butuhkan untuk penggunaan energi mekanik dalam produksi menyebabkan mesin panas.
mesin mesin perangkat panas
panas (mesin panas) - sebuah perangkat untuk mengkonversi energi internal menjadi energi mekanik.
Setiap mesin panas memiliki pemanas, fluida kerja (gas atau uap), yang melakukan pekerjaan dengan pemanasan (berputar poros turbin, piston bergerak, dan sebagainya) dan kulkas.Gambar di bawah ini menunjukkan diagram dari mesin panas.Dasar
mesin panas saat
Setiap fungsi mesin panas karena mesin.Untuk melakukan pekerjaan yang perlu di kedua sisi mesin piston atau turbin pisau perbedaan tekanan.Perbedaan ini dicapai di semua mesin panas sebagai berikut: suhu tubuh bekerja naik ratusan atau ribuan derajat dibandingkan dengan suhu lingkungan.Dalam turbin gas dan mesin pembakaran internal (ICE), suhu naik karena fakta bahwa bahan bakar yang dibakar di dalam mesin.Kulkas dapat bertindak suasana atau tujuan khusus perangkat untuk kondensasi dan pendinginan limbah uap.Siklus
Carnot
siklus (proses siklik) - set perubahan di negara bagian gas, sebagai akibat dari yang ia mengembalikan ke keadaan semula (dapat melakukan pekerjaan).Pada tahun 1824, fisikawan Perancis Sadi Carnot menunjukkan bahwa itu adalah menguntungkan untuk siklus mesin panas (siklus Carnot), yang terdiri dari dua proses - isotermal dan adiabatik.Gambar di bawah menunjukkan grafik siklus Carnot: 1-2 dan 3-4 - isoterm, 2-3 dan 4-1 - adiabatik.
Sesuai dengan hukum kekekalan energi, pekerjaan mesin panas, yang membawa mesin, adalah:
A = Q1 Q2,
mana Q1 - jumlah panas yang dihasilkan dari pemanas, dan Q2 - jumlah panas yangdiasingkan ke kulkas.Efisiensi termal
adalah rasio kerja mesin A yang mengeksekusi mesin dengan kuantitas panas yang diperoleh dari pemanas:
η = A / Q = (Q1 Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1.
Dalam "Pikiran pada kekuatan motif api dan pada mesin yang mampu mengembangkan kekuatan ini" (1824) menggambarkan Mesin Carnot disebut "mesin panas ideal dengan gas ideal, yang merupakan badan bekerja."Karena hukum termodinamika dapat menghitung efisiensi (maksimum mungkin) dengan mesin pemanas panas yang memiliki T1 suhu, dan kulkas dengan suhu T2.Carnot efisiensi mesin panas adalah:
ηmax = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
Sadi Carnot membuktikan bahwa apa yang Anda inginkan adalah mesin panas nyata yang beroperasi dengan pemanas dengan T1 suhu dan kulkas dengan T2 suhu tidak mampu memiliki COP yang akan lebih tinggi daripada efisiensi mesin panas (ideal).
mesin pembakaran internal (ICE)
empat-stroke mesin pembakaran internal terdiri dari satu atau lebih silinder, piston, mekanisme engkol, intake dan exhaust katup, busi.Siklus bekerja
terdiri dari empat langkah:
1) hisap - campuran yang mudah terbakar mengalir melalui katup dalam silinder;
2) kompresi - kedua katup ditutup;
3) Stroke - pembakaran ledakan campuran bahan bakar;
4) buang - emisi gas buang.
turbin uap dalam konversi energi turbin uap terjadi karena perbedaan tekanan uap air pada inlet dan outlet.
kekuatan turbin uap modern yang mencapai 1.300 MW.
Beberapa parameter teknis dari kapasitas turbin uap 1200 MW
- Vapor Pressure (segar) - 23,5 MPa.Suhu uap
- - 540 ° C.
- turbin uap konsumsi - 3600 t / h.Kecepatan
- Rotor - 3000 rpm / min.Tekanan uap
- di kondensor - 3,6 kPa.Panjang
- dari Turbine - 47,9
- Mass turbin m -.. 1.900 m
terdiri dari kompresor udara, ruang bakar dan turbin gas.Prinsip: udara tersedot ke dalam kompresor adiabatik sehingga suhunya naik sampai 200 ° C atau lebih.Selanjutnya, udara terkompresi memasuki ruang pembakaran, dimana kedua bahan bakar cair tekanan tinggi dipasok - minyak tanah, Photog, minyak.Ketika udara pembakaran dipanaskan sampai suhu 1500-2000 ° C, mengembang dan meningkatkan kecepatannya.Udara bergerak dengan kecepatan tinggi, dan produk pembakaran diarahkan ke turbin.Setelah transisi dari satu tahap ke bilah turbin pembakaran memberikan energi kinetiknya.Bagian dari energi yang diterima oleh turbin adalah untuk memutar kompresor;sisanya dihabiskan untuk rotasi rotor generator, pesawat baling-baling atau kapal, roda mobil.Turbin gas
dapat digunakan selain untuk rotasi roda mobil dan pesawat baling-baling atau kapal, sebagai mesin jet.Air dan pembakaran produk yang dikeluarkan pada kecepatan tinggi dari turbin gas, sehingga dorong jet, yang terjadi selama proses ini, dapat digunakan untuk memindahkan pesawat (pesawat) dan air (perahu) kapal, transportasi kereta api.Misalnya, pesawat turboprop memiliki pesawat AN-24, AN-124 ("Ruslan"), AN-225 ("Dream").Dengan demikian, "Dream" pada kecepatan penerbangan dari 700-850 km / jam mampu membawa 250 ton kargo lebih dari jarak hampir 15 000 km.Ini adalah pesawat angkut terbesar di dunia.
masalah Lingkungan mesin termal
pengaruh besar pada iklim memiliki keadaan atmosfer, khususnya adanya karbon dioksida dan uap air.Dengan demikian, perubahan kadar karbon dioksida menyebabkan peningkatan atau penurunan efek rumah kaca, di mana karbon dioksida menyerap sebagian panas yang memancarkan ke dalam ruang bumi, penundaan di atmosfer dan dengan demikian meningkatkan suhu permukaan dan atmosfer yang lebih rendah.Fenomena efek rumah kaca memainkan peran penting dalam mitigasi perubahan iklim.Dalam ketiadaan, suhu rata-rata atmosfer tidak akan +15 ° C dan lebih rendah 30-40 ° C.
Sekarang ada lebih dari 300 juta dari berbagai jenis kendaraan, yang membuat lebih dari setengah dari semua polusi udara.
1 tahun ke atmosfer dari pembangkit listrik panas dari pembakaran bahan bakar dirilis 150 juta ton sulfur oksida, 50 juta ton nitrogen oksida, 50 juta ton abu, 200 juta ton karbon monoksida, 3 juta ton Theon.
Komposisi atmosfer termasuk ozon, yang melindungi semua kehidupan di bumi dari efek berbahaya dari sinar ultraviolet.. Pada tahun 1982, George Farman, penjelajah Inggris, lebih dari lubang ozon Antartika ditemukan - pengurangan sementara ozon di atmosfer.Pada puncak lubang ozon 7 Oktober 1987 jumlah ozon di dalamnya telah menurun 2 kali.Lubang ozon mungkin muncul sebagai akibat dari faktor antropogenik, termasuk penggunaan industri klorin yang mengandung Freon (CFC) yang menguras lapisan ozon.Namun, studi 1990.tidak dikonfirmasi pandangan ini.Kemungkinan besar, munculnya lubang ozon tidak terkait dengan aktivitas manusia, dan merupakan proses alami.Pada tahun 1992, lubang ozon Arktik ditemukan.Jika semua
mengumpulkan lapisan ozon di atmosfer di permukaan bumi dan menebal untuk densitas udara pada tekanan atmosfer dan suhu 0 ° C, ketebalan lapisan ozon hanya 2-3 mm!Itulah seluruh papan.
sedikit sejarah ...
- 1769 Juli.Dalam insinyur Paris taman Meudon militer NZ Kyunyo untuk "kereta api", yang dilengkapi dengan mesin uap dua silinder, melaju beberapa puluh meter.
- 1885.Karl Benz, seorang insinyur Jerman, membangun roda empat bensin mobil listrik Motorwagen pertama 0,66 kW, yang 29 Januari 1886 menerima paten.Kecepatan mesin mencapai 15-18 km / jam.
- 1891.Gottlieb Daimler, penemu Jerman, membuat truk palet dengan kapasitas mesin 2,9 kW (4 tenaga kuda) dari mobil.Kecepatan tertinggi adalah 10 km / jam, kapasitas di berbagai model mulai dari 2 sampai 5 ton.
- 1899.Belgia K. Zhenattsi di mobilnya, "Jamet Contant" ("tidak pernah puas") untuk pertama kalinya melintasi kecepatan 100 kilometer garis.
Contoh memecahkan masalah
Tugas 1. suhu pemanas mesin panas yang ideal adalah sama dengan 2000 K, dan suhu kulkas - 100 ° C.Menentukan efisiensi.
keputusan : rumus
yang menentukan efisiensi mesin panas (maksimum):
ŋ = T1-T2 / T1.
ŋ = (2000K - 373 K) / 2000 K = 0,81.
Jawaban: efisiensi mesin - 81%.
Tugas 2. Dalam mesin panas selama pembakaran bahan bakar diperoleh 200 kJ panas dipindahkan ke kulkas dan 120 kJ panas.Apa efisiensi mesin?
Solusi:
rumus untuk menentukan efisiensi dari jenis ini adalah:
ŋ = Q1 - Q2 / Q1.
ŋ = (2 · 105 J - 1,2 x 105 J) / 2 · 105 J = 0,4.
Jawaban: efisiensi mesin panas - 40%.
Task 3. Apa efisiensi mesin panas, jika tubuh bekerja setelah menerima jumlah panas dari pemanas untuk melakukan pekerjaan 1,6 MJ 400 kJ?Berapa banyak panas dipindahkan ke kulkas?
Solusi: efisiensi
dapat ditentukan dengan rumus
ŋ = A / Q1.
ŋ = 0,4 · 106 J / 1,6 · 106 J = 0,25.
jumlah Menular kulkas panas dapat ditentukan dengan rumus
Q1 - A = Q2.
Q2 = 1,6 · 106 J - 0,4 · 106 J = 1,2 × 106 J.
Jawaban: mesin panas memiliki efisiensi 25%;jumlah panas yang ditransfer ke kulkas - 1,2 x 106 J.
