Moderna verklighet kräver omfattande användning av förbränningsmotorer.Många försök att ersätta dem med elmotorer genomgår misslyckande.De problem som är förknippade med ackumuleringen av elektrisk kraft i autonoma system löses med stor svårighet.
fortfarande relevanta frågor av elproduktion teknik batterier baserade på deras långvarigt bruk.Hastighets egenskaperna hos elektriska fordon är långt ifrån de för bilar förbränningsmotorer.
första steg i skapandet av hybridmotorer kan avsevärt minska skadliga utsläpp i storstadsområdena, lösa miljöproblem.
lite historia
möjligheten att omvandla energi ånga till kinetisk energi har varit känd sedan urminnes tider.130 BC: Filosofen Hero of Alexandria presenteras för åskådarna ånga leksak - eolipil.Sfären fylld med ånga, kom i rotation under verkan av strålarna som utgår från den.Denna prototyp av den moderna ångturbinen vid den tidpunkten inte hitta programmet.
många år och århundraden av utveckling av filosofen betraktas som en rolig leksak.År 1629 skapade den italienska D. Branca en proaktiv turbin.Ånga sätts i rörelse skivan försedd med blad.
Sedan den snabba utvecklingen av ångmaskiner.
värmemotor
omvandling av inre energi till rörelseenergi av maskindelar och mekanismer som används i värmemotorer.
Basmaterial: en varmare (system för att få energi från utsidan), arbets kropp (gör en gynnsam effekt), kylskåp.
värmaren är konstruerad för arbetsvätskan att samla tillräckligt lager av den inre energi för nyttigt arbete.Kylskåp bort överskottsenergi.
viktigaste kännetecknet effektivitet kallas effektivitet förbränningsmotorer.Detta värde visar hur mycket energi som går åt vid uppvärmning går till nyttigt arbete.Ju högre effektivitet, desto lönsammare drift av maskinen, men detta värde får inte överstiga 100%.
beräkningseffektivitet
Låt värmaren köpt utifrån energi lika med Q1.Arbetar kroppen göra jobbet A, medan den energi som Devoted kylskåp var Q2.
Baserat på definition, beräkna effektivitet:
η = A / Q1.Vi antar att A = Q1 - Q2.
Därför effektiviteten av en värmemotor, har formeln formen η = (Q1 - Q2) / Q1 = 1 - Q2 / Q1, följande slutsatser:
- effektivitet får inte överstiga 1 (eller 100%);
- att maximera värdet måste du antingen öka energin som mottagits från värmaren, eller en minskning av energi, gav kylskåp,
- ökar energi värmare arbete för att ändra kvaliteten på bränsle;
- minska energianvändningen med tanke på kylskåp, möjligt att uppnå designfunktioner av motorer.
perfekt värmemotor
möjligt att skapa en sådan motor, effektivitet, vilket skulle vara den högsta (i en perfekt - lika med 100%)?Hitta svaret på denna fråga försökte franske fysikern och en begåvad ingenjör Sadi Carnot.År 1824 hans teoretiska beräkningar av processer i gaser släpptes.
grundidé inneboende i den idealiska maskinen kan anses utföra reversibla processer med ideal gas.Börja med isotermisk expansion av gas vid en temperatur T1.Den mängd värme som krävs för detta ändamål, - Q1.När gasen expanderar utan värme (adiabatisk process).Nå temperaturen T2 gasen komprimeras isotermiskt, passerar kylskåpet energi Q2.Avkastningen av gasen till sitt ursprungliga skick utförs adiabatiskt.
effektiviteten av en ideal Carnot värmemotor med exakt beräkning är förhållandet mellan temperaturskillnaden mellan värme- och kylanordningar för temperatur, som har en värmare.Det ser ut så här: η = (T1 - T2) / T1.
möjliga effektivitet av en värmemotor, har formeln formen: η = 1 - T2 / T1, endast beroende av temperaturerna hos värmaren och kylaren och kan inte vara mer än 100%.
Dessutom tillåter detta förhållande för oss att visa att effektiviteten för värmemotorer kan vara lika med ett endast när kylskåpet absoluta nolltemperaturen.Såsom är känt, är detta värde ouppnåeligt.
teoretiska beräkningar gör det möjligt att bestämma den maximala Carnot verkningsgraden hos en värmemotor av någon design.
Proven Carnot teorem är följande.En godtycklig förbränningsmotor under några omständigheter inte kan ha en verkningsgrad på mer än samma effektivitetsvinster idealiska värmemotor.
exempel lösa
exempel 1. Vad är verkningsgraden hos en ideal värmemotor, när värmaren temperaturen är 800 ° C, och temperaturen under 500 ° C i kylskåpet?
T1 = 800 ° C = 1073 K, AT = 500 ° C = 500 K, η -?
Lösning:
Per definition: η = (T1 - T2) / T1.
Vi fick inte temperaturen i kylskåpet, men AT = (T1 - T2), därav:
η = AT / T1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Svar: verkningsgrad = 46%.
Exempel 2. bestämma effektiviteten av en ideal värmemotor, om till följd av förvärvet av en kilojoule energi värmare görs nyttigt arbete 650 J. Vad är temperaturen på värmaren hettar motorn när kylvätsketemperaturen - 400 K?
Q1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T2 = 400 K, η - ?, T1 =?
Lösning:
I detta problem vi talar om värmeläget, effektivitet som kan beräknas genom formeln:
η = A / Q1.
att bestämma temperaturen på värmaren används formel perfekt värme motorns verkningsgrad:
η = (T1 - T2) / T1 = 1 - T2 / T1.
slutföra matematiska transformationer, får vi:
T1 = T2 / (1 η).
T1 = T2 / (1- A / Q1).
Vi beräknar:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Svar: η = 65% T1 = 1142,8 K.
faktiska förhållandena
perfekt värmemotor utformad för att uppfyllaideala processer.Arbetet görs endast i isoterma processer, dess värde definieras som det område som avgränsas av grafen av Carnot cykeln.
Faktum att skapa förutsättningar för att ändra tillståndet hos processgasen utan åtföljande förändringar i temperatur inte är möjlig.Inga sådana material, vilket skulle förhindra värmeväxling med de omgivande föremål.Adiabatisk process blir omöjlig att genomföra.I fallet med värmeöverföringstemperaturen hos gasen måste ändras.
effektiviteten av värmemotorer, som skapats under verkliga förhållanden skiljer sig avsevärt från den ideala verkningsgraden av motorerna.Notera att processen i verkliga motorer är så snabb att variationen av den inre värmeenergi arbetssätt substans i processen för att ändra sin volym som inte kan kompenseras av inflöde av värmemängden från värmaren och åter kylskåpet.
Andra förbränningsmotorer
verkliga motorer arbetar på olika cykler:
- Otto cykel: processen vid konstant volym adiabatiska förändringar, vilket skapar en ond cirkel;
- cykeln Diesel: isobar, adiabatisk, isochor, adiabatisk;
- gasturbin: en process som sker vid konstant tryck, ersättas genom adiabatisk sluter slingan.
Skapa jämviktsprocesser i verkliga motorer (för att föra dem närmare den ideala) i villkoren för modern teknik är inte möjlig.Effektivitet av värmemotorer är betydligt lägre, även med samma temperaturförhållanden som i det ideala värmefixering.
Men minskar inte betydelsen av beräkningsformeln för Carnot cykeln effektivitet, eftersom det håller på att bli en referenspunkt i processen för att förbättra effektiviteten i verkliga motorer.
sätt att ändra effektiviteten
Jämföra ideala och reala förbränningsmotorer, är det värt att notera att temperaturen i kylskåpet inte kan vara den sista heller.Vanligtvis anses ett kylskåp atmosfär.Ta temperaturen på atmosfären kan bara ungefärliga beräkningar.Erfarenheten visar att kylmediets temperatur lika med temperaturen hos avgaserna i motorn, vilket är fallet i förbränningsmotorer (förkortat som DVS).
ICE - den vanligaste i vår värld av värmemotorn.Effektivitet värmemotor i detta fall beror på temperaturen skapas genom förbränning av bränsle.Den väsentliga skillnaden från ångmaskinen är ett fusionsmaskinfunktioner och arbetsfluidvärmeapparaten i en luft-bränsleblandning.Burning skapar blandningen trycket på rörliga delar i motorn.
öka driftstemperaturen av gaser uppnås genom att ändra bränslets egenskaper betydligt.Tyvärr är det omöjligt att göra den på obestämd tid.Vilket som helst material som är tillverkad av en förbränningskammare hos motorn, har sin smältpunkt.Värmebeständighet material - de viktigaste egenskaperna hos motorn, och förmågan att väsentligt påverka effektiviteten.
Värden motorns verkningsgrad
Om vi betraktar ångturbinen, temperaturen hos arbets ånginloppet som är 800 K, och avgaserna - 300 K, är verkningsgraden hos denna maskin 62%.Men i verkligheten, detta värde inte överstiger 40%.Denna minskning orsakas av värmeförlust vid upphettning av turbinhuset.
största värde effektiviteten hos förbränningsmotorer inte överstiger 44%.Öka detta värde - frågan om den närmaste framtiden.Ändra egenskaper hos material, bränsle - detta är ett problem över som utnyttjar de bästa hjärnorna i mänskligheten.
