Współczesne realia wymagają szerszego działania silników cieplnych.Liczne próby zastąpienia ich silników elektrycznych ulega awarii.Problemy związane z gromadzeniem energii elektrycznej w układach autonomicznych rozwiązano z wielką trudnością.
wciąż istotne kwestie baterii technologii wytwarzania energii elektrycznej w oparciu o ich długotrwałego stosowania.Charakterystyka prędkości pojazdów elektrycznych są dalekie od tych samochodów silników spalinowych.
pierwsze kroki w tworzeniu silników hybrydowych może znacznie ograniczyć emisję szkodliwych substancji w obszarach metropolitalnych, rozwiązywanie problemów środowiskowych.
trochę historii
możliwość zamiany energii w energię kinetyczną pary jest znana od czasów starożytnych.130 BC: Filozof Heron z Aleksandrii przedstawione zabawki widzów pary - eolipil.Kula wypełniona pary, był w ruch obrotowy pod wpływem działania strumieni wypływających z niego.Ten prototyp nowoczesnej turbiny parowej w czasie nie znaleźć zastosowania.
wiele lat i wieków rozwoju filozof uważany zabawa zabawki.W 1629 roku włoski D. Branca stworzył aktywne turbinę.Parowa w ruch płytę wyposażoną w łopatki.
Od tego czasu, szybki rozwój silników parowych.Silnik cieplny
transformacji wewnętrznej energii w energię ruchu części maszyn i mechanizmów stosowanych w silnikach cieplnych.
Główne części: grzejnik (system pozyskiwania energii z zewnątrz), ciało pracy (sprawia, że korzystny wpływ), lodówka.
Piec jest przystosowany do płynu roboczego zgromadzić wystarczająco dużo zapasów energii wewnętrznej do pożytecznej pracy.Lodówka usuwa nadmiar energii.
Głównym wydajność charakterystyczną nazywa sprawność silników cieplnych.Wartość ta pokazuje, jak wiele energii spędził na ogrzewanie jest przeznaczana na pożytecznej pracy.Im wyższa wydajność, tym bardziej opłacalna eksploatacja maszyny, ale wartość ta nie może przekroczyć 100%.Wydajność obliczeń
Niech grzejnik zakupionej energii zewnętrznej równej Q1.Praca z ciałem zrobić pracować, podczas gdy energia Poświęcony lodówka była Q2.
Na podstawie definicji, obliczyć ilość wydajności:
r | = A / Q1.Zakładamy, że A = Q1 - Q2.
Stąd sprawność silnika cieplnego, formuła ma postać r | = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, do następujących wniosków: Efektywność
- nie może przekraczać 1 (lub 100%);
- do maksymalizacji tej wartości, należy albo zwiększać energię otrzymaną z grzejnika lub spadku energii dała lodówki;
- pracy nagrzewnicy wzrost energii do zmiany jakości paliw;
- zmniejszyć energię daną lodówkę, pozwalają uzyskać cechy konstrukcyjne silników.
silnika idealne ciepła
możliwe stworzenie takiego silnika, wydajność, która byłaby maksymalna (w idealnym - równa 100%)?Znajdź odpowiedź na to pytanie próbował francuskiego fizyka i utalentowanego inżyniera Sadi Carnot.W 1824 roku jego teoretyczne obliczenia procesów gazów zostały wydane.
idea nieodłącznym idealnej maszyny, mogą być uznane za prowadzenie procesów odwracalnych z gazu doskonałego.Zacząć izotermiczne rozprężanie gazu przy temperaturze T1.Ilość ciepła wymaganego do tego celu - Q1.Gdy gaz rozszerza się bez (procesu adiabatycznego) ciepła.Osiągnięcie temperatury T2, gaz jest sprężany izotermicznie, przekazując Q2 energetycznej lodówki.Powrót gazu do stanu pierwotnego odbywa adiabatycznego.
sprawność idealnego silnika cieplnego Carnota z precyzyjnego obliczenia to stosunek różnicy temperatur pomiędzy urządzeń grzewczych i chłodzących do temperatury, która posiada grzałkę.Wygląda to tak: η = (T1 - T2) / T1.
możliwe sprawność silnika cieplnego, wzór ma postać: η = 1 - T2 / T1 zależy tylko od temperatury grzejnika i chłodnicy, a nie więcej niż 100%.
Ponadto związek ten pozwala wykazać, że sprawność silników cieplnych może być równa jedności tylko wtedy, gdy lodówka temperatury bezwzględnej zero.Jak wiadomo, wartość ta jest nieosiągalna.Obliczenia teoretyczne
pozwala określić maksymalną wydajność Carnot z silnikiem cieplnym każdego projektu.
Sprawdzona twierdzenie Carnota jest następujący.Dowolny silnik cieplny w żadnym wypadku nie mogą mieć sprawność ponad tę samą efektywność idealnego silnika cieplnego.
Przykład rozwiązania
Przykład 1. co oznacza wydajność idealnego silnika cieplnego, gdy grzałka ma temperaturę 800 ° C i temperaturę poniżej 500 ° C, w lodówce?
T1 = 800 ° C = 1073 K, t = 500 ° C = 500 K, η -?
Rozwiązanie:
Z definicji: η = (T1 - T2) / T1.
Nie podano temperatury lodówki, a AT = (T1 - T2), stąd:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Odpowiedź: Wydajność = 46%.
Przykład 2. określić wydajność idealnego silnika cieplnego, jeżeli w wyniku nabycia jednej kiloJoule grzejnika energii odbywa się użyteczna praca 650 J. Jaka jest temperatura silnika cieplnego grzejnik, gdy temperatura płynu chłodzącego - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Rozwiązanie:
W tym problemie mówimy o ustawieniu ciepła, sprawność, która może być obliczona według wzoru:
r | = A / Q1.
określić temperaturę wykorzystanie sprawności silnika nagrzewnica wzór idealny ciepła:
r | = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
zakończeniu przekształceń matematycznych, otrzymujemy:
T1 = T2 / (1-η).
T1 = T2 / (1- / Q1).
Obliczamy:
r | = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Odpowiedź: η = 65% T1 = 1142,8 K.
rzeczywiste warunki
idealny silnik cieplny zaprojektowane, aby spełnićidealne procesy.Praca odbywa się wyłącznie w procesie izotermicznym, jego wartość jest określona jako obszar ograniczony przez wykres cyklu Carnota.
W rzeczywistości, aby stworzyć warunki do zmiany stanu gazu procesowego, bez towarzyszących zmian temperatury nie jest możliwe.Brak takich materiałów, które stanowią przeszkodę dla wymiany ciepła z okolicznych obiektów.Przemiana adiabatyczna staje się niemożliwe do przeprowadzenia.W tym przypadku temperatura wymiany ciepła z gazem muszą być zmieniane.
sprawność silników cieplnych, utworzonych w rzeczywistych warunkach znacznie różnią się od idealnej sprawności silników.Należy zauważyć, że proces w rzeczywistych silnikach jest tak szybkie, że odmiana wewnętrznej energii cieplnej substancję pracy w procesie zmiany jego objętości nie mogą być kompensowane przez dopływ ilości ciepła z grzejnika i powrót do lodówki.Prawdziwe silniki
Inne silniki cieplne
działają na różnych cykli: cykl
- Otto: proces adiabatycznego na ciągłe zmiany objętości, tworząc błędne koło;
- Cykl Diesel: isobar, adiabatyczne, isochor, adiabatyczne;
- turbiny gazowej: a proces odbywa się przy stałym ciśnieniu, jest zastąpiony przez adiabatyczne zamyka pętlę.
Tworzenie procesów równowagi w rzeczywistych silników (w celu zbliżenia ich do ideału) w warunkach nowoczesnej technologii nie jest możliwe.Sprawność silników cieplna jest znacznie mniejsza, nawet w tych samych temperaturach jak w optymalny ciepła.
jednak nie ograniczyć rolę wzoru do obliczeń sprawności cyklu Carnota, ponieważ staje się punktu odniesienia w tym procesie, aby poprawić efektywność rzeczywistych silnikach.
sposoby, aby zmienić wydajność
Porównując idealne i rzeczywiste silniki cieplne, warto zauważyć, że temperatura w lodówce nie może być ostatnim albo.Zazwyczaj uważa się za lodówkę atmosfera.Weź temperaturę atmosfery może tylko przybliżone obliczenia.Doświadczenie wskazuje, że temperatura płynu chłodzącego wynosi od temperatury gazów spalinowych w silniku, jak to ma miejsce w przypadku silników spalania wewnętrznego (w skrócie DVS).
ICE - najbardziej powszechne w naszym świecie silnika cieplnego.Sprawność silnika ciepła w tym przypadku zależy od temperatury stworzony przez spalania paliwa.Zasadnicza różnica z silnikiem parowym to funkcje maszyny fuzji i pracy urządzenia grzałki płynu w mieszanki paliwowo-powietrznej.Spalania, mieszanina tworzy ciśnienie w ruchomych częściach silnika.
zwiększenie temperatury pracy gazów osiąga się poprzez zmianę właściwości paliwa znacząco.Niestety, nie da się tego zrobić na czas nieokreślony.Każdy materiał, który jest wykonany z komory spalania silnika, ma temperaturę topnienia.Odporność na ciepło materiałów - główne cechy silnika, oraz możliwość znacząco wpływa na wydajność.
Wartości sprawności silnika
Jeśli weźmiemy pod uwagę turbinę parową, temperaturę pracy wlotu pary, która jest 800 K i spalin - 300 K, wydajność tej maszyny wynosi 62%.W rzeczywistości jednak, ta wartość nie przekracza 40%.To ograniczenie jest spowodowane utratą ciepła po podgrzaniu obudowy turbiny.
największą wartość sprawności silników spalinowych nie przekracza 44%.Zwiększenie tej wartości - pytanie o najbliższej przyszłości.Zmiana właściwości materiałów, paliwa - jest to problem, nad którym zatrudnia najlepsze umysły ludzkości.
