Moderné realita vyžadujú rozsiahle prevádzku tepelných motorov.Početné pokusy nahradiť ich elektromotory prechádza zlyhanie.Problémy spojené s akumuláciou elektrickej energie v autonómne systémy sú riešené s veľkými ťažkosťami.
stále relevantné otázky výroby elektriny technológie batérií na základe ich dlhodobé užívanie.Charakteristiky rýchlosť elektrických vozidiel sú ďaleko od tých vozov spaľovacích motorov.
prvé kroky na vytvorenie hybridných motorov môže výrazne znížia emisie škodlivých látok v metropolitných oblastiach, riešenie problémov životného prostredia.
Trocha histórie
možnosť premeny parnej energie na kinetickú energiu je známe už od staroveku.130 BC: filozof Hrdina Alexandrie predložené diváci pary hračka - eolipil.Sphere naplnený parou, prišiel v rotácii pôsobením prúdov vychádzajúcich z neho.Tento prototyp modernej parné turbíny v tej dobe nenašiel uplatnenie.
mnoho rokov a stáročia vývoja filozofa považované za zábavné hračku.V roku 1629 taliansky D. Branca vytvoril proaktívne turbínu.Parný dať do pohybu disk dodanej s lopatkami.
Od tej doby, rýchly rozvoj parných strojov.Tepelný motor
premena vnútornej energie na energiu pohybu strojných súčastí a mechanizmov používaných v tepelných strojov.
Hlavné časti: a kúrenie (systém získavania energie z vonka), pracovné teleso (robí blahodarný účinok), chladnička.Ohrievač
je určený pre pracovné tekutina sa hromadiť dostatok akcií vnútornej energie na užitočnú prácu.Chladnička odstráni prebytočnú energiu.
Hlavnou charakteristikou účinnosť tzv účinnosť tepelných motorov.Táto hodnota ukazuje, koľko energie vynaloženej na vykurovanie je vynaložilo na užitočnú prácu.Čím vyššia je účinnosť, tým viac ziskový prevádzku stroja, ale táto hodnota nesmie prekročiť 100%.
účinnosť výpočet
Nechajte ohrievač nakúpené od tretej energiu rovné Q1.Práca v tele robiť pracovať, zatiaľ čo energia oddaný chladničky bola Q2.
o definícii základe výpočtu množstva efektivity:
N = A / Q1.Predpokladáme, že A = Q1 - Q2.
Preto je účinnosť tepelného motora, vzorec má tvar N = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, tieto závery: účinnosť
- nemôže prekročiť 1 (alebo 100%);
- maximalizovať túto hodnotu, je nutné buď zvýšiť energiu prijatú z ohrievača, alebo zníženie energie, dal chladničke;
- ohrievač zvýšiť energetickú pracovať na zmene kvality palív;
- znížiť energetiky vzhľadom na chladničku, umožňujú dosiahnuť konštrukčné prvky motorov.
ideálny tepelný motor
možné vytvoriť taký motor, účinnosť z ktorých by bol maximálny (v ideálnej - vo výške 100%)?Nájsť odpoveď na túto otázku sa pokúsil francúzskeho fyzika a talentovaný konštruktér Sadi Carnot.V roku 1824 bol prepustený jeho teoretické výpočty procesov v plynoch.
základná myšlienka spočíva v ideálnom stroji môže byť považované za vykonanie reverzibilný proces s ideálny plyn.Štart s izotermické expanzie plynu pri teplote T1.Množstvo tepla, požadované na tento účel - Q1.Keď sa plyn rozpína bez tepla (adiabatického procesu).Dosiahnutí teploty T2, plyn je stláčaný izotermické, prechádzajúcej chladničky energie Q2.Návrat plynu do pôvodného stavu sa vykonáva adiabaticky.
účinnosť ideálneho Carnot tepelného motora s presného výpočtu je pomer teplotného rozdielu medzi vykurovanie a chladenie zariadení pre teplotu, ktorá má ohrievač.Vyzerá to takto: η = (T1 - T2) / T1.
možné účinnosť tepelného stroja, vzorec má tvar: η = 1 - T2 / T1, závisí iba od teploty ohrievača a chladiča, a nemôže byť viac ako 100%.
Okrem toho, tento vzťah nám umožňuje preukázať, že účinnosť tepelných motorov môže byť rovný jednotke iba vtedy, keď sa chladnička absolútna nula teploty.Ako je známe, táto hodnota je nedosiahnuteľná.
teoretické výpočty umožňujú určiť maximálnu Carnot účinnosť tepelného stroja akéhokoľvek dizajnu.
Osvedčená Carnot teorém je nasledujúci.Ľubovoľný tepelný motor za žiadnych okolností nie sú schopní mať účinnosť väčšiu ako rovnakých účinkov ideálneho tepelného stroja.
Riešenie príkladov
Príklad 1 Aká je účinnosť ideálneho tepelného motora, keď je teplota vykurovacie teleso je 800 ° C, a teplota nižšia ako 500 ° C v chladničke?
T1 = 800 ° C = 1073 K, Dt = 500 ° C = 500 K, η -?
Riešenie:
Podľa definície: η = (T1 - T2) / T1.
sme nedal teploty v chladničke, ale Dt = (T1 - T2), teda:
η = Dt / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Odpoveď: účinnosť = 46%.
Príklad 2. zistenie účinnosti ideálneho tepelného motora, ak vďaka akvizícii jedného kilojoulov ohrievače energie sa vykonáva užitočnú prácu 650 J. Aká je teplota tepelného motora, kúrenie, keď je teplota chladiacej kvapaliny - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η -?, T1 =?
Riešenie:
V tomto probléme hovoríme o tepelnom, účinnosť, ktorá môže byť vypočítaná podľa vzorca:
N = A / Q1.
určiť teplotu použitie kúrenie vzorca ideálne tepelnú účinnosť motora:
N = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
dokončenie matematickej transformácie, získame:
T1 = T2 / (1-η).
T1 = T2 / (1 A / Q1).
Vypočítame:
N = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Odpoveď: η = 65% T1 = 1142,8 K.
aktuálne podmienky
ideálny tepelný stroj navrhnutý tak, aby spĺňaliideálne procesy.Práce sa vykonáva len v izotermických procesoch, jeho hodnota je definovaná ako oblasti ohraničenej grafom Carnotovho cyklu.
V skutočnosti, vytvoriť podmienky pre zmenu stavu procesného plynu bez sprievodných zmien teploty nie je možné.Žiadne také materiály, ktoré by mohli brániť výmenu tepla s okolitých predmetov.Adiabatický proces je nemožné vykonávať.V prípade prenosu tepla teplotou plynu musí byť vymenené.
účinnosť tepelných motorov, vytvorených na základe skutočných podmienok výrazne líši od ideálneho účinnosti motorov.Všimnite si, že tento proces v reálnom motorov je tak rýchly, že zmena vnútornej tepelnej energie pracovnej látky v procese mení svoj objem nemôže byť kompenzovaná prílivom množstva tepla z ohrievača a vrátiť chladničku.
Ostatné tepelné motory
reálne motory budú fungovať na rôznych cykloch:
- Otto cyklus: proces v stálych zmien objem adiabatickej, vytvára začarovaný kruh;Cyklus Diesel
- : Isobar, adiabatické, isochor, adiabatické;
- plynové turbíny: a proces, ktorý sa vyskytuje pri konštantnom tlaku, je nahradený adiabatická uzatvára slučku.
Vytvoriť rovnovážnych procesov v reálnom motory (s cieľom priviesť bližšie k ideálu) v podmienkach moderných technológií nie je možné.Účinnosť tepelných motorov, je výrazne nižšia, a to aj s rovnakými teplotných podmienok ako v ideálnej nastavenie tepla.
však nemajú obmedziť úlohu vzorca na výpočet účinnosti Carnotovho cyklu, pretože sa stáva referenčný bod v procese, na zlepšenie účinnosti skutočných motorov.
spôsoby, ako zmeniť účinnosť
Porovnanie Ideálny a reálny tepelné motory, je potrebné poznamenať, že teplota v chladničke nemôže byť posledná jeden.Zvyčajne považovaný za chladnička atmosféra.Vezmite teplotu atmosféra môže iba približné výpočty.Skúsenosť ukazuje, že teplota chladiacej kvapaliny rovná teplote výfukových plynov v motore, ako je tomu v spaľovacích motoroch (skrátene DVS).
ICE - najčastejšie v našom svete tepelného motora.Účinnosť tepelný motor je v tomto prípade závisí od teploty vytvorené spaľovanie paliva.Podstatný rozdiel od parného stroja je stroj fúzie funkcie a pracovné tekutiny vykurovacieho zariadenia v zmesi paliva so vzduchom.Horiace zmes vytvára tlak na pohybujúcich sa častí motora.
Zvýšenie prevádzkovej teploty plynov je dosiahnuté zmenou vlastností paliva podstatne.Bohužiaľ, to je nemožné, aby to na dobu neurčitú.Všetok materiál, ktorý je vyrobený zo spaľovacej komory motora, má bod topenia.Tepelná odolnosť materiálov - hlavné charakteristiky motora, a schopnosť významne ovplyvniť účinnosť.
hodnôt účinnosti motora
Ak vezmeme do úvahy parnú turbínu, teplota pracovného prívodu pary, ktorá je 800 K, a výfukové plyny - 300 K, je účinnosť tohto stroja je 62%.V skutočnosti však táto hodnota nepresahuje 40%.Toto zníženie je spôsobené tepelné straty pri zahrievaní turbínové skriňa.
najväčšia hodnota účinnosti spaľovacích motorov nie je vyššia ako 44%.Zvýšenie tejto hodnoty - otázka blízkej budúcnosti.Zmena vlastnosti materiálov, paliva - ide o problém, nad ktorým zamestnáva najlepšie mozgy ľudstva.
