behöver för användning av mekanisk energi i produktionen har lett till termiska maskiner.
enhet värmemotorer
värmemotor (värmemotor) - en anordning för omvandling av inre energi till mekanisk energi.
All värme motor har en värmare, arbetsfluiden (gas eller ånga), som utför arbete genom uppvärmning (roterar en turbinaxel, rör sig kolven, och så vidare) och kylskåp.Figuren nedan visar ett diagram över värmemotorn.
grundval av de nuvarande förbränningsmotorer
Varje värmemotor fungerande på grund av motorn.För att utföra det arbete som han behöver för att på ömse sidor av kolvmotor eller turbinblad var tryckskillnad.Denna skillnad uppnås i samtliga värmemotorer enligt följande: temperaturen hos arbetskropps stiger hundratals eller tusentals grader jämfört med omgivningstemperaturen.I gasturbiner och förbränningsmotorer (ICE), temperaturen stiger på grund av det faktum att bränslet förbränns i motorn.Kylskåp kan agera atmosfär eller specialfunktionsmaskiner för kondensering och kylning av avfall ånga.
Carnot cykel
cykel (cykliska process) - en uppsättning av förändringar i tillståndet av gas, som ett resultat av vilket den återgår till sitt ursprungliga tillstånd (kan göra jobbet).1824, franske fysikern Sadi Carnot visade att det är fördelaktigt att värme motorcykel (Carnot cykel), som består av två processer - isotermiska och adiabatisk.Figuren nedan visar ett diagram över Carnot cykel: 1-2 och 3-4 - isotermen, 2-3 och 4-1 - adiabatisk.
I enlighet med lagen om bevarande av energi, är ett verk av förbränningsmotorer, som bär motorn:
A = Q1- Q2,
där Q1 - den mängd värme som produceras av värmaren, och Q2 - mängden värme som äravsänts till kylskåpet.
termisk verkningsgrad är förhållandet mellan det arbete maskinen A som exekverar motorn till värmemängden, som erhålles från värmaren:
η = A / Q = (Q1- Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1.
In "Tankar om drivkraften för brand och på maskiner som har möjlighet att utveckla denna kraft" (1824) beskrev Carnot värmemotom kallas "ideal förbränningsmotor med en ideal gas, vilket är en fungerande kropp."På grund av termodynamikens lagar kan beräkna effektiviteten (högsta möjliga) med värme motorvärmare som har en temperatur T1 och ett kylskåp med temperaturen T2.Carnot värme motorns verkningsgrad är:
ηmax = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
Sadi Carnot visade det vad du vill är en riktig värmemotor som arbetar med ett aggregat med en temperatur T1 och ett kylskåp med en temperatur T2 är inte kunna ha en COP som skulle vara högre än verkningsgraden för en värmemotor (perfekt).
förbränningsmotor (ICE)
fyrtakts förbränningsmotor består av en eller flera cylindrar, kolv, vevmekanism, insugnings- och avgasventiler, gnista.
arbetscykel består av fyra åtgärder:
1) sug - brännbar blandning strömmar genom ventilen i cylindern;
2) komprimering - båda ventilerna stängda;
3) stroke - den explosiva förbränningen av bränsleblandningen;
4) avgassystem - avgasutsläpp.
ångturbin i ångturbinen energiomvandlingen sker på grund av tryckskillnaden av vattenånga på inloppet och utloppet.
makt moderna ångturbiner når 1.300 MW.
Några tekniska parametrar för ångturbin kapacitet på 1200 MW
- ångtryck (färska) - 23,5 MPa.
- ångtemperaturen - 540 ° C
- konsumtion ångturbin - 3600 t / h.
- Rotorhastighet - 3000 varv / min.
- ångtrycket i kondensorn - 3,6 kPa.
- längd turbin -. 47,9 m
- Mäss turbin -. 1900 m
värmemotor består av en luftkompressor, en brännkammare och gasturbinen.Princip: luft sugs in i kompressorn adiabatiskt så att dess temperatur stiger till 200 ° C eller mer.Vidare inträder tryckluft i förbränningskammaren, där både högtrycksvätskekromatografi bränslet tillförs - fotogen, Photog, olja.När förbränningsluft upphettas till en temperatur av 1500-2000 ° C, expanderar den och ökar dess hastighet.Luften som rör sig med hög hastighet, och förbränningsprodukterna är riktade in i turbinen.Efter övergången från en etapp till förbränningsturbinbladen ge sitt rörelseenergi.En del av den energi som mottages av turbinen är att rotera kompressorn;resten går till rotation av rotor generator, propeller flygplan eller fartyg, hjulen på bilen.
gasturbiner kan användas i tillägg till rotation av hjulen på bilen och flygplan propellrar eller fartyg, i jetmotorn.Luft och förbränningsprodukter matas ut med hög hastighet från gasturbinen, så jet dragkraft, som uppträder under detta förfarande kan användas för att flytta flygplanet (flygplan) och vatten (båt) fartyg, järnvägstransport.Till exempel, turboprops har flygplan AN-24, AN-124 ("Ruslan"), AN-225 ("Dream").Således, "Dream" i en flyghastighet på 700 till 850 km / t kan bära 250 ton gods över en sträcka på nästan 15 000 km.Det är den största transportflygplan i världen.
Miljöproblemen av termiska maskiner
stort inflytande på klimatet har ett tillstånd av atmosfären, särskilt närvaro av koldioxid och vattenånga.Således förändringen i koldioxidhalten leder till en ökning eller minskning av växthuseffekten, där koldioxid absorberar en del av den värme som strålar ner i jorden rymden, förseningar i atmosfären och därmed ökar yttemperaturen och den lägre atmosfären.Fenomenet med växthuseffekten spelar en avgörande roll för att mildra klimatförändringarna.I dess frånvaro skulle den genomsnittliga temperaturen i atmosfären inte +15 ° C och lägre med 30-40 ° C
Nu finns det mer än 300 miljoner av olika typer av fordon, vilket skapar mer än hälften av alla luftföroreningar.
ett år i atmosfären från värmekraftverk från förbränning släppt 150 miljoner ton svaveloxider, 50 miljoner ton kväveoxider, 50 miljoner ton aska, 200 miljoner ton koloxid, 3 miljoner ton Theon.
Sammansättningen av atmosfären innefattar ozon, som skyddar allt liv på jorden från de skadliga effekterna av ultravioletta strålar.. År 1982 var George Farman, den brittiska upptäcktsresanden, över ozonhålet över Antarktis upptäckt - en tillfällig minskning av ozon i atmosfären.På toppen av ozon hål 7 oktober 1987 mängden ozon i den har minskat med 2 gånger.Ozonhålet är förmodligen uppstod som ett resultat av antropogena faktorer, inklusive industriell användning av klorinnehållande freon (CFC) som bryter ned ozonskiktet.Men 1990 års studie.inte bekräftat denna uppfattning.Troligtvis är framväxten av ozonhålet inte relaterad till mänskliga aktiviteter, och är en naturlig process.År 1992 var den arktiska ozonhålet upptäckt.Om allt
samla atmosfärisk ozonskiktet i jordens yta och förtjocka den till densiteten hos luft vid atmosfärstryck och en temperatur av 0 ° C, är tjockleken av ozonskyddet endast 2-3 mm!Det är hela styrelsen.
lite historia ...
- juli 1769.I Paris park Meudon militär ingenjör NZ Kyunyo till "eld vagnen", som var utrustad med en tvåcylindrig ångmaskin, körde några tiotals meter.
- 1885.Karl Benz, en tysk ingenjör, byggde den första fyrhjuliga bil bensin Motorwagen effekt på 0,66 kW, som Januari 29, 1886 fått ett patent.Maskinhastigheten når 15-18 km / t.
- 1891.Gottlieb Daimler, tysk uppfinnare gjorde pallyftare med en cylindervolym på 2,9 kW (4 hk) från bilen.Dess toppfart var 10 km / t, kapacitet i olika modeller från 2 till 5 ton.
- 1899.Belgisk K. Zhenattsi i sin bil, "Jamet Contant" ("aldrig nöjd") för första gången passerade 100 kilometer linjehastighet.
Exempel på att lösa problem
Task 1. värmartemperatur perfekt värmemotorn är lika med 2000 K, och kylskåpstemperatur - 100 ° C.Bestäm effektivitet.
beslut :
formel som bestämmer effektiviteten hos en värmemotor (max):
N = T1-T2 / T1.
N = (2000K - 373 K) / 2000 K = 0,81.
Svar: motorns verkningsgrad - 81%.
Uppgift 2. I värmemotorn genom förbränning av bränsle erhölls 200 kJ värme överförs till kylskåp och 120 kJ värme.Vad är verkningsgraden hos motorn?
Lösning:
formel för att bestämma effektiviteten av denna typ är:
N = Q1 - Q2 / Q1.
N = (2 · 105 J - 1,2 x 105 J) / 2 · 105 J = 0,4.
Svar: värmemotor effektivitet - 40%.
Task 3. Vad är verkningsgraden hos en värmemotor, om arbets kroppen efter att ha fått den mängd värme från värmaren att utföra arbetet på 1,6 MJ 400 kJ?Hur mycket värme överfördes till kylskåpet?
Lösning:
effektivitet kan bestämmas genom formeln
N = A / Q1.
n = 0,4 · 106 J / 1,6 · 106 J = 0,25.
Transmitted kyl värmemängd kan bestämmas genom formeln
Q1 - A = Q2.
Q2 = 1,6 · 106 J - 0,4 · 106 J = 1,2 × 106 J.
Svar: värmemotor har en verkningsgrad på 25%;den mängd värme som överförs till kylskåpet - 1,2 x 106 J.
