Att bygga en termisk maskin som kan göra jobbet med hjälp av värme, måste du skapa vissa villkor.Först av allt, för att värmemotorn arbeta i en cyklisk mod, där antalet på varandra följande termodynamiska processer för att skapa en slinga.Resultatet av cykelgasen innesluten i en cylinder med en rörlig kolv, fungerar.Men en cykel för att periodiskt driva maskinen är liten, det ska utföra cyklerna upprepade gånger inom en viss tid.Den totala arbete som utförs under den angivna tiden, i själva verket delat med tiden ger ett annat viktigt begrepp - makt.
I mitten av XIX-talet skapade de första värmemotorer.De är arbetet, men tillbringar mer mängd värme som produceras genom förbränning av bränsle.Det var då som teoretiska fysiker frågade: "Som en gasverk i termisk maskin?Hur man får ut det mesta arbetet med minsta möjliga bränsle? »
att utföra analys av gas som krävs för att komma in i hela systemet av definitioner och begrepp.Insamlingen av alla definitioner, och skapade en hel forskningsområde, som kallas "Engineering termodynamik".Termodynamik, antogs av ett antal antaganden, det inte förringa de viktigaste slutsatserna.Verktyg kropp - efemära gas (existerar inte), som kan komprimeras till noll volym vars molekyler inte samverkar.I den naturliga miljön, finns det enda verkliga gaser, som har väl definierade egenskaper, inte kan skiljas från ideal gas.
att se en modell av dynamiken i drivmedlet, har erbjudits termodynamikens lagar, som beskriver de grundläggande termodynamiska processer såsom:
- isokor process - en process som genomförs utan att ändra volymen av arbetsvätskan.Villkor isokor process, v = const;
- isobar process - en process som genomförs utan att ändra trycket i arbetsfluiden.Villkor isobar process, P = const;
- isolerad (isotermisk) process - en process som utförs medan temperaturen vid en given nivå bibehålls.Isoterm process, T = const;
- adiabatisk process (adiabatisk, så kallade moderna värmeteknik) - en process som utförs i rymden utan värmeväxling med omgivningen.Villkor för adiabatisk process, q = 0;
- polytrop process - det är syntesprocessen, som beskriver alla de termodynamiska processer som nämnts ovan, liksom alla andra möjligheter för att delta i en cylinder med en rörlig kolv.
Under skapandet av de första värmemotorer letade efter en cykel där du kan få högsta effektivitet (verkningsgrad).Sadi Carnot, undersöker en uppsättning termodynamiska processer, instinktivt kom till utvecklingen av sin cykel, fick sitt namn - Carnot cykeln.Det har konsekvent utfört isotermisk, då den adiabatiska kompressionsprocessen.Drivmedlet efter dessa processer har en marginal på inre energi, men cykeln har inte slutförts, så att arbetsfluid expanderar och utför isoterm expansionsprocess.För att komplettera cykeln och återgå till de ursprungliga inställningarna för drivmedlet utförs adiabatisk expansionsprocess.
Carnot visat att effektiviteten i sin cykel når ett maximum och beror endast på temperaturen hos de två isotermerna.Ju högre skillnaden mellan dem, motsvarande högre termisk verkningsgrad.Försök att skapa en värmemotor av Carnot cykeln och misslyckades.Det är en idealisk cykel som inte kan utföras.Men han bevisade den viktigaste principen för andra lag omöjligheten att få ett jobb, vilket motsvarar kostnaderna för värmeenergi.Det gjorde ett antal definitioner till andra (lagen) termodynamikens, enligt vilken Rudolf Clausius introducerade begreppet entropi.Den viktigaste slutsatsen av hans forskning - entropin ökar, vilket leder till termisk "döden."
viktigaste resultatet var förståelsen av Clausius adiabatisk process, entropin när du utför arbetsvätskebyten.Därför, den adiabatiska processen Clausius - är s = konst.Här är - är entropin, vilket ger ett annat namn för processen genomförs utan tillförsel eller avlägsnande av värme - isentropisk process.Forskaren letade efter en sådan cykel värmemotor, som inte inträffade till en ökning av entropi.Men tyvärr har detta inte visat det.Därför härledas jag att värmen motorn inte kan skapas på alla.
Men inte alla forskare har konfigurerats som pessimistisk.De letade efter den verkliga cykler av värmemotorer.Som en följd av den husrannsakan Nikolaus August Otto skapade sin cykel värmemotor, som nu genomförs i motorer som körs på bensin.Här, den process som utförs av den adiabatiska kompressionen av arbetskropps och isochoric värmetillförsel (förbränning vid konstant volym), då det finns adiabatisk expansion (arbete som utförs i arbetsmediet ökar i sin volym), och isochoric värmeavlägsnande.Första förbränningsmotor Otto används som brännbart bränngaser.Många senare uppfann förgasare, som började skapa benzovozdushnoy blandning av luft och bensinångor och utfodra dem i motorcylindern.
I Otto cykel bränsleblandning komprimeras, så mängden komprimering är relativt liten - bränsleblandning tenderar att detonera (explodera när den når kritiska trycket och temperaturen).Därför är arbetet i den adiabatiska kompressionsprocessen relativt låg.Här har vi infört ett annat koncept: kompressionsförhållandet - förhållandet mellan den totala volymen till-volymförhållande.
hitta sätt att öka energieffektiviteten i bränsle fortsatte.Ökad effektivitet ses i ökning av kompressionsförhållandet.Rudolf Diesel utvecklade sin cykel där leveransen av värme utförs vid konstant tryck (i isobara processen).Det lade grunden för cykel motorer med dieselbränsle (även känd som dieselbränsle).Dieselcykeln är inte komprimerad bränsle-luftblandning och luft.Så de säger att arbetet utförs i en adiabatisk process.Temperaturen och trycket vid slutet av hög komprimering, så munstycket sker genom bränsleinsprutningen.Det blandas med varm luft, bildar det en brännbar blandning.Det brinner, det ökar den inre energin av arbetsvätskan.Ytterligare expansion av gasen är på den adiabatiska, engagerade stroke.
försök att genomföra Diesel cykeln i värmemotorer misslyckades, så Gustav Trinkler skapade kombinerad cykel Trinklera.Och dess användning i dagens dieselmotorer.I cykeln av värmen levereras av Trinklera isochor, och sedan på isobarerna.Först efter detta är gjort, adiabatisk expansionsprocess av arbetsfluiden.
Analogt med värmemotom arbetskolv och turbin.Men deras processen för avlägsnande av värme vid slutet av den användbara adiabatisk expansion av gasen utförs genom isobarer.För flygplan med turbin och turboprop adiabatisk process utförs två gånger under kompression och expansion.
att motivera alla grundläggande begreppen adiabatisk process har föreslagits formler.Det verkar viktigt kvantitet, kallad adiabatisk index.Dess värde för en diatomic gas (syre och kväve - är de viktigaste diatomic gaser som förekommer i luft) är lika med 1,4.För att beräkna den adiabatiska index som används två intressanta egenskaper, nämligen isobar och isochoric värmekapacitet av arbetsvätskan.Förhållandet mellan k = Cp / Cv - är den adiabatiska indexet.
Varför teoretiska cykelvärmemotorer används adiabatisk process?Egentligen polytrop process utförs, men eftersom de förekommer i hög hastighet, gjorde att anta frånvaron av värmeväxling med omgivningen.
90% av elen genereras av värmekraftverk.I dem används som arbetsfluid ånga.Den erhålls vid kokande vatten.För att öka arbetsförmågan av ånga, är det överhettad.Därefter högtrycks överhettad ånga som matas till ångturbinen.Det åtog sig också en adiabatisk expansion processånga.Turbin blir valsning, den överförs till den elektriska generatorn.Det i sin tur, genererar elektricitet till konsumenter.Ångturbiner fungera på Rankine cykeln.Helst effektivitet är också förknippat med en ökad temperatur och ångtryck.
Såsom framgår av ovanstående, är den adiabatiska processen mycket vanliga vid framställning av mekanisk och elektrisk energi.
