המודרנית דורשת פעולה נרחבת של מנועי חום.ניסיונות רבים להחליף אותם עם מנועים חשמליים עובר כישלון.הבעיות הקשורות להצטברות של חשמל במערכות אוטונומיות נפתרות בקושי רב.
עדיין סוגיות רלוונטיות של סוללות טכנולוגית ייצור חשמל המבוססות על השימוש ארוך הטווח שלהם.מאפייני מהירות של כלי רכב חשמליים רחוקים מאלה של מנועי בעירה הפנימיים מכוניות.צעדים הראשונים
ביצירת המנועים היברידיים יכולים להפחית באופן משמעותי את הפליטה מזיקה באזורים עירוניים, פתרון בעיות סביבתיות.קצת היסטורית אפשרות
של המרת אנרגיית קיטור לאנרגיה קינטית כבר ידועה מאז ימי קדם.130 לפנה"ס: פילוסוף גיבור של אלכסנדריה שהוצג לצעצוע קיטור צופים - eolipil.כדור מלא באדים, הגיע בסיבוב תחת הפעולה של המטוסים הנובעים מזה.אב טיפוס זה של טורבינת הקיטור המודרנית בזמן לא מצא את היישום.
שנים ומאות שנים של פיתוח של הפילוסוף רבים נחשבים צעצוע כיף.בשינה 1629 האיטלקית ד ראנקה נוצרה טורבינה יזומה.קיטור מניע את הדיסק מסופק עם להבים.
מאז, ההתפתחות המהירה של מנועי קיטור.מנוע חום
שינוי
של אנרגיה פנימית לאנרגיה של תנועה של חלקי מכונות ומנגנונים המשמשים במנועי חום.חלקי
עיקריים: דוד (מערכת של קבלת אנרגיה מבחוץ), גוף הפועל (עושה השפעה חיובית), מקרר.דוד
מיועד לנוזל עובד לצבור מספיק מלאי של האנרגיה הפנימית לעבודה מועילה.מקרר מסיר אנרגיה עודפת.
יעילות מאפיין עיקרי נקראת היעילות של מנועי חום.ערך זה מראה כמה אנרגיה מושקעת בחימום הוא בילה על עבודה שימושית.גבוהה יותר יעילות, רווחית יותר הפעולה של המכונה, אך ערך זה לא יעלה על 100%.יעילות חישוב
בוא דוד נרכש מאנרגיה מחוץ שווה לQ1.העבודה הגוף לעשות את העבודה, בעוד מקרר האנרגיה המוקדשת היה Q2.
בהתבסס על ההגדרה, לחשב את הסכום של יעילות: = / Q1 η
.אנו מניחים ש= Q1 - Q2.
לכן היעילות של מנוע חום, יש לו את הנוסחה = (Q1 - Q2) η צורה / Q1 = 1 - Q2 / Q1, את המסקנות הבאות: יעילות
- לא יכולה לחרוג 1 (או 100%);
- למקסם את הערך הזה, עליך להגדיל את האנרגיה המתקבלת מהתנור, או ירידה באנרגיה, נתן המקרר;עבודת מחמם אנרגיית עליית
- לשנות את האיכות של דלקים;
- להפחית אנרגיה נתון המקרר, לאפשר להשגת תכונות העיצוב של המנועים.מנוע חום אידיאלי
אפשר ליצור מנוע כזה, היעילות שלו תהיה מרבי (באידאל - שווה 100%)?מצא את התשובה לשאלה שניסתה פיזיקאי צרפתי ומהנדס מוכשר סאדי קרנו.בשינה 1824 חישובים תיאורטיים של תהליכים בגזים שוחררו.רעיון בסיסי
הגלום במכונה האידיאלית יכול להיחשב כביצוע תהליכים הפיכים עם גז אידיאלי.התחל עם התרחבות בידוד תרמית של הגז בטמפרטורת T1.כמות החום הדרושה למטרה זו, - Q1.כאשר הגז מתרחב ללא חום (תהליך אדיאבטי).ההגעה T2 הטמפרטורה, הגז דחוס isothermally, עובר Q2 אנרגיית מקרר.חזרתו של הגז למצבו המקורי מבוצעת adiabatically.יעילות
של מנוע חום אידיאלי קרנו עם חישוב מדויק היא היחס של הבדלי הטמפרטורה בין מכשירי החימום וקירור לטמפרטורה, שבו יש תנור.זה נראה כך: η = - / T1 (T1 T2).יעילות אפשרית
של מנוע חום, יש לו את הנוסחה מבנה: η = 1 - T2 / T1, תלויה רק בטמפרטורה של החימום והקירור ולא יכול להיות יותר מ -100%.
יתר על כן, מערכת יחסים זו מאפשרת לנו להוכיח כי היעילות של מנועי חום יכולה להיות שווה לאחדות רק כאשר טמפרטורת האפס המוחלטת המקרר.כידוע, ערך זה הוא בלתי ניתן להשגה.חישובים תיאורטיים
יאפשר לקבוע את היעילות קרנו המרבית של מנוע חום של כל עיצוב.
מוכח משפט קרנו הוא כדלקמן.מנוע חום שרירותי בשום פנים אינו מסוגל לקבל את יעילות של יותר מ מנוע חום האידיאלי אותה יעילות.
דוגמא פתרון
דוגמא 1. מה הוא את היעילות של מנוע חום אידיאלי, כאשר טמפרטורת התנור היא 800 מעלות צלזיוס, והטמפרטורה מתחת ל -500 מעלות צלזיוס במקרר?
T1 = 800 ° C = 1,073 K, ΔT = 500 ° C = 500 K, η -?
פתרון:
על פי הגדרה: η = (T1 - T2) / T1.
אנחנו לא קיבלנו את הטמפרטורה של המקרר, אבל ΔT = (T1 - T2), ומכאן: η = ΔT / T1 = 500 K / 1,073 K = 0.46
.תשובה
: יעילות = 46%.
דוגמא 2. לקבוע את היעילות של מנוע חום אידיאלי, אם בשל הרכישה של kilojoule אחד של דוד אנרגיה נעשית עבודה שימושית 650 ג 'מהי הטמפרטורה של מנוע חום התנור כאשר טמפרטורת נוזל הקירור - 400 K?
Q1 = kJ = 1000 J 1, = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
פתרון:
בבעיה זו על הגדרת החום אנחנו מדברים, את היעילות של מה שיכול להיות מחושבת על ידי הנוסחא: = / Q1 η
.
כדי לקבוע את הטמפרטורה של יעילות מנוע חום אידיאלי נוסחת שימוש דוד: η
= (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
השלמת תמורות מתמטיות, נקבל:
T1 = T2 / (η 1).
T1 = T2 / (1 / Q1).
לחשב:
η = J / 1000 J 650 = 0.65.
T1 = 400 K / (1 650 J / 1000 J) = 1,142.8 תשובה ק
: η = 65% = 1,142.8 T1 מנוע ק
תנאים בפועל
אידיאלי חום נועד לענותתהליכים אידיאליים.העבודה נעשית רק בתהליכי הבידוד התרמיים, הערך שלה מוגדר כאזור מתוחם על ידי הגרף של המחזור קרנו.
למעשה, כדי ליצור את התנאים לשינוי המצב של גז התהליך ללא ליווי שינויים בטמפרטורה הוא לא אפשרי.אין חומרים כאלה, שימנעו החלפת החום עם האובייקטים שמסביב.תהליך Adiabatic הופך להיות בלתי אפשרי לביצוע.במקרה של העברת חום טמפרטורה של הגז צריך להיות שונה.יעילות
של מנועי חום, נוצרו בתנאים אמיתיים שונה באופן משמעותי מהיעילות האידיאלית של המנועים.שים לב שהתהליך במנועי אמיתיים הוא כל כך מהיר שהווריאציה של אנרגיית התרמית הפנימית של העבודה חומר בתהליך של שינוי הנפח לא יכולה להיות מתוגמלת על ידי זרם של כמות חום מהתנור ולהחזיר את המקרר.המנועים אמיתיים
מנועי חום
אחר פועלים על מחזורים שונים: מחזור - אוטו: תהליך בשינויי adiabatic נפח קבועים, יצירת מעגל קסמים;דיזל מחזור
- : אִיזוֹבָּר, adiabatic, isochor, adiabatic;טורבינת
- גז: תהליך המתרחש בלחץ קבוע, הוא הוחלף על ידי adiabatic סוגרת את הלולאה.
יצירת תהליכי שיווי משקל במנועי אמיתיים (על מנת להביא אותם קרוב יותר לאידאל) בתנאים של הטכנולוגיה המודרנית אינה אפשרית.יעילות של מנועי חום נמוכה באופן משמעותי, אפילו עם אותם תנאי הטמפרטורה כמו בהגדרת החום האידיאלית.
אבל לא לצמצם את תפקידו של נוסחת החישוב של יעילות המחזור קרנו, כפי שהוא הופך לנקודת התייחסות בתהליך כדי לשפר את היעילות של המנועים אמיתיים.הדרכים
לשנות את היעילות
השוואת מנועי חום אידיאליים ואמיתיים, זה ראוי לציין כי הטמפרטורה של המקרר לא יכולה להיות שעברה גם.בדרך כלל נחשב אווירת מקרר.קח את הטמפרטורה של האטמוספרה יכולה חישובים מקורבים בלבד.ניסיון מצביע על כך שטמפרטורת נוזל הקירור שווה לטמפרטורה של גזי פליטה במנוע, כמו במקרה של במנועי בעירה פנימיים (המקוצרת כמו DVS).ICE
- הנפוץ ביותר בעולם של מנוע חום שלנו.מנוע חום יעיל במקרה זה תלוי בטמפרטורה שנוצרה על ידי שריפת דלק.ההבדל המהותי ממנוע הקיטור הוא פונקציות מכונה היתוך ומכשיר חימום נוזל עובד בתערובת אוויר-דלק.שריפה, התערובת יוצרת לחץ על החלקים הנעים של המנוע.
הגדלת טמפרטורת ההפעלה של גזים מושגת על ידי שינוי מאפייני הדלק באופן משמעותי.למרבה הצער, זה בלתי אפשרי לעשות את זה ללא הגבלת זמן.כל חומר העשוי מתא בעירה של המנוע, יש נקודת ההתכה שלה.עמידות בחום של חומרים - המאפיינים העיקריים של המנוע, והיכולת להשפיע באופן משמעותי את היעילות.
ערכי יעילות מנוע
אם ניקח בחשבון טורבינת הקיטור, הטמפרטורה של כניסת הקיטור עובד שהיא 800 K, וגזי פליטה - 300 K, את היעילות של מכשיר זה היא 62%.במציאות, לעומת זאת, ערך זה אינו עולה על 40%.ירידה זו נגרמת על ידי אובדן חום על חימום דיור הטורבינה.יעילות הערך הגדול ביותר
של מנועי בעירה פנימיים אינה עולה על 44%.הגדלת ערך זה - השאלה של העתיד הקרוב.שינוי התכונות של חומרים, דלק - מדובר בבעיה המעסיקה מעל המוחות הטובים ביותר של האנושות.
