Moderne realiteter krever utstrakt bruk av varme motorer.Mange forsøk på å erstatte dem med elektriske motorer er under fiasko.Problemene forbundet med akkumulering av elektrisk kraft i autonome systemer er løst med store vanskeligheter.
fortsatt relevante problemstillinger av elektrisitet produksjonsteknologi batterier basert på deres langsiktig bruk.Speed karakteristikker av elektriske biler er langt fra de av bilene forbrenningsmotorer.
første skritt i etableringen av hybrid motorer kan redusere skadelige utslipp i byområder, løse miljøproblemer.
liten historie
muligheten for å konvertere damp energi til kinetisk energi har vært kjent siden antikken.130 BC: Philosopher Hero of Alexandria presentert for tilskuerne damp leketøy - eolipil.Sfære fylt med damp, kom i rotasjon under virkningen av strålene som strømmer ut fra den.Denne prototypen av den moderne dampturbin på den tiden fant ikke søknaden.
mange år og århundrer med utvikling av filosofen ansett som en morsom leke.I 1629 den italienske D. Branca opprettet en proaktiv turbin.Steam satt i bevegelse platen som følger med kniver.
Siden da, den raske utviklingen av dampmaskiner.
varme motoren
transformasjon av indre energi inn energien til bevegelse av maskindeler og mekanismer som brukes i varme motorer.
Hoveddeler: et varmeapparat (system for å skaffe energi fra utsiden), som arbeider legeme (som gjør en gunstig effekt), kjøleskap.
varmer er designet for arbeidsmediet til å samle nok lager av indre energi for nyttig arbeid.Kjøleskap fjerner overflødig energi.
viktigste kjennetegn effektivitet kalt effektiviteten av varmemotorer.Denne verdien viser hvor mye energi brukt på oppvarming er brukt på nyttig arbeid.Jo høyere effektivitet, mer lønnsom drift av maskinen, men denne verdien kan ikke overstige 100%.
beregning effektivitet
La ovnen kjøpt fra utsiden energi lik Q1.Arbeide kroppen gjøre jobben A, mens energi Devoted kjøleskapet var Q2.
Basert på definisjonen, beregne mengden av effektivitet:
η = A / Q1.Vi antar at A = Q1 - Q2.
dermed effektiviteten av en varmekraftmaskin, har formelen formen η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, følgende konklusjoner:
- effektivitet kan ikke overstige en (eller 100%);
- å maksimere verdien, må du enten øke energien mottatt fra ovnen, eller en nedgang i energi, ga kjøleskapet;
- økning energi bereder arbeid for å endre kvaliteten på drivstoff;
- redusere energi gitt kjøleskapet, tillate å oppnå design funksjonene til motorer.
ideelle varme motoren
mulig å lage en slik motor, effektivitet som ville være den maksimale (i en ideell - lik 100%)?Finn svaret på det spørsmålet prøvde å fransk fysiker og en talentfull ingeniør Sadi Carnot.I 1824 sine teoretiske beregninger av prosesser i gasser ble utgitt.
grunnleggende idé som ligger i den ideelle maskinen kan betraktes som å utføre reversible prosesser med ideell gass.Start med isotermisk ekspansjon av gassen ved en temperatur T1.Mengden varme som kreves for dette formålet, - Q1.Når gassen ekspanderer uten varme (adiabatisk prosess).Nådd temperaturen T2, blir gassen komprimeres isotermisk, passerer kjøleenergi Q2.Avkastningen av gassen til sin opprinnelige tilstand utføres adiabatisk.
effektiviteten til en ideell Carnot varmekraftmaskin med presis beregning er forholdet mellom temperaturforskjellen mellom de varme og kjøleinnretninger for temperatur, som har en varmekilde.Det ser ut som dette: η = (T1 - T2) / T1.
mulig virkningsgrad av en varmekraftmaskin, har formelen formen: η = 1 - T2 / T1, avhenger bare av temperaturen i ovnen og kjøler, og kan ikke være mer enn 100%.
Videre tillater dette forholdet oss å bevise at effektiviteten av varme motorer kan være lik enhet bare når kjøleskapet absolutte null temperatur.Som kjent, er denne verdien uoppnåelig.
teoretiske beregninger tillate å bestemme den maksimale Carnot effektiviteten av en varmemaskin av en hvilken som helst utforming.
Påvist Carnot teorem er som følger.En vilkårlig varme motoren under noen omstendigheter er ikke i stand til å ha en virkningsgrad på mer enn samme effektivitet ideelle varme motoren.
Eksempel løse
eksempel 1. Hva er effektiviteten av en ideell varmemaskinen, når temperaturen ovnen er 800 ° C, og temperaturen ble holdt under 500 ° C i kjøleskap?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Løsning:
Per definisjon: η = (T1 - T2) / T1.
Vi fikk ikke temperaturen i kjøleskapet, men AT = (T1 - T2), derav:
η = AT / T 1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Svar: effektivitet = 46%.
eksempel 2. Bestem effektiviteten av en ideell varme motoren, hvis dette skyldes oppkjøpet av én kilojoule av energivarmeapparatet er gjort nyttig arbeid 650 J. Hva er temperaturen i ovnen varme motoren når kjølevæsketemperatur - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1 000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Løsning:
I denne oppgaven vi snakker om varmen innstillingen, effektivitet som kan beregnes ved formelen:
η = A / Q1.
for å bestemme temperaturen i varmeovnen formelen ideell varme motorens effektivitet:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
fullført matematiske transformasjoner, får vi:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Vi beregne:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Svar: η = 65% T1 = 1142,8 K.
faktiske forholdene
ideell varme motor designet for å møteideelle prosesser.Arbeidet er gjort bare i de isotermiske prosesser, dens verdi er definert som arealet avgrenset av grafen på Carnot-prosessen.
Faktisk, for å skape forutsetninger for å endre tilstanden i prosessgassen uten medfølgende endringer i temperatur er ikke mulig.Ingen slike materialer, noe som ville hindre varmeutveksling med de omkringliggende objekter.Adiabatisk prosess blir umulig å gjennomføre.I tilfelle av varmeoverføring temperaturen på gassen må endres.
effektiviteten til varme motorer, opprettet under reelle forhold avviker vesentlig fra den ideelle effektiviteten av motorene.Legg merke til at fremgangsmåten i det virkelige motorer er så hurtig at variasjonen av den indre termisk energi av arbeidsstoffet i ferd med å endre sitt volum ikke kan kompenseres ved tilførsel av varme mengde fra ovnen og tilbake til kjøleskapet.
Andre varme motorer
reelle motorer operere på ulike sykluser:
- Otto syklus: prosessen i faste volum adiabatiske endringer, og skaper en ond sirkel;
- syklus Diesel: Isobar, adiabatisk, isochor, adiabatisk;
- gassturbin: en prosess som skjer ved konstant trykk, er erstattet av adiabatisk lukker sløyfen.
Lag likevekts prosesser i reelle motorer (for å bringe dem nærmere den ideelle) i bestemmelsene for moderne teknologi er ikke mulig.Effektiviteten av varmemotorer er betydelig lavere, selv med de samme temperaturforhold som i den ideelle varmesetting.
Men ikke redusere betydningen av beregningsformelen av Carnot-prosessen effektivitet, som det er blitt et referansepunkt i prosessen for å forbedre effektiviteten av reelle motorer.
måter å endre effektiviteten
Sammenligning ideelle og reelle varme motorer, er det verdt å merke seg at temperaturen i kjøleskapet ikke kan være den siste heller.Vanligvis betraktet som et kjøleskap atmosfære.Ta temperaturen av atmosfæren kan bare omtrentlige beregninger.Erfaring indikerer at kjølevæsketemperaturen er lik temperaturen av eksosgasser i motoren, slik tilfellet er i forbrenningsmotorer (forkortet til DVS).
ICE - den vanligste i vår verden av varme motoren.Effektivitet varmemaskinen i dette tilfellet er avhengig av temperaturen er laget av brennende brensel.Den vesentlige forskjellen fra dampmaskinen er en fusjon maskinfunksjoner og arbeidsmedium varmeapparatet enhet i en luft-drivstoffblandingen.Brenning, skaper blandingen presset på de bevegelige delene i motoren.
Økning av driftstemperaturen for gassene oppnås ved å endre brennstoffegenskaper betraktelig.Dessverre, er det umulig å gjøre det på ubestemt tid.Ethvert materiale som er laget av et brennkammer i motoren, har sitt smeltepunkt.Varmebestandighet av materialer - de viktigste egenskapene til motoren, og evnen til å i vesentlig grad påvirker effektiviteten.
Verdier motorens effektivitet
Hvis vi ser på dampturbinen, temperaturen på arbeids damp innløp som er 800 K, og eksosen - 300 K, er effektiviteten av denne maskinen 62%.I virkeligheten er imidlertid denne verdien ikke overstiger 40%.Denne reduksjonen skyldes varmetapet ved oppvarming av turbinhuset.
største verdien effektivisering av forbrenningsmotorer ikke overstiger 44%.Øke denne verdien - spørsmålet om nær fremtid.Endre egenskapene til materialer, drivstoff - dette er et problem over hvilke syssels de beste hodene av menneskeheten.
