müssen für die Verwendung von mechanischer Energie in die Produktion führte zu thermischen Maschinen.
Gerät Wärmekraftmaschinen
Wärmekraftmaschine (Wärmekraftmaschine) - eine Vorrichtung zur Umwandlung von internen Energie in mechanische Energie.
Alle Wärmekraftmaschine hat eine Heizung, das Arbeitsfluid (Gas oder Dampf), die Arbeiten durchführt durch Erhitzen (dreht eine Turbinenwelle, die Kolben bewegt, und so weiter) und einen Kühlschrank.Die folgende Abbildung zeigt ein Diagramm der Wärmekraftmaschine.
Basis der aktuellen Wärmekraftmaschinen
Jeder Wärmefunktionsfähigkeit der Motoren des Motors.Um die Arbeit, die er braucht, um auf beiden Seiten des Kolbenmotors oder Turbinenschaufeln durchzuführen war Druckdifferenz.Diese Differenz wird in allen Wärmekraftmaschinen wie folgt erreicht: Die Temperatur des Arbeitskörpers steigt hunderte oder tausende von Grad im Vergleich mit der Umgebungstemperatur.In Gasturbinen und Verbrennungsmotoren (ICE), steigt die Temperatur aufgrund der Tatsache, dass der Kraftstoff innerhalb des Motors verbrannt.Kühlschrank kann Atmosphäre oder Spezialvorrichtungen zum Kondensieren und Kühlen Abdampf zu handeln.
Carnot-Prozess
Zyklus (Kreisprozess) - eine Reihe von Änderungen im Zustand von Gas, als Folge der es in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt (die Arbeit machen können).Im Jahre 1824, Französisch Physiker Sadi Carnot hat gezeigt, dass es vorteilhaft sein, Wärmemotorzyklus (Carnot-Prozess), die aus zwei Prozessen besteht, ist - isothermen und adiabatischen.Die folgende Abbildung zeigt ein Diagramm der Carnot-Prozess: 1-2 und 3-4 - Isothermen, 2-3 und 4-1 - adiabatische.
In Übereinstimmung mit dem Gesetz der Erhaltung der Energie, ist das Werk von Wärmekraftmaschinen, die den Motor trägt,:
A = Q1-Q2,
wo Q1 - die Wärmemenge, die von der Heizung erzeugt wird, und Q2 - die Wärmemenge, die istzum Kühlschrank versandt.
thermische Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Arbeitsmaschine A, die den Motor auf die Wärmemenge, die von der Heizvorrichtung erhalten wird ausgeführt:
η = A / Q = (Q1 Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1.
In "Gedanken über die Triebkraft des Feuers und auf Maschinen, die in der Lage, diese Kraft zu entwickeln" (1824) beschrieb den Carnot Wärmekraftmaschine als "idealen Wärmekraftmaschine mit einem idealen Gas, das eine Arbeits Körper ist."Aufgrund der Gesetze der Thermodynamik kann die Effizienz (die maximal möglich) mit der Wärmekraftmaschine, Heizvorrichtung, die eine Temperatur T1 hat, und einen Kühlschrank mit Temperatur T2 berechnen.Carnot Wärmekraftmaschine Effizienz:
ηmax = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
Sadi Carnot bewiesen, dass das, was Sie wollen, ist eine echte Wärmekraftmaschine, die mit einer Heizung mit einer Temperatur T1 und einem Kühlschrank mit einer Temperatur T2 arbeitet, ist nicht in der Lage, um einen COP, die höher ist als der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine (ideal) sein müsste.
Verbrennungsmotor (ICE)
Viertakt-Brennkraftmaschine besteht aus einem oder mehreren Zylindern, Kolben, Kurbeltrieb, Einlass- und Auslassventilen, funken.
Arbeitszyklus besteht aus vier Maßnahmen:
1) Saug - brennbare Mischung durch das Ventil in den Zylinder strömt;
2) Kompressions - beide Ventile geschlossen;
3) Schlaganfall - die explosive Verbrennung des Brennstoffgemisches;
4) Abgas - Emissionen.
Dampfturbinen in Dampfturbinenenergieumwandlung tritt aufgrund des Druckunterschieds von Wasserdampf an dem Einlass und Auslass.
Leistung moderner Dampfturbinen erreicht 1.300 MW.
Einige technischen Parameter der Dampfturbine Kapazität von 1200 MW
- Dampfdruck (frisch) - 23,5 MPa.
- Dampftemperatur - 540 ° C
- Verbrauch Dampfturbine - 3600 t / h.
- Rotordrehzahl - 3000 U / min.
- Dampfdruck im Kondensator - 3,6 kPa.
- Länge der Turbine -. 47,9 m
- Massenturbine -. 1900 m
Wärmekraftmaschine besteht aus einem Luftkompressor, eine Brennkammer und der Gasturbine.: Luft adiabatisch in den Kompressor gesaugt wird, so daß seine Temperatur steigt auf 200 ° C oder mehr.Ferner wird die Druckluft in den Brennraum, wobei sowohl Hochdruckflüssigbrennstoff zugeführt wird - Kerosin Photog, Öl.Wenn Verbrennungsluft wird auf eine Temperatur von 1500-2000 ° C erhitzt wird, dehnt sie sich und erhöht dessen Geschwindigkeit.Die Luft mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und die Verbrennungsprodukte in die Turbine geleitet.Nach dem Übergang von einer Stufe zu den Verbrennungsturbinenschaufeln geben seine kinetische Energie.Ein Teil des von der Turbine empfangenen Energie, um den Kompressor zu drehen;der Rest wird von der Drehung des Rotors Generator Propeller Flugzeug oder Schiff, wobei die Räder des Fahrzeugs ausgegeben.
Gasturbinen können zusätzlich zu der Drehung der Räder des Autos und Flugzeugpropeller oder Schiffs verwendet werden, wie dem Strahltriebwerk.Luft und Verbrennungsprodukte werden mit hoher Geschwindigkeit aus der Gasturbine ausgestoßen wird, so dass der Düsenschub, die während dieses Prozesses auftritt, kann verwendet werden, um Flugzeuge (Flugzeuge) und Wasser (Boot) Schiffen, Eisenbahnverkehr zu bewegen.Zum Beispiel haben Turboprop Flugzeuge AN-24, AN-124 ("Ruslan"), AN-225 ("Dream").Somit ist die "Dream" bei einer Fluggeschwindigkeit von 700 bis 850 km / h ist der Lage ist, 250 Tonnen Fracht über eine Entfernung von fast 15 000 km.Es ist das größte Transportflugzeug der Welt.
Umweltprobleme der thermischen Maschinen
großen Einfluss auf das Klima hat einen Zustand der Atmosphäre, insbesondere die Gegenwart von Kohlendioxid und Wasserdampf.Somit wird die Veränderung des Kohlendioxidgehalts führt zu einer Erhöhung oder Verminderung des Treibhauseffektes, in dem Kohlendioxid absorbiert einen Teil der Wärme, die in die Erde Raum strahlt, Verzögerungen in der Atmosphäre und somit erhöht sich die Oberflächentemperatur und der unteren Atmosphäre.Das Phänomen der Treibhauseffekt spielt eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels.In dessen Abwesenheit, die Durchschnittstemperatur der Atmosphäre nicht ºC niedriger um 30-40 ° C +15 und
Jetzt gibt es mehr als 300 Millionen von verschiedenen Arten von Fahrzeugen, die mehr als die Hälfte der Luftverschmutzung zu schaffen.
1 Jahr in die Atmosphäre aus thermischen Kraftwerken aus Kraftstoffverbrennung freigesetzt 150 Millionen Tonnen Schwefeloxide, 50 Millionen Tonnen Stickoxide, 50 Millionen Tonnen Asche, 200 Millionen Tonnen Kohlenmonoxid, 3 Millionen Tonnen Theon.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre enthält Ozon, die alles Leben auf der Erde vor den schädlichen Auswirkungen von UV-Strahlen schützt.. Im Jahr 1982 George Farman, der britische Forscher, über dem antarktischen Ozonlochs entdeckt wurde - eine vorübergehende Verringerung von Ozon in der Atmosphäre.An der Spitze des Ozonlochs 7 Oktober 1987 die Menge von Ozon in sie durch 2-fache verringert.Das Ozonloch ist wahrscheinlich entstanden als Folge der anthropogenen Faktoren, einschließlich der industriellen Verwendung von chlorhaltigen Freon (FCKW), die zum Abbau der Ozonschicht.Allerdings ist die Studie 1990.nicht bestätigt diese Ansicht.Höchstwahrscheinlich ist die Entstehung des Ozonlochs nicht im Zusammenhang mit menschlichen Aktivitäten und ist ein natürlicher Prozess.Im Jahr 1992 wurde der arktische Ozonloch entdeckt.Wenn alle
sammeln atmosphärischen Ozonschicht in der Erdoberfläche und eindicken auf die Dichte von Luft bei Atmosphärendruck und einer Temperatur von 0 ° C, die Dicke der Ozonschicht nur 2-3 mm!Das ist das ganze Brett.
wenig Geschichte ...
- Juli 1769.In der Pariser Park Meudon Militäringenieur NZ Kyunyo zu "Feuerwagen", der mit einem Zweizylinder-Dampfmaschine ausgestattet war, fuhr ein paar Dutzend Meter.
- 1885.Karl Benz, ein deutscher Ingenieur, baute das erste vierrädrige Automobil Benzin-Motorwagen Leistung von 0,66 kW, der 29. Januar 1886 ein Patent.Maschinengeschwindigkeit erreicht 15-18 km / h.
- 1891.Gottlieb Daimler, deutscher Erfinder, machte den Hubwagen mit einem Hubraum von 2,9 kW (4 PS) aus dem Auto.Seine Höchstgeschwindigkeit beträgt 10 km / h, Kapazität in verschiedenen Modellen von 2 bis 5 Tonnen.
- 1899.Belgische K. Zhenattsi in seinem Auto, "Jamet Contant" ("nie zufrieden") zum ersten Mal überquerte die 100 Kilometer lange Streckengeschwindigkeit.
Beispiele für die Lösung von Problemen
Aufgabe 1. Heizungstemperatur idealen Wärmekraftmaschine ist gleich 2000 K und Kühlschranktemperatur - 100 ° CBestimmen Sie die Effizienz.
Entscheidung :
Formel, die die Effizienz einer Wärmekraftmaschine (maximal) bestimmt:
n = T1-T2 / T1.
n = (2000K - 373 K) / 2000 K = 0,81.
Antwort: Motorwirkungsgrad - 81%.
Aufgabe 2. In der Wärmekraftmaschine während der Verbrennung von Kraftstoff wurde von Wärme an den Kühlschrank und 120 kJ Wärme übertragen erhalten 200 kJ.Was ist der Wirkungsgrad des Motors?
Lösung:
Formel zur Bestimmung der Effizienz dieser Art ist:
n = Q1 - Q2 / Q1.
n = (2 · 105 J - 1,2 x 105 J) / 2 · 105 J = 0.4.
Antwort: Wärmemotoreffizienz - 40%.
Aufgabe 3. Was ist die Effizienz einer Wärmekraftmaschine, wenn der Arbeitskörper nach dem Empfang der Wärmemenge von dem Heizelement, um die Arbeit von 1,6 MJ 400 kJ durch?Wie viel Wärme wurde zum Kühlschrank übertragen?
Lösung:
Effizienz kann durch die Formel
N = A / Q1 bestimmt werden.
n = 0,4 · 106 J / 1,6 · 106 J = 0,25.A = Q2 -
Tragene Kühlschrank Wärmemenge kann durch die Formel
Q1 bestimmt werden.
Q2 = 1,6 · 106 J - 0,4 · 106 J = 1,2 × 106 J.
Antwort: Wärmekraftmaschine hat einen Wirkungsgrad von 25%;die Menge an Wärme an das Kühl übertragen - 1.2 x 106 J.
