modernes exigent vaste opération des moteurs thermiques.De nombreuses tentatives de les remplacer par des moteurs électriques est en pleine échec.Les problèmes liés à l'accumulation de l'énergie électrique dans les systèmes autonomes sont résolus avec grande difficulté.
encore Les questions pertinentes de batteries de haute technologie de production d'électricité en fonction de leur utilisation à long terme.Caractéristiques de vitesse des véhicules électriques sont loin de celles des moteurs à combustion interne des voitures.
premières étapes de la création des moteurs hybrides peuvent réduire de manière significative les émissions nocives dans les régions métropolitaines, la résolution des problèmes environnementaux.
peu d'histoire
possibilité de convertir l'énergie de la vapeur en énergie cinétique a été connu depuis l'Antiquité.130 BC: Philosophe Héron d'Alexandrie présenté au jouet spectateurs de vapeur - eolipil.Sphère rempli avec de la vapeur, est venu en rotation sous l'action des jets qui en émanent.Ce prototype de la turbine à vapeur moderne à l'époque n'a pas trouvé l'application.
de nombreuses années et des siècles de développement du philosophe considéré comme un jouet amusant.En 1629, l'Italien D. Branca a créé une turbine proactive.Vapeur mis en mouvement le disque muni de pales.
Depuis lors, le développement rapide des machines à vapeur.Moteur thermique
transformation de l'énergie interne dans l'énergie du mouvement des pièces de machines et des mécanismes utilisés dans les moteurs thermiques.
principales parties: un appareil de chauffage (système d'obtention d'énergie à partir de l'extérieur), organe de travail (qui fait un effet bénéfique), réfrigérateur.
appareil est conçu pour le fluide de travail à accumuler assez de stock de l'énergie interne pour le travail utile.Réfrigérateur élimine l'excès d'énergie.
principale caractéristique appelé l'efficacité de l'efficacité des moteurs thermiques.Cette valeur indique combien d'énergie dépensée sur le chauffage est consacré à un travail utile.Plus l'efficacité, la plus rentable l'exploitation de la machine, mais cette valeur ne peut pas dépasser 100%.
l'efficacité de calcul
Laissez l'appareil acheté de l'énergie à l'extérieur égale à Q1.Travailler le corps faire le travail A, tandis que l'énergie consacrée réfrigérateur était Q2.
Basé sur la définition, calculer le montant de l'efficacité: = A / Q1 de
.Nous supposons que A = Q1 - Q2.
conséquent l'efficacité d'un moteur thermique, la formule a la forme η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, les conclusions suivantes: l'efficacité
- ne peut pas dépasser 1 (ou 100%);
- pour maximiser cette valeur, vous devez augmenter l'énergie reçue de l'appareil de chauffage, ou une diminution de l'énergie, a donné le réfrigérateur;
- travaux de chauffage augmentation de l'énergie pour changer la qualité des carburants;
- réduire énergie donnée le réfrigérateur, permettent d'atteindre les caractéristiques de conception des moteurs.Moteur thermique idéal
possible de créer un tel moteur, l'efficacité de ce qui serait le maximum (en un idéal - égal à 100%)?Trouvez la réponse à cette question essayé de physicien français et un ingénieur de talent Sadi Carnot.En 1824, ses calculs théoriques de processus dans les gaz ont été libérés.Idée de base
inhérent à la machine idéale peut être considéré comme la réalisation de processus réversibles avec du gaz idéal.Commencez avec l'expansion isotherme du gaz à une température T1.La quantité de chaleur nécessaire à cet effet, - Q1.Quand le gaz se dilate sans chaleur (procédé adiabatique).Atteindre la température T2, le gaz est comprimé de manière isotherme, en passant Q2 énergie du réfrigérateur.Le retour du gaz à son état d'origine est réalisée de manière adiabatique.
efficacité d'un moteur thermique de Carnot idéal avec calcul précis est le rapport entre la différence de température entre les dispositifs de chauffage et de refroidissement de température, qui possède un dispositif de chauffage.Il ressemble à ceci: η = (T1 - T2) / T1.
possible efficacité d'un moteur thermique, la formule a la forme: η = 1 - T2 / T1, ne dépend que de la température de l'appareil de chauffage et de refroidissement et ne peut pas être supérieure à 100%.
En outre, cette relation nous permet de prouver que l'efficacité des moteurs thermiques peut être égal à l'unité que lorsque l'absolu de la température du réfrigérateur à zéro.Comme on le sait, cette valeur est inaccessible.
calculs théoriques permettent de déterminer l'efficacité maximale Carnot d'un moteur thermique de toute conception.
Proven le théorème de Carnot est la suivante.Un moteur thermique arbitraire en aucun cas ne sont pas en mesure d'avoir une efficacité de plus que le moteur thermique idéal mêmes gains d'efficience.
Exemple de résolution
exemple 1. Quel est le rendement d'un moteur thermique idéal, lorsque la température de chauffage est de 800 ° C, et la température inférieure à 500 ° C dans le réfrigérateur?
T1 = 800 ° C = 1,073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Solution:
Par définition: η = (T1 - T2) / T1.
Nous avons été pas donné la température du réfrigérateur, mais AT = (T1 - T2), d'où:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Réponse: efficacité = 46%.
Exemple 2. déterminer l'efficacité d'un moteur thermique idéal, si elle est due à l'acquisition d'un kilojoule de chauffe de l'énergie se fait un travail utile 650 J. Quelle est la température du moteur thermique de chauffage lorsque la température du liquide de refroidissement - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Solution:
Dans ce problème, nous parlons le réglage de chaleur, dont l'efficacité peut être calculée par la formule: = A / Q1 de
.
pour déterminer la température de l'utilisation du dispositif de chauffage formule rendement du moteur thermique idéal: s =
(T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
remplissant transformations mathématiques, nous obtenons:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Nous calculons:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Réponse: η = 65% = T1 1142,8 conditions réelles moteur thermique K.
de
idéal conçu pour répondreprocessus idéaux.Le travail se fait seulement dans les processus isothermes, sa valeur est définie comme la zone délimitée par le graphique du cycle de Carnot.
En fait, de créer les conditions pour changer l'état du gaz de processus sans accompagnement des changements de température est impossible.Aucun de ces matériaux, ce qui empêcherait l'échange de chaleur avec les objets environnants.Processus adiabatique devient impossible à réaliser.Dans le cas de la température de transfert de chaleur du gaz doit être changé.
efficacité des moteurs thermiques, créées dans des conditions réelles diffèrent de manière significative de l'efficacité idéale des moteurs.A noter que le processus dans les moteurs réels est si rapide que la variation de l'énergie thermique interne de fluide de travail dans le processus de changement de son volume ne peut pas être compensée par l'influx de quantité de chaleur du dispositif de chauffage et le retour du réfrigérateur.Moteurs réels
Autres moteurs thermiques
defonctionnent sur différents cycles: le cycle
- Otto: le procédé à des changements de volume de adiabatiques constants, créant un cercle vicieux;
- cycle de Diesel: isobar, adiabatique, isochor, adiabatique;
- turbine à gaz: un processus qui se produit à une pression constante, est remplacé par adiabatique ferme la boucle.
créer des processus d'équilibre en véritables moteurs (afin de les rapprocher de l'idéal) dans les conditions de la technologie moderne est pas possible.Efficacité des moteurs thermiques est significativement plus faible, même avec les mêmes conditions de température que dans le cadre de chaleur idéal.
Mais ne réduisent pas le rôle de la formule de calcul de l'efficacité de cycle de Carnot, comme il est en train de devenir un point de référence dans le processus visant à améliorer l'efficacité des moteurs réels.
façons de changer l'efficacité
comparant moteurs thermiques idéales et réelles, il est intéressant de noter que la température du réfrigérateur ne peut pas être le dernier non plus.Généralement considéré comme une atmosphère de réfrigérateur.Prendre la température de l'atmosphère peut calculs approximatives.L'expérience montre que la température égale à la température des gaz d'échappement dans le moteur de liquide de refroidissement, comme dans le cas de moteurs à combustion interne (en abrégé DVS).
ICE - le plus commun dans notre monde du moteur thermique.Moteur thermique d'efficacité dans ce cas dépend de la température créée par la combustion de carburant.La différence essentielle de la machine à vapeur est un fonctions de la machine de fusion et de travail dispositif de chauffage de liquide dans un mélange air-carburant.Brûler, le mélange crée une pression sur les parties mobiles du moteur.
L'augmentation de la température de fonctionnement du gaz est obtenue en modifiant les propriétés du carburant de manière significative.Malheureusement, il est impossible de le faire indéfiniment.Tout matériau qui est constitué d'une chambre de combustion du moteur, dispose de son point de fusion.Résistance à la chaleur des matériaux - les principales caractéristiques du moteur, et la capacité d'affecter de manière significative l'efficacité.
Valeurs efficacité du moteur
Si nous considérons la turbine à vapeur, la température de l'entrée de vapeur de travail qui est de 800 K, et le gaz d'échappement - 300 K, l'efficacité de cette machine est de 62%.En réalité, toutefois, cette valeur ne dépasse pas 40%.Cette réduction est due à la perte de chaleur lors du chauffage du carter de turbine.
plus grande valeur efficacité des moteurs à combustion interne ne dépasse pas 44%.L'augmentation de cette valeur - la question de l'avenir proche.Modification des propriétés des matériaux, du carburant - ce qui est un problème sur lequel emploie les meilleurs esprits de l'humanité.
