šiuolaikines realijas reikalauja daug veikimą šiluminiais varikliais.Daugybė bandymų pakeisti juos su elektros varikliais išgyvena nesėkmę.Problemos, susijusios su elektros energijos kaupimo autonominių sistemų sprendžiamos labai sunkiai.
vis dar aktualus klausimai elektros energijos gamybos technologijų baterijų, remiantis jų ilgalaikio naudojimo.Greičio charakteristikos elektrinių transporto priemonių yra toli nuo tų automobilių vidaus degimo varikliams.
pirmieji žingsniai kuriant hibridinius variklius gali žymiai sumažinti išmetamą kenksmingų teršalų kiekį didmiesčiuose, sprendžiant aplinkos apsaugos problemas.
Truputis istorijos
galimybė konvertuoti garo energiją į kinetinę energiją buvo žinoma nuo seniausių laikų.130 BC: Filosofas herojus iš Aleksandrijos pristatytas žiūrovų garo žaislas - eolipil.Sfera pripildytas vandens garais, atėjo rotacijos pagal purkštukų sklindančius iš jo veiksmų.Tai šiuolaikinio garo turbina tuo metu prototipas neradote taikymą.
daugelį metų ir šimtmečių plėtros filosofas laikomas įdomus žaislas.1629 Italijos D. Branca sukūrė aktyvią turbiną.Garo išjudinti diską, pateiktą su ašmenimis.
Nuo tada, sparti garvežių.
šiluminis variklis
transformacija vidinės energijos į judėjimo detalių ir mechanizmų, naudojamų šilumos variklių energijos.
pagrindinių dalių: autonominis šildytuvas (sistema gaunant energiją iš lauko), darbo kūno (daro teigiamą poveikį), šaldytuvas.
šildytuvas yra skirtas darbo skystis kaupiasi pakankamai atsargų vidaus energija naudingo darbo.Šaldytuvas pašalina perteklinį energijos.
pagrindinė savybė efektyvumas vadinamas šilumos variklių efektyvumą.Ši vertė rodo, kiek energijos išleidžiama šildymui išleidžiama naudingo darbo.Kuo didesnis efektyvumas, pelningesnė iš įrenginio operacijos, bet tai vertė negali viršyti 100%.
skaičiavimo efektyvumas
Tegul šildytuvas įsigyti iš išorės energijos lygi Q1.Darbas kūno padaryti dirbti, o energijos Skirta šaldytuvas buvo Q2.
grindžiamas apibrėžimu, apskaičiuoti efektyvumo sumą:
η = A / Q1.Manome, kad A = Q1 - Q2.
Taigi iš šilumos variklio efektyvumas, formulė turi forma η = (K1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, šias išvadas:
- efektyvumas negali viršyti 1 (arba 100%);
- padidinti šią vertę, turite padidinti gautą iš šildytuvo, arba į energijos sumažėjimo energiją, davė šaldytuvą;
- didinti energijos šildytuvas darbas pakeisti kuro kokybės;
- sumažinti atsižvelgiant į šaldytuvą energiją, leidžia pasiekti dizaino bruožus variklius.
idealus šiluminis variklis
įmanoma sukurti tokį variklį, kurių naudingumo koeficientas būtų maksimalus (Idealiame - lygus 100%)?Ieškoti į šį klausimą bandė prancūzų fizikas ir talentingas inžinierius Sadi Carnot atsakymą.1824 buvo išleistas jo teoriniai skaičiavimai procesų dujos.
pagrindinė idėja būdinga ideali mašina gali būti laikoma atlieka grįžtamąjį procesus idealiųjų dujų.Pradėti su izoterminio plėtimosi dujų esant T1 temperatūroje.Šilumos kiekis, reikalingas šiam tikslui, - Q1.Kai dujos plečiasi be šilumos (adiabatiniu procesas).Pasiekti temperatūros T2, dujos suspaustos isothermally, išlaikęs šaldytuvas energijos Q2.Iš dujų grąžinimo į pradinę būklę yra atliekamas adiabatiškai.
efektyvumas idealios Carnot šilumos variklis su tiksliai apskaičiuoti yra temperatūrų skirtumas tarp šildymo ir aušinimo įrenginių temperatūrą, kuri turi šildytuvą santykis.Ji atrodo taip: η = (t1 - t2) / T1.
įmanoma efektyvumas šiluminis variklis, formulė turi formą: η = 1 - T2 / T1, priklauso tik nuo šildytuvo ir aušintuvo temperatūrų ir gali būti ne daugiau kaip 100%.
Be to, šis ryšys leidžia mums įrodyti, kad šiluminiais varikliais efektyvumas gali būti lygus vienybės tik tada, kai šaldytuvas absoliutus nulis temperatūrą.Kaip žinoma, ši vertė yra nepasiekiamas.
teoriniai skaičiavimai leidžia nustatyti maksimalų Karno efektyvumas šilumos variklis bet kokį dizainą.
Įrodytas Karno teorema yra taip.Savavališkai variklis šilumos jokiomis aplinkybėmis negali būti didesnis nei tuo pačiu efektyvumo idealus šilumos variklio efektyvumą.
pavyzdys sprendžiant
Pavyzdys 1. Kas yra idealus šilumos variklio efektyvumas, kai šildytuvas temperatūra yra 800 ° C, o žemiau 500 ° C temperatūra šaldytuve?
T1 = 800 ° C = 1073 K, ΔT = 500 ° C = 500 K, η -
Sprendimas:
Pagal apibrėžimą: η = (t1 - t2) / T1.
Mums nebuvo suteikta šaldytuvo temperatūrą, bet ΔT = (t1 - t2), taigi:
η = ΔT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Atsakymas: efektyvumas = 46%.
Pavyzdys 2. Nustatykite idealus šilumos variklio efektyvumą, jei dėl vienos kilodžauliai energijos šildytuvo įsigijimą daroma naudingo darbo 650 J. Kas yra šildytuvo šilumos variklio temperatūra, kai aušinimo skysčio temperatūra - 400 K?
K1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Sprendimas:
Be šios problemos mes kalbame apie merserizavimas, kurių efektyvumas gali būti apskaičiuojamas pagal formulę:
η = A / Q1.
nustatyti šildytuvo naudojimas formulė idealiai šilumos variklio efektyvumą temperatūra:
η = (t1 - t2) / T1 = 1 - T2 / T1.
baigia matematinius transformacijas, gauname:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Mes apskaičiuojame:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Atsakymas: η = 65% T1 = 1142,8 K.
faktinės sąlygos
idealus šiluminis variklis sukurta siekiant patenkintiidealus procesai.Darbas yra atliekamas tik izoterminio procesų, jos vertė yra apibrėžiama kaip zonoje, apribotoje į Karno ciklo diagramoje.
Tiesą sakant, sudaryti sąlygas keičiant proceso dujų narėje be papildomų pakeitimų temperatūros neįmanoma.Nėra tokios medžiagos, kurios galėtų užkirsti kelią šilumos mainus su aplinkinių objektų.Adiabatinius procesas tampa neįmanoma atlikti.Atsižvelgiant į šilumos perdavimo temperatūros dujų atveju turi būti pakeistas.
efektyvumas šiluminiais varikliais, sukurtų realiomis sąlygomis gerokai skiriasi nuo idealaus efektyvumo sistemose.Atkreipkite dėmesį, kad realiame variklių procesas yra toks, kad greito vidaus šiluminės energijos darbo medžiagą, atsižvelgiant į kintančias jo tūrį proceso variacijos negali būti kompensuojamas antplūdžio šilumos kiekio iš šildytuvo ir grąžinti šaldytuvas.
kito šilumos varikliai
Nekilnojamasis varikliai veikia skirtingų ciklų:
- Otto ciklą: į esant pastoviam tūriui adiabatinius pokyčių procesą, sukurti užburtą ratą;
- ciklas Dyzelinas: Izobara, Adiabatinis, lygia intervalo, Adiabatinis;
- dujų turbinos: procesas, kuris vyksta esant pastoviam slėgiui, pakeičiamas adiabatinius uždaro kilpą.
Sukurti pusiausvyros procesus nekilnojamojo varikliams (siekiant priartinti jas prie idealo) Atsižvelgiant į šiuolaikines technologijas sąlygų yra neįmanoma.Efektyvumas šiluminiais varikliais yra gerokai mažesnė, net su tais pačiais temperatūros sąlygomis kaip idealus šilumos nustatymas.
Tačiau nereikia sumažinti skaičiavimo formulė Karno ciklas efektyvumo vaidmenį, nes ji tampa atskaitos taškas, į šį procesą siekiant pagerinti realias variklių efektyvumą.
būdų pakeisti efektyvumą
Lyginant idealus ir realių šiluminiais varikliais, verta pažymėti, kad iš šaldytuvo temperatūra gali būti ne paskutinis arba.Paprastai laikoma, šaldytuvas atmosfera.Paimkite atmosferą galima tik apytiksliai skaičiavimai temperatūrą.Patirtis rodo, kad aušinimo skysčio temperatūra lygi išmetamųjų dujų temperatūros variklio, kaip tai yra vidaus degimo variklių atveju, (sutrumpintai DVS).
ICE - labiausiai paplitęs mūsų pasaulyje šilumos variklis.Efektyvumo šilumos variklis šiuo atveju priklauso nuo temperatūros, sukurtą deginant kurą.Esminis skirtumas nuo garo variklio yra sintezės įrenginių funkcijas ir darbo skysčio šildytuvas prietaisą oro-kuro mišinio.Degimo, mišinys sukuria spaudimą judančių variklio.
didinimas darbinei temperatūrai dujų pasiekiama keičiant kuro savybes žymiai.Deja, tai neįmanoma padaryti neribotą laiką.Bet kokia medžiaga, kuri yra pagaminta iš degimo kameros, kad variklis turi savo lydymosi tašką.Šilumos varža medžiagų - pagrindinės charakteristikos variklio, ir gebėjimas žymiai veikia efektyvumą.
Vertybės variklis efektyvumo
Jei mes manome, garo turbina, iš darbo garų įleidimo kuris yra 800 K temperatūrai ir išmetamųjų dujų - 300 K, šio įrenginio efektyvumas yra 62%.Iš tikrųjų, tačiau, ši vertė yra ne daugiau kaip 40%.Šis sumažinimas sukelia šilumos nuostolių įkaitintos turbinos korpusą.
didžiausia vertybė efektyvumas vidaus degimo variklių neviršija 44%.Šios vertės didinimas - apie netolimoje ateityje klausimą.Pakeitus medžiagų savybes, degalų - tai yra problema, per kurį dirba geriausi protus žmonijai.
