moderne necesită operație extinsă de motoare termice.Numeroase încercări de a le înlocui cu motoare electrice este in curs de eșec.Problemele asociate cu acumularea de energie electrică în sisteme autonome sunt rezolvate cu mare dificultate.
încă probleme relevante de baterii tehnologie de producție a energiei electrice pe baza utilizării lor pe termen lung.Caracteristicile de viteză ale vehiculelor electrice sunt departe de cele ale masini motoarelor cu ardere internă.
primii pași în crearea de motoare hibride poate reduce semnificativ emisiile nocive în zonele metropolitane, rezolvarea problemelor de mediu.
pic de istorie
posibilitatea de conversie a energiei aburului în energie cinetică a fost cunoscut inca din antichitate.130 BC: Filozof Hero din Alexandria prezentat jucărie spectatori abur - eolipil.Sferă umplută cu abur, a intrat în rotație sub acțiunea jeturilor care provin de la ea.Acest prototip de turbina cu abur moderne, la momentul nu a găsit cererea.
mulți ani și secole de dezvoltare a filozofului considerat o jucărie distractiv.În 1629 italian D. Branca a creat o turbină proactivă.Abur pus în mișcare pe discul furnizat cu palete.
De atunci, dezvoltarea rapidă de motoare cu aburi.Motor termic
transformare a energiei interioare în energia de mișcare de piese masini si mecanisme utilizate în motoare termice.
Principalele părți: un incalzitor (sistem de obținere a energiei din exterior), organism de lucru (face un efect benefic), frigider.
de încălzire este conceput pentru fluidul de lucru pentru a acumula suficient stoc de energie interne pentru muncă utilă.Frigider indeparteaza excesul de energie.
principal eficiență caracteristică numită eficiența motoarelor termice.Această valoare arată cât de multă energie cheltuit pe incalzire este cheltuit pe munca utilă.Cu cât eficiența, cu atât mai profitabile funcționarea mașinii, dar această valoare nu poate depăși 100%.
eficiență calcul
Să încălzitorul achiziționate de la energie afara egal cu T1.Lucrul organismul face de lucru A, în timp ce la frigider energie Devotată fost Q2.
Pe baza definiției, se calculează cantitatea de eficiență:
η = A / Q1.Presupunem că A = Q1 - Q2.
aici eficiența unui motor termic, formula are forma η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - T2 / T1, următoarele concluzii: eficiență
- nu poate depăși 1 (sau 100%);
- pentru a maximiza această valoare, trebuie să fie crească energia primită de la încălzire, sau o scădere a energiei, dat frigider;
- lucru incalzitor creștere de energie pentru a schimba calitatea combustibililor;
- reduce consumul de energie, având în vedere frigider, permite pentru a atinge caracteristicile de proiectare ale motoarelor.
motor termic ideală
posibil pentru a crea o astfel de motor, eficiența care ar fi maximul (într-o ideală - egală cu 100%)?Găsi răspunsul la această întrebare a încercat să fizician francez și un inginer talentat Sadi Carnot.În 1824 s-au eliberat calculele sale teoretice ale proceselor din gazele.
idee de bază inerente în mașină ideală poate fi considerat ca derularea proceselor reversibile cu gaz ideal.Începe cu expansiune izoterma a gazului la o temperatură T1.Cantitatea de căldură necesară pentru acest scop, - Q1.Atunci când gazul se extinde fără căldură (proces adiabatic).Atingerea temperatura T2, gazul este comprimat izoterm, trecând Q2 energie frigider.Revenirea gazului la starea inițială se realizează adiabatic.Eficiența
a unui motor termic ideal de Carnot cu calcul precis este raportul dintre diferența de temperatură dintre dispozitivele de încălzire și răcire a temperaturii, care are un încălzitor.Se pare ca acest lucru: η = (T1 - T2) / T1.
posibil eficiența unui motor termic, formula are forma: η = 1 - T2 / T1, depinde numai de temperaturile de încălzire și de răcire și nu poate fi mai mare de 100%.
Mai mult decât atât, această relație ne permite să demonstreze că eficiența motoarelor termice poate fi egal cu unitatea doar atunci când frigider temperatura de zero absolut.După cum se știe, această valoare este de neatins.
calcule teoretice permite pentru a determina eficienta Carnot maximă de un motor termic de orice design.
dovedita teorema Carnot este după cum urmează.Un motor termic arbitrar în nici un caz nu sunt în măsură să aibă o eficiență mai mare de motorului termic ideal pentru aceleași eficiență.
Exemplul rezolvarea
Exemplul 1. Ce este randamentul unui motor termic ideală, atunci când temperatura încălzitorului este 800 ° C, iar temperatura sub 500 ° C în frigider?
T1 = 800 ° C = 1073 K, DT = 500 ° C = 500 K, η -?
Soluție:
Prin definiție: η = (T1 - T2) / T1.
Noi nu s-au dat temperatura frigiderului, dar AT = (T1 - T2), deci:
η = AT / T1 = 500 K / 1,073 K = 0.46.
Răspuns: eficiență = 46%.
Exemplul 2. determinarea eficienței unui motor termic ideală, în cazul în care ca urmare a achiziției de un KJ de încălzitor energie se face o muncă utilă 650 J. Care este temperatura motorului termic de încălzire, atunci când temperatura lichidului de răcire - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Soluție:
În această problemă vorbim despre setarea de căldură, eficiența, care poate fi calculat prin formula:
η = A / Q1.
pentru a determina temperatura formula utilizare de încălzire termică excelentă eficiența motorului:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
completarea transformări matematice, obținem:
T1 = T2 / (1-η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Am calcula:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.
Răspuns: η = 65% T1 = 1142.8 K.
condițiile reale
motor termic ideală conceput pentru a satisfaceprocesele ideal.Lucrarea se face numai în procesele izoterme, valoarea sa este definit ca fiind zona delimitată de graficul ciclului Carnot.
De fapt, pentru a crea condițiile pentru schimbarea stării de gaz de proces, fără însoțitor modificări de temperatură nu este posibilă.Nici o astfel de materiale, care ar împiedica schimbul de căldură cu obiectele din jur.Proces adiabatic devine imposibil de realizat.In cazul in care temperatura de transfer de căldură a gazului trebuie să fie schimbat.Eficiența
de motoare termice, create în condiții reale diferă în mod semnificativ de la eficiența ideală a motoarelor.Rețineți că procesul de la motoarele reale este atât de rapidă încât variația energiei termice interne de substanță de lucru în procesul de schimbare a volumului său nu poate fi compensată prin afluxul de valoare de căldură de la încălzitorul și a reveni la frigider.Motoare reale
Alte motoare termice
opera pe diferite cicluri: ciclul
- Otto: procesul de la schimbări constante volum adiabatice, creând un cerc vicios;Ciclu
- Diesel: izobar, adiabatic, isochor, adiabatic;Turbină cu gaze
- : un proces care are loc la presiune constantă, se înlocuiește cu adiabatică închide bucla.
Creați procese de echilibru în motoarele reale (pentru a le aduce mai aproape de idealul), în condițiile tehnologiei moderne nu este posibilă.Eficiența motoarelor termice este semnificativ mai mic, chiar și în aceleași condiții de temperatură ca în setarea de căldură ideal.
Dar nu reduc rolul formula de calcul a eficienței ciclului Carnot, deoarece este de a deveni un punct de referință în procesul de a îmbunătăți eficiența motoarelor reale.Modalități de
pentru a schimba eficiența
Comparând motoare termice ideale și reale, este de remarcat faptul că temperatura din frigider nu poate fi ultima, fie.De obicei, considerat o atmosferă frigider.Ia temperatura atmosferei poate calcule numai aproximative.Experiența indică faptul că temperatura lichidului de răcire egală cu temperatura gazelor de eșapament din motor, așa cum este cazul motoarelor cu combustie internă (abreviat ca DVS).
ICE - cele mai frecvente în lumea noastră de motor termic.Motor termic eficiență în acest caz depinde de temperatura creata prin arderea combustibilului.Diferenta esentiala din motorul cu aburi este un funcții ale aparatului de fuziune și de lucru dispozitiv de încălzire fluid într-un amestec aer-carburant.Arderea, amestecul creează presiune pe părțile mobile ale motorului.
Creșterea temperaturii de funcționare a gazelor se realizează prin modificarea proprietăților de combustibil semnificativ.Din păcate, este imposibil să o facă pe termen nelimitat.Orice material care este fabricat dintr-o cameră de combustie a motorului, are punctul de topire.Rezistența la căldură a materialelor - principalele caracteristici ale motorului, și capacitatea de a afecta în mod semnificativ eficiența.
Valori eficienta motorului
Dacă luăm în considerare turbina cu abur, temperatura de admisie abur de lucru, care este de 800 K, iar gazele de evacuare - 300 K, eficiența acestei masini este de 62%.În realitate, însă, această valoare nu depășește 40%.Această reducere este cauzată de pierderea de căldură prin încălzire carcasa turbinei.
eficiența cea mai mare valoare a motoarelor cu combustie internă nu trebuie să depășească 44%.Creșterea această valoare - problema viitorul apropiat.Modificarea proprietăților materialelor, combustibil - aceasta este o problemă asupra căreia folosește cele mai strălucite minți ale umanității.
