Tänapäev nõuavad ulatuslikke toimimise soojusjõumasinates.Arvukad katsed asendada need elektrimootorid on toimumas rike.Probleemid, mis on seotud kogunemine elektriline võimsus autonoomsed süsteemid on lahendatud suurte raskustega.
endiselt asjakohased küsimused elektri tootmise tehnoloogia patareid põhineb nende pikaajaline kasutamine.Kiiruseomadused elektriautod on kaugel need autod sisepõlemismootoritega.
esimesed sammud loomine hübriid mootorid võivad oluliselt vähendada kahjulikke heitmeid suurlinnades, keskkonnaprobleemide lahendamisele.
Pisut ajalugu
võimalus konverteerida auru energiat kineetiline energia on tuntud juba ammustest aegadest.130 eKr: filosoof Hero Aleksandria esitatud pealtvaatajat auru mänguasi - eolipil.Sphere täis auru, tuli rotatsiooni alusel meetmeid joad pärinevad ta.See prototüüp kaasaegse auruturbiin ajal ei leidnud rakenduse.
aastaid ja sajandeid arengut filosoof peetakse lõbus mänguasi.1629. aastal Itaalia D. Branca loodud ennetava turbiini.Steam käima kettalt teraga.
Sellest ajast, kiire areng aurumasinad.
soojusmootorit
ümberkujundamine sisemine energia energia liikuma masinaosade ja mehhanisme kasutatakse soojuse mootorid.
põhiosast: küttekeha (süsteemi energia saamiseks väljastpoolt), tööorgan (teeb kasulikku toimet), külmik.
Keris on mõeldud töövedeliku koguda piisavalt varu sisemise energia kasulikku tööd.Külmik eemaldab liigse energia.
põhitunnuseks tõhususe nimetatakse tõhususe soojusjõumasinates.See väärtus näitab, kui palju energiat kulub kütmiseks kulub kasulikku tööd.Mida kõrgem efektiivsus, tasuvamale töö masin, kuid seda väärtust ei tohi ületada 100%.
arvutamisel tõhususe
Lase küttekeha ostetakse energia võrdub Q1.Töö keha teha tööd A, samas kui energia pühendatud külmkapp oli Q2.
põhinema määratlusel, arvutada kasutegur:
η = A / Q1.Me eeldame, et A = Q1 - Q2.
Seega tõhususe soojusmootorit valem on kujul η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, järgmised järeldused:
- tõhusust ei tohi ületada 1 (või 100%);
- maksimeerida see väärtus, siis kas suurendada energia saadud kütteseadme või langus energia, andis külmik;
- suurenemine energia katla muuta kütuste kvaliteedi;
- vähendada energia antud külmiku, võimaldavad saavutada konstruktsiooni eripärad mootorid.
ideaalne soojusmasin
võimalik luua selline mootor, mille kasutegur oleks maksimaalne (ideaalis - võrdne 100%)?Leia vastus sellele küsimusele üritanud Prantsuse füüsik ja andekas insener Sadi Carnot.1824. aastal oma teoreetilisi arvutusi protsesside gaasid lastud.
põhiidee omane ideaalne masin võib pidada läbiviimise pöörduv protsesside ideaalse gaasi.Alusta isotermiline paisumine gaasi temperatuuril T1.Soojahulka Selleks vajalik, - Q1.Kui gaas paisub ilma soojuse (adiabaatiline protsess).Jõudes temperatuur T2 gaasi surutakse soojuses, mis kulgeb külmik energia Q2.Tagasitoomine gaasi algsesse olekusse toimub adiabatically.
tõhususe ideaalne Carnot soojuse mootor täpne arvutamine on suhe temperatuuri vahe kütte- ja jahutusseadmed temperatuuri, mis on küttekeha.See näeb välja selline: η = (T1 - T2) / T1.
võimalik efektiivsus soojusmootorit valem on kujul: η = 1 - T2 / T1, sõltub ainult temperatuur kerise ja jahedam ja ei saa olla rohkem kui 100%.
Pealegi on see suhe võimaldab meil tõestada, et tõhususe soojusjõumasinates võib olla võrdne ühega ainult siis, kui külmkapp absoluutne null kraadi.Nagu teada, on see väärtus kättesaamatu.
teoreetilised arvutused võimaldavad kindlaks määrata maksimaalne Carnot tõhususe soojusmootorit tahes disaini.
Tõestatud Carnot teoreem on järgmine.Suvaline soojusmootorit mingil juhul ei saa olla tõhusus rohkem kui sama kasutegurit ideaalne soojusmasin.
Näide lahendamisel
Näide 1. Mis on efektiivsuse ideaalne soojusmasin, kui küttekeha temperatuur on 800 ° C ja temperatuur on alla 500 ° C külmkapis?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Lahendus:
Definitsiooni järgi: η = (T1 - T2) / T1.
Me ei antud temperatuur külmikus, kuid AT = (T1 - T2), seega:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Vastus: efektiivsus = 46%.
Näide 2. Kindlaks tõhususe ideaalne soojusmasin, kui tänu omandamine ühe kilojoule energia küttekeha tehakse kasulikku tööd 650 J. Kui suur on temperatuur kerise kuumus mootorit, kui jahutusvedeliku temperatuur - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Lahendus:
Selle probleemi me räägime termofikseerimine, tõhususe mida saab arvutada järgmise valemi abil:
η = A / Q1.
määrata temperatuur kerise kasutamist valem Ideaalne soojusmasin efektiivsus:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
lõpetamist matemaatiline transformatsioone, saame:
T1 = T2 / (1 η).
T1 = T2 / (1 A / Q1).
Me arvutame:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Vastus: η = 65% T1 = 1142,8 K.
tegelikke tingimusi
ideaalne soojusmasin kavandatud vastamaIdeaalne protsesse.Töö toimub ainult isotermiline protsessid, selle väärtus on määratletud ala, mille piirid graafik Carnot tsükkel.
Tegelikult luua tingimused oleku muutmise protsess gaasi ilma kaasnevate temperatuuri muutused ei ole võimalik.No selliseid materjale, mis takistaksid soojuse vahetus läheduses olevad objektid.Adiabaatiline protsess muutub võimatuks.Juhul soojusülekanne gaasi temperatuur olla muutunud.
tõhususe soojusjõumasinates loodud reaalsetes tingimustes erine oluliselt ideaalne tõhususe mootorid.Pange tähele, et seda protsessi reaalne mootorid on nii kiire, et muutus sise soojusenergia töötamise aine muutmise protsess selle maht ei saa kompenseerida sissevoolu soojuse kogus kerise ja tagasi külmkappi.
Muud soojusjõumasinates
tõeline mootorid töötavad erinevates tsüklites:
- Otto tsükkel: protsess jääva mahu adiabaatiline muudatusi, luues nõiaringi;
- tsükli Diesel: isobaar, adiabaatiline, isochor, adiabaatiline;
- gaasiturbiini: protsess, mis toimub konstantsel rõhul, asendatakse adiabaatsetes sulgeb ringi.
Loo tasakaalu protsesside reaalses mootorid (et tuua neid lähemale ideaalne) tingimustes kaasaegse tehnoloogia ei ole võimalik.Tõhusa soojusjõumasinates on oluliselt väiksem, isegi sama temperatuuri tingimustes nagu ideaalne termofikseerimine.
Aga ei vähenda rolli arvutamise valem Carnot tsükkel tõhusust, kuna see muutub tugipunkti protsessi tõhustada tõeline mootorid.
kuidas muuta tõhusamaks
Võrreldes ideaalne ja reaalne soojusjõumasinates, väärib märkimist, et temperatuur külmikus ei saa olla viimane kas.Tavaliselt peetakse külmkapis atmosfääri.Võtke temperatuur atmosfääris saab ainult ligikaudne arvutused.Kogemus näitab, et jahutusvedeliku temperatuur on võrdne temperatuur heitgaaside mootorist, kui on tegemist sisepõlemismootoriga (lühendatult DVS).
ICE - kõige levinum meie maailma soojuse mootor.Tõhusust soojuse mootor sel juhul sõltub temperatuurist loodud põlev kütus.Oluline erinevus on aurumasin on termotuumasünteesi seadme funktsioone ja töövedeliku küttekeha seadme õhu-kütuse segu.Burning segu loob surve liikuvad osad mootori.
suurendamine töötemperatuur gaaside saavutatakse muutes kütuse omadusi oluliselt.Kahjuks ei ole võimalik seda teha lõputult.Materjali, mis on valmistatud põlemiskambrisse mootor, on tema sulamistemperatuur.Heat materjalide vastupidavus - peamised omadused mootori, ja võime oluliselt mõjutada efektiivsust.
Väärtused kasuteguri
Kui mõtleme auruturbiin, temperatuur töötab auru sisse-, mis on 800 K, ja heitgaasi - 300 K, tõhususe see masin on 62%.Tegelikkuses aga see väärtus ei ületa 40%.See vähenemine on tingitud soojuskadu kuumutamisel turbiini korpus.
suurim väärtus tõhususe sisepõlemismootorite ei ületa 44%.Kasvav see väärtus - küsimus lähitulevikus.Muutuvad materjalide omaduste, kütus - see on probleem, mille üle töötab parimaid teadlasi inimkonna.
