moderne Realitäten erfordern umfangreiche Betrieb von Wärmekraftmaschinen.Zahlreiche Versuche, sie mit Elektromotoren zu ersetzen erlebt Ausfall.Die Probleme mit der Akkumulation von elektrischer Energie in autonomen Systemen verbunden sind, mit großen Schwierigkeiten gelöst.
noch relevanten Fragen der Stromproduktion Technologie-Batterien auf der Basis ihrer langfristigen Einsatz.Geschwindigkeitseigenschaften von Elektrofahrzeugen sind weit von denen der Wagen Verbrennungsmotoren.
ersten Schritte in die Schaffung von Hybridmotoren deutlich reduzieren können schädliche Emissionen in Ballungsräumen, Lösung von Umweltproblemen.
wenig Geschichte
Möglichkeit der Umwandlung Dampfenergie in kinetische Energie ist seit der Antike bekannt.130 BC: Philosopher Heron von Alexandria präsentiert den Zuschauern Dampfspielzeug - eolipil.Kugel mit Dampf gefüllt ist, kam in Rotation unter der Wirkung der Strahlen von ihr ausgeht.Dieser Prototyp des modernen Dampfturbine zu der Zeit hat die Anwendung nicht finden.
viele Jahre und Jahrhunderte der Entwicklung des Philosophen als ein lustiges Spielzeug.Im Jahre 1629 schuf der italienische D. Branca eine proaktive Turbine.Dampf in Bewegung setzen Sie die Disc mit Schaufeln versehen.
Seitdem ist die rasante Entwicklung der Dampfmaschinen.
Wärmekraftmaschine
Transformation der inneren Energie in die Energie der Bewegung von Maschinenteilen und Mechanismen in Wärmekraftmaschinen eingesetzt.
Hauptteile: eine Heizung (System der Gewinnung von Energie von außen), Arbeitskörper (macht eine positive Wirkung), Kühlschrank.
Heizung ist so konzipiert für das Arbeitsfluid auf ausreichende Stückzahl der inneren Energie für sinnvolle Arbeit zu sammeln.Kühlschrank entfernt überschüssige Energie.
Hauptmerkmal Effizienz genannt die Effizienz der Wärmekraftmaschinen.Dieser Wert zeigt, wie viel Energie beim Erhitzen verbrachte auf nützliche Arbeit verbracht.Desto höher ist die Effizienz, desto rentabler wird der Betrieb der Maschine, aber dieser Wert 100% nicht übersteigen.
Berechnungseffizienz
Lassen Sie den Kaminofen von außen Energie gleich Q1 gekauft.Arbeits Körper die Arbeit A, während die Energie gewidmet Kühlschrank war Q2.
Basierend auf der Definition, die Berechnung der Höhe der Effizienz:
η = A / Q1.Wir gehen davon aus, dass A = Q1 - Q2.
daher der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine, die Formel die Form η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, die folgenden Schlussfolgerungen:
- Effizienz 1 (oder 100%) nicht übersteigt;
- , um diesen Wert zu maximieren, müssen Sie entweder die von der Heizung oder einer Abnahme der Energie empfangene Energie, gab den Kühlschrank;
- Erhöhung Energieheizung Arbeit, die Qualität der Kraftstoffe zu ändern;
- reduzieren den Energiesichts der Kühlschrank, erlauben, die Design-Merkmale der Motoren zu erreichen.
idealen Wärmekraftmaschine
möglich, solch einen Motor zu schaffen, die Effizienz von denen würde die maximale (in einer idealen - gleich 100%) sein?Hier finden Sie die Antwort auf diese Frage zu Französisch Physiker und ein talentierter Ingenieur Sadi Carnot versucht.Im Jahre 1824 seine theoretischen Berechnungen von Prozessen in Gase freigesetzt.
Grundidee die sich aus der idealen Maschine kann als Durchführung reversible Prozesse ideales Gas betrachtet werden.Beginnen mit isothermen Expansion des Gases bei einer Temperatur T1.Die Wärmemenge für diesen Zweck erforderlich ist, - Q1.Wenn das Gas expandiert ohne Hitze (adiabatische Prozess).Erreichen der Temperatur T2 wird das Gas isotherm komprimiert, vorbei an der Kühlenergie Q2.Die Rückführung des Gases in den ursprünglichen Zustand adiabatisch durchgeführt wird.
Wirkungsgrad eines idealen Carnot-Wärmekraftmaschine mit präzisen Berechnung ist das Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz zwischen dem Heiz- und Kühlvorrichtungen für die Temperatur, die ein Heizelement aufweist.Es sieht so aus: η = (T1 - T2) / T1.
mögliche Effizienz einer Wärmekraftmaschine, die Formel die Form: η = 1 - T2 / T1, hängt nur von den Temperaturen der Heiz- und Kühlvorrichtung und kann nicht mehr als 100% betragen.
Außerdem ermöglicht diese Beziehung uns zu beweisen, dass der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen kann gleich Eins nur dann, wenn der Kühlschrank absoluten Nulltemperatur.Wie bekannt ist, ist dieser Wert nicht erreichbar.
theoretischen Berechnungen zu ermöglichen, die maximale Carnot-Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine nach einem der Design bestimmen.
Bewährte Carnot-Wirkungsgrad ist wie folgt.Eine beliebige Wärmekraftmaschine unter keinen Umständen nicht in der Lage einen Wirkungsgrad von mehr als die gleiche Effizienz ideale Wärme Motors haben.
Beispiel Lösungs
Beispiel 1. Was ist die Effizienz von einem idealen Wärmekraftmaschine, wenn die Heizertemperatur von 800 ° C und die Temperatur unter 500 ° C in den Kühlschrank?
T1 = 800 ° C = 1073 K, & Dgr; T = 500 ° C = 500 K, η -?
Lösung:
Per Definition: η = (T1 - T2) / T1.
Wir haben die Temperatur des Kühlschranks nicht gegeben, aber & Dgr; T = (T1 - T2), daher:
η = & Delta; T / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Antwort: Effizienz = 46%.
Beispiel 2. Bestimmen Sie die Effizienz eines idealen Wärmekraftmaschine, wenn aufgrund des Erwerbs eines Kilojoule Energie Heizung wird getan nützliche Arbeit 650 J. Was ist die Temperatur der Heizung Wärmekraftmaschine, wenn die Kühlmitteltemperatur - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Lösung:
In diesem Problem, das wir über die Thermofixierung im Gespräch, deren Effizienz durch die Formel berechnet werden:
η = A / Q1.
, um die Temperatur der Heizung Gebrauch Formel ideale Wärmemotorwirkungsgrad zu bestimmen:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
Abschluss mathematische Transformationen, so erhalten wir:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Wir berechnen:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Antwort: η = 65% T1 = 1142,8 K.
tatsächlichen Verhältnisse
idealen Wärmekraftmaschine entwickelt, um zu treffenidealen Prozessen.Die Arbeit wird nur in den isothermen Verfahren durchgeführt, dessen Wert wird als die Fläche von dem Graphen des Carnot-Zyklus begrenzt definiert.
In der Tat, um die Bedingungen für die Änderung des Zustands des Prozeßgases ohne begleitende Änderungen in der Temperatur zu schaffen, ist nicht möglich.Keine solchen Materialien, die den Wärmeaustausch mit der umgebenden Objekte verhindern würde.Adiabatische Prozess unmöglich durchzuführen.Im Fall von Wärmetransfertemperatur des Gases geändert werden.
Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen, unter realen Bedingungen geschaffen unterscheiden sich signifikant von der idealen Wirkungsgrad der Motoren.Man beachte, dass das Verfahren in Echt Motoren ist so schnell, daß die Variation der Brennwärmeenergie des Arbeitsmittels in den Prozess der Veränderung ihres Volumens nicht durch Wärmezufuhr Menge vom Heizelement kompensiert werden und gibt den Kühlschrank.
Andere Wärmekraftmaschinen
realen Motoren arbeiten auf unterschiedlichen Zyklen:
- Otto-Zyklus: der Prozess bei konstantem Volumen adiabatische Änderungen, ein Teufelskreis;
- Zyklus Diesel: isobar, adiabatische, isochor, adiabatische;
- Gasturbine: ein Prozess, der bei konstantem Druck erfolgt, wird durch adiabatische ersetzt schließt sich der Kreis.
erstellen Gleichgewichtsprozesse in Echt Motoren (um sie näher an das Ideal zu bringen) unter den Bedingungen der modernen Technik nicht möglich ist.Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen ist deutlich niedriger, selbst bei den gleichen Temperaturbedingungen wie in dem idealen Wärmeeinstellung.
aber nicht zu reduzieren, die Rolle in der Berechnungsformel der Zykluseffizienz Carnot, wie es sich zu einem Referenzpunkt in dem Verfahren, um die Wirksamkeit von echten Motoren verbessern.
Möglichkeiten, um die Effizienz
wechseln Vergleicht idealen und realen Wärmekraftmaschinen, ist es erwähnenswert, dass die Temperatur des Kühlschranks kann nicht das letzte entweder werden.In der Regel als ein Kühlschrank Atmosphäre.Nehmen Sie die Temperatur der Atmosphäre kann nur ungefähre Berechnungen.Erfahrungen zeigen, dass die Kühlmitteltemperatur gleich der Temperatur der Abgase in den Motor, wie in Verbrennungsmotoren der Fall ist (abgekürzt als DVS).
ICE - die am häufigsten in unserer Welt der Wärmekraftmaschine.Effizienz Wärmekraftmaschine in diesem Fall hängt von der Temperatur erzeugt durch die Verbrennung von Kraftstoff.Der wesentliche Unterschied zu der Dampfmaschine ist eine Fusion von Maschinenfunktionen und Arbeitsfluid Heizvorrichtung in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch.Verbrennen erzeugt das Gemischdrucks an den beweglichen Teilen des Motors.
Erhöhen der Betriebstemperatur der Gase durch Veränderung der Kraftstoffeigenschaften signifikant erzielt.Unglücklicherweise ist es unmöglich, sie auf unbestimmte Zeit zu tun.Jedes Material, das von einer Verbrennungskammer des Motors vorgenommen wird, hat seinen Schmelzpunkt.Hitzebeständigkeit von Materialien - die wichtigsten Eigenschaften des Motors, und die Fähigkeit, die Effizienz signifikant beeinflussen.
Werte Motoreffizienz
Betrachtet man die Dampfturbine, die Temperatur des Arbeitsdampfeinlass, der 800 K ist, und das Abgas - 300 K ist der Wirkungsgrad dieses Systems 62%.In Wirklichkeit jedoch ist dieser Wert nicht mehr als 40% überschreiten.Diese Reduktion wird durch den Wärmeverlust beim Erhitzen des Turbinengehäuses verursacht.
größten Wert Effizienz von Verbrennungsmotoren hat 44% nicht überschreiten.Je größer der Wert - die Frage nach der nahen Zukunft.Ändern der Eigenschaften von Materialien, Kraftstoff - das ist ein Problem, über das beschäftigt die besten Köpfe der Menschheit.
