hvis følge af købet af en kilojoule energi varmer sker nyttigt arbejde 650 J. Hvad er temperaturen i varmeapparatet varme motoren, når kølevandstemperatur - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Løsning:
I dette problem, vi taler om varmefiksering, effektivitet, som kan beregnes ved formlen:
η = A / Q1.
at bestemme temperaturen af kaminen formlen ideelle varme motorens effektivitet:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
udfylde matematiske transformationer, får vi:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Vi beregner:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Svar: η = 65% T1 = 1142,8 K.
faktiske forhold
ideelle varme motor designet til at opfyldeideelle processer.Arbejdet udføres kun i isotermiske processer, dens værdi er defineret som det område, der afgrænses af grafen for Carnot cyklus.
Faktisk at skabe betingelserne for at ændre tilstanden af processen gas uden ledsagende ændringer i temperaturen er ikke mulig.Ingen sådanne materialer, som ville forhindre varmeveksling med de omgivende objekter.Adiabatisk proces bliver umuligt at gennemføre.I tilfælde af varmeoverførsel temperaturen af gassen skal ændres.
effektivitet varme motorer, skabt under virkelige forhold adskiller sig væsentligt fra den ideelle effektivitet af motorerne.Bemærk, at processen i faste motorer er så hurtig, at variationen af det indre varmeenergi af arbejdstiden stof i færd med at ændre dens volumen ikke kan kompenseres ved tilstrømning af varmemængden fra ovnen og tilbage i køleskabet.
Andet varme motorer
reelle motorer opererer på forskellige cyklusser:
- Otto cyklus: processen ved konstant volumen adiabatiske ændringer, hvilket skaber en ond cirkel;
- cyklus Diesel: isobar, adiabatisk, isochor, adiabatisk;
- gasturbine: en proces, der forekommer ved konstant tryk, erstattes af adiabatisk lukker sløjfen.
Opret ligevægt processer i reelle motorer (med henblik på at bringe dem tættere på den ideelle) i betingelserne for moderne teknologi er ikke mulig.Effektivitet forbrændingsmotor er betydeligt lavere, selv med de samme temperaturbetingelser som i det ideelle varmetrin.
Men ikke reducerer rolle for beregningen formel af Carnot cyklus effektivitet, da det er ved at blive et referencepunkt i processen for at forbedre effektiviteten af reelle motorer.
måder at ændre effektiviteten
Sammenligning ideelle og reelle varme motorer, er det værd at bemærke, at temperaturen i køleskabet ikke kan være den sidste enten.Normalt betragtes et køleskab atmosfære.Tage temperaturen i atmosfæren kan kun omtrentlige beregninger.Erfaringen viser, at kølemidlets temperatur er lig med temperaturen af udstødningsgasserne i motoren, som det er tilfældet i forbrændingsmotorer (forkortet DVS).
ICE - den mest almindelige i vores verden af varme motor.Effektivitet varme motor i dette tilfælde afhænger af temperaturen skabt ved brændende brændstof.Den væsentligste forskel fra dampmaskinen er en fusion maskine funktioner og arbejder væske varmelegeme enhed i en luft-brændstofblanding.Brændende, blandingen skaber pres på de bevægelige dele i motoren.
Forøgelse af driftstemperaturen af gasser opnås ved at ændre egenskaberne brændstof betydeligt.Desværre er det umuligt at gøre det på ubestemt tid.Materiale, som er lavet af et forbrændingskammer af motoren, har sit smeltepunkt.Varmebestandighed af materialer - de vigtigste karakteristika ved motoren, og evnen til at have stor indflydelse på effektiviteten.
Værdier motorens effektivitet
Hvis vi betragter dampturbinen, temperatur arbejder damp indløb, som er 800 K, og udstødningsgassen - 300 K, effektiviteten af denne maskine er 62%.Men i virkeligheden, denne værdi ikke overstiger 40%.Denne reduktion er forårsaget af varmetab ved opvarmning turbinehuset.
største værdi effektivitet forbrændingsmotorer ikke overstiger 44%.Øge denne værdi - spørgsmålet om den nærmeste fremtid.Ændring af materialers egenskaber, brændstof - det er et problem over hvilken beskæftiger de bedste hjerner i menneskeheden.
