Sodobne razmere zahtevajo obsežno delovanje toplotnih motorjev.Številni poskusi, da bi jih nadomestili z električnimi motorji doživlja neuspeh.Težave, povezane s kopičenjem električne energije v avtonomni sistemi se rešujejo z velikimi težavami.
vedno pomembna vprašanja, na področju proizvodnje električne tehnologije baterij glede na njihovo dolgoročno uporabo.Značilnosti hitrosti električnih vozil, so daleč od tistih avtomobilov motorjev z notranjim zgorevanjem.Prvi koraki
v oblikovanju hibridnih motorjev, lahko bistveno zmanjša škodljive emisije v metropolitanskih območjih, reševanje okoljskih problemov.
Malo zgodovine
možnost pretvorbo pare energije v kinetično energijo, je znan že iz antičnih časov.130 BC: filozof Heron predstavljen gledalci pare igrače - eolipil.Krogla napolnjena s paro, vstopil v rotaciji pod vplivom curkov, ki izhajajo iz njega.Ta prototip moderne parne turbine v času, ko ni našel aplikacijo.
mnogo let in stoletij razvoja filozofa šteje zabavno igračo.Leta 1629 je italijanski D. Branca ustvaril proaktivno turbino.Parni sprožili disk, ki z lopaticami.
Od takrat, hiter razvoj parnih strojev.
toplotni stroj
preoblikovanje notranje energije v energijo gibanju strojnih delov in mehanizmov, ki se uporabljajo v toplotnih motorjih.
glavnih delov: grelec (sistem pridobivanja energije od zunaj), delovno telo (naredi ugoden učinek), hladilnik.
grelec je namenjen za delovno tekočino, da se kopičijo dovolj zalog notranje energije za koristno delo.Hladilnik odstrani odvečno energijo.
glavna značilnost učinkovitosti se imenuje učinkovitost toplotnih motorjev.Ta vrednost kaže, koliko energije porabi za ogrevanje se porabi za koristno delo.Čim višja je učinkovitost, donosnejša delovanje naprave, vendar ta vrednost ne presega 100%.
učinkovitost izračun
Naj grelec kupljene izven nje energije, ki je enaka Q1.Delovna telesa narediti delati, medtem ko je hladilnik energija Posvečen je bil Q2.
Na podlagi opredelitve, izračuna znesek učinkovitosti:
H = A / Q1.Predpostavljamo, da je A = Q1 - Q2.
Zato je izkoristek toplotnega stroja, formula ima obliko H = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, naslednje sklepe:
- učinkovitost ne sme presegati 1 (ali 100%);
- povečati to vrednost, morate bodisi povečati prejete od grelca, ali z zmanjšanjem energije z energijo, dal hladilnik;
- grelec povečanje energetske delo za spremembo kakovosti goriv;
- zmanjšanje porabe energije je podan hladilnik, omogočajo doseganje oblikovne značilnosti motorjev.
idealni toplotni stroj
mogoče ustvariti tak motor, učinkovitost, od katerih bi bila največja (v idealu - enaka 100%)?Najti odgovor na to vprašanje skušal francoski fizik in nadarjeni inženir Sadi Carnot.Leta 1824 so bili objavljeni njegovi teoretični izračuni procesov v plinih.
Osnovna ideja vsebovano v idealnem stroju se lahko šteje kot opravljanje reverzibilne procese pri idealnem plinu.Začni z izotermalnim širjenjem plinov pri temperaturi T1.Količina toplote, potrebna za ta namen, - Q1.Če plin razširi brez toplotne (adiabatni procesa).Doseganje temperature T2, se plin stisnjen izotermno, ki poteka hladilnik energije Q2.Donos plina v prvotno stanje izvedemo adiabatično.
učinkovitost idealni Carnotov toplotni motor z natančnim izračunom je razmerje temperaturne razlike med ogrevalnih in hladilnih naprav za temperaturo, ki ima grelec.To izgleda takole: η = (T1 - T2) / T1.
mogoče učinkovitost toplotnega stroja, formula ima obliko: η = 1 - T2 / T1, odvisna samo od temperature grelnika in hladilnika in ne more biti več kot 100%.
Poleg tega je ta povezava nam omogoča, dokazujejo, da lahko učinkovitost toplotnih motorjev enaka ena šele, ko hladilnik absolutno nič temperature.Kot je znano, je ta vrednost nedosegljiv.
teoretični izračuni omogočajo določanje največjega Carnotov izkoristek toplotnega stroja koli oblikovanja.
Dokazana Carnotov izrek je, kot sledi.Poljubna toplotni stroj v nobenem primeru ne morejo imeti izkoristek več kot enake učinkovitosti idealnega toplotnega stroja.
Primer reševanja
Primer 1. Kakšen je izkoristek idealnega toplotnega stroja, ko je temperatura grelnika 800 ° C in temperaturo pod 500 ° C, v hladilniku?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Rešitev:
Po definiciji: η = (T1 - T2) / T1.
Nismo glede temperature hladilnika, vendar AT = (T1 - T2), zato:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Odgovor: Učinkovitost = 46%.
Primer 2. Določite učinkovitost idealnega toplotnega stroja, če se zaradi pridobitve enega kilojoulov grelnik energije naredili koristno delo 650 J. Kolikšna je temperatura toplotnega motorja grelnika, ko je temperatura hladilne tekočine - 400 K?
Q1 = 1 kJ S 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Rešitev:
V tem problemu govorimo o termostabiliziranje, učinkovitost, ki se lahko izračuna po formuli:
H = A / Q1.
za določitev temperature uporaba grelec formulo idealno toplotno učinkovitost motorja:
H = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
dokončanje matematičnih transformacij, dobimo:
T1 = T2 / (1- η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
smo izračun:
H = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Odgovor: η = 65% T1 = 1142,8 K.
dejanski pogoji
idealni toplotni stroj zasnovan tako, da izpolnjujeidealni procesi.Delo poteka samo v procesih izotermnih, njegova vrednost je opredeljena kot območja, ki ga omejujeta graf Carnotovem cikla.
Dejstvo je, da ustvari pogoje za spreminjanje stanja procesnega plina brez spremljajočih sprememb v temperaturi ni mogoče.Ni ti materiali, ki bi preprečile izmenjavo toplote z okoliških objektov.Adiabatno proces postane nemogoče izvesti.Pri temperaturi plina toplotno treba spremeniti.
učinkovitost toplotnih motorjev, ustvarjenih v realnih pogojih bistveno razlikujejo od idealnega izkoristka motorjev.Upoštevajte, da je postopek v realnih motorjev tako hitra, da je sprememba notranjega toplotne energije delovnega snovi v procesu spreminja svoj volumen ne more nadomestiti s pritokom toplote količini od grelca in vrne hladilnik.
Drugi toplotni stroji
realne motorji delujejo na različnih ciklih:
- Otto cikel: postopek pri konstantnih sprememb obseg adiabatnih, kar ustvarja začaran krog;Cikel Diesel
- : Isobar, adiabatno, isochor, adiabatno;
- plinska turbina: proces, ki se pojavi pri konstantnem tlaku, se nadomesti z adiabatne zapira zanko.
Ustvari ravnotežnih procesov v realnih motorji (da bi jih približala idealu), v pogojih sodobne tehnologije ni mogoče.Učinkovitost toplotnih motorjev je bistveno nižja, celo z enakimi temperaturnih pogojih kot v idealnem okolju toplote.
Ampak ne zmanjšati vlogo formuli za izračun učinkovitosti cikla Carnot, saj postaja referenčna točka v procesu za izboljšanje učinkovitosti pravih motorjev.
načine za spremembo učinkovitosti
Primerjava idealnih in realnih toplotnih motorjev, je treba omeniti, da je temperatura v hladilniku ne more biti zadnja bodisi.Običajno šteje hladilnik vzdušje.Bodite temperaturo ozračja lahko le približne izračune.Izkušnje kažejo, da je temperatura hladilne tekočine enaka temperaturi izpušnih plinov v motorju, kot je to primer pri motorjih z notranjim zgorevanjem (skrajšano DVS).
ICE - najbolj pogosti v našem svetu toplotnega motorja.Toplotni izkoristek motorja v tem primeru odvisna od temperature pri zgorevanju goriva ustvarili.Bistvena razlika od parnega stroja je fuzija funkcije stroja in delovne tekočine napravo grelec v mešanici zrak-gorivo.Gori, je zmes ustvarja pritisk na gibljivih delov motorja.
Povečanje delovno temperaturo plinov se doseže s spremembo lastnosti goriva znatno.Na žalost, je nemogoče, da to storite v nedogled.Material, ki je narejen iz zgorevalno komoro motorja ima tališče.Toplotna odpornost materialov - glavne značilnosti motorja, in sposobnost, da pomembno vpliva na učinkovitost.
vrednosti izkoristka motorja
Če menimo, parne turbine, temperaturo dovoda delovnega pare, ki je 800 K, in izpušnih plinov - 300 K, učinkovitosti tega stroja je 62%.V resnici pa je ta vrednost ne presega 40%.To zmanjšanje je posledica izgube toplote po ogrevanju ohišje turbine.
učinkovitost največja vrednost motorjev z notranjim izgorevanjem ne presega 44%.Povišanje te vrednosti - vprašanje v bližnji prihodnosti.Spreminjanje lastnosti materialov, goriva - to je problem, v katerem zaposluje najboljše glavah človeštva.
