Issiqlik dvigatellari samaradorligi. issiqlik dvigateli samaradorligi - Formula

Zamonaviy jihatlarni Issiqlik mashinalari keng ishlashini talab qiladi. Ko'p urinishlar muvaffaqiyatsizlik sayoz elektr motorlar bilan ularni o'rniga. avtonom tizimlarida kuch to'planishi bilan bog'liq muammolar, katta qiyinchilik bilan hal etiladi.

ularning uzoq muddatli foydalanishga asoslangan ishlab chiqarish elektr batareya texnologiya hali ham tegishli muammolari. elektr transport vositalari tezligi xususiyatlari avtomobillar bo'lganlar, ichki yonish dvigatellaridan uzoqda bo'lgan.

gibrid dvigatellari yaratish birinchi qadamlar sezilarli darajada ekologik muammolarni hal, shahar joylarda yomon chiqindilarini kamaytirish mumkin.

Bir oz tarixi

kinetik energiyasi ichiga bug 'energiyasi o'zgartirish imkoniyati qadim zamonlardan buyon ma'lum bo'lgan. 130 BC: Faylasuf Geron Aleksandriysky tomoshabinlar, bug 'o'yinchoq taqdim - eolipil. bug 'bilan to'lgan soha, uning jetler chiqqan ta'sirida aylanish kirdi. qo'llash vaqtida zamonaviy bug 'türbini Bu prototipi topilmadi.

Ko'p yillar va asr faylasufi rivojlantirish uchun u faqat bir qiziqarli o'yinchoq sifatida qabul qilindi. 1629 yilda Italiya D. Branca faol turbinasi yaratilgan. Juft harakatda pichoq bilan taqdim disk o'rnatilgan.

Shu paytdan boshlab, bug 'dvigatellari jadal rivojlantirish boshladi.

issiqlik Dvigatel

konvertatsiya ichki energiyasi ishlatiladi mashina qismlari va mexanizmlarining harakati energiyasi ichiga yoqilg'i issiqlik dvigatellari.

mashinalarining asosiy qismlari: a isib (tizim tashqaridan energiya qabul), ish jismi (foydali ta'sir bajaradi), onini.

ish suyuqlik foydali ish uchun ichki energiya yetarlicha zaxirasini jamg'arish uchun isib mo'ljallangan. Muzlatgich ortiqcha energiya ketadi.

samaradorligini asosiy xususiyati issiqlik dvigatellari samaradorligini deyiladi. Bu miqdor energiya qismi foydali ishni amalga oshirish uchun sarflanadi isitish sarflangan nima ko'rsatadi. yuqori samaradorlik, mashinaning qulay foydalanish, ammo bu qiymat 100% dan oshmasligi mumkin.

samaradorligini hisoblash

Q ₁ ga teng isib tashqi sotib energiya _qilaylik. energiya berilgan sovutish Q ₂ esa Asboblar tanasi, ish _sodir.

aniqlash asosida, biz samaradorligi qiymatini hisoblash:

η = A / Q _1. Biz faraz deb A = Q ₁ - Q _2.

Shuning uchun issiqlik dvigateli samaradorligi, formula ē tomonidan berilgan = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, quyidagi xulosalar beradi:

• Samaradorligi 1 (yoki 100%) oshmasligi mumkin;
• bir isib olingan energetika, energiya berilgan sovutish kamayib ham ziyoda kerak, bu miqdorda maksimallashtirish uchun;
• isib elektr yonilg'i sifatini o'zgarishini erishish oshirish;
• , Muzlatgichni beradi, energiya kamaytirish dvigatellari dizayn xususiyatlarini erishish imkonini beradi.

An ideal issiqlik Dvigatel

Bunday dvigatel yaratish mumkin, (bir ideal - 100% ga teng) maksimal bo'lardi samaradorligi? Frantsiya fizik va iste'dodli muhandis Sadi Carnot urindi, bu savolga javob topish. 1824-yilda gazlar uchraydigan jarayonlar haqida o'z nazariy hisob-kitoblar ozod etildi.

ideal mashina mujassam asosiy g'oya ideal gaz bilan Boshlovchi qaytar jarayonlar deb hisoblash mumkin. harorati T ₁ gaz izotermal kengaytirish _boshlab. Bu maqsad uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori, - Q _1. keyin issiqlik kengaytirish holda gaz (bir adyabatik jarayoni). harorati T ₂ chiqgandan _so'ng, gaz sovutish energiya Q ₂ o'tib izotermal _siqiladi. asl holiga gaz Qaytish gaz adyabatik amalga oshiriladi.

aniq hisob-kitob bilan ideal Carnot issiqlik dvigateli samaradorligi bir isib ega bo'lgan haroratga isitish va sovutish qurilma o'rtasidagi harorat farqi nisbati. / T ₁ - η = (t ₂ t _1): Bu kabi _ko'rinadi.

mashina, formula mumkin issiqlik samaradorligi shakl bor: η = 1 - T ₂ / T _1, faqat isib past haroratlarda qiymati bog'liq va katta ko'ra 100% bo'lishi mumkin emas.

Bundan tashqari, bu munosabatlar issiqlik dvigatellari samaradorligi birligini faqat sovutish teng bo'lishi mumkin, deb isbotlash uchun bir imkon beradi mutlaq nol harorat. Ma'lumki, bu qiymat erishib bo'lmaydigan hisoblanadi.

Nazariy hisob-kitoblar Carnot har qanday dizayn issiqlik dvigateli maksimal samaradorligini aniqlash uchun imkon beradi.

quyidagicha isbotlangan Carnot teoremasining hisoblanadi. ideal issiqlik Dvigatel samaradorligini Shu qadriyatlaridan yuqori samaradorligini ega hech qanday sharoitda o'zboshimchalik issiqlik Dvigatel.

muammo hal misol

O'RNAK 1. isib harorati 800 C va quyida 500 ^C Muzlatgich harorati bo'lsa ideal issiqlik dvigateli qanday samaradorligi?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, Dt = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

yechim:

Belgilar deb: η = (t ₁ - T ₂₎ / T _1.

Biz muzlatgichning harorati berilgan emas, balki qilingan Dt = (t ₁ - T _2), shuning uchun:

η = DT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Javob: samaradorligi = 46%.

. 400 K - energiya tufayli erishilgan bir kilojoul isib issiqlik vosita suvi harorati, agar isib harorati nima foydali ish 650 J. amalga bo'lsa Misol 2. ideal issiqlik dvigateli samaradorligini aniqlash?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

yechim:

Ushbu vazifa, u formula bilan hisoblash mumkin samaradorligi bo'lgan issiqlik o'rnatish, bo'ladi:

η = A / Q _1.

ideal issiqlik dvigateli formula samaradorligini yordamida isib haroratini aniqlash uchun:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1.

matematik o'zgarishlarni amalga oshirish, biz olish:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Biz hisoblash:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Javob: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

haqiqiy sharoiti

ideal jarayonlar bilan ishlab chiqilgan va ideal issiqlik Dvigatel. Ish, faqat izotermik jarayonlar amalga oshiriladi, u Carnot tsikli chizma bilan chegaralangan sohada sifatida belgilangan.

Aslida, harorat o'zgarishlar bo'lishi mumkin emas hamrohlik holda, jarayonda gaz holati o'zgarishlar oqimi uchun shart-sharoitlar yaratish. atrofidagi ob'ektlarni bilan issiqlik almashinuvi istisno edi bunday materiallari. Adyabatik jarayoni amalga oshirish uchun imkonsiz bo'ladi. issiqlik almashish gaz harorati holda, albatta, o'zgartirish kerak.

real sharoitda yaratilgan issiqlik mashinalarining samaradorligini dvigatellari ideal samaradorligini jiddiy farq qiladi. real motorlar jarayonlar oqimi uning hajmini o'zgartirish jarayonida modda ishlash ichki issiqlik energiyasi o'zgarish bir isib issiqlik miqdori oqib va salqin bir qaytarib tomonidan qoplanadi mumkin emas, shuning uchun tez sodir unutmang.

Boshqa issiqlik dvigatellari

Real motorlar boshqa ko'chadan faoliyat:

• adyabatik o'zgarishi, bir yopiq pastadir yaratish bilan Otto davr doimiy hajmi jarayoni;
• Dizel davr isobar, adyabatik, isochore, adyabatik;
• gaz turbinali: doimiy bosim da yuzaga kelgan jarayon, adyabatik o'rniga Loop yopiladi.

real dvigatellari bir muvozanat jarayonlarini yaratish, zamonaviy texnologiyalar bilan (ideal ularni yaqinlashtiradi uchun) mumkin emas. issiqlik dvigatellari samaradorligi ham ideal issiqlik muhitda bir xil harorat sharoitlari bilan, ancha past bo'ladi.

Lekin bu roli hisoblash formulasi samaradorligini kamaytirish uchun zarur emas , Carnot tsikli bu kabi, u haqiqiy dvigatellari samaradorligini oshirish jarayonida mos yozuvlar nuqtasini bo'ladi.

samaradorligini o'zgartirish yo'llari

ideal va haqiqiy issiqlik dvigatellari bilan taqqoslash orqali, bu sovitkich oxirgi harorati o'zboshimchalik bo'lishi mumkin emas ta'kidlash lozim. Odatda sovutish muhitini ishonaman. atmosfera faqat taxminiy hisob-kitoblar haroratini olish uchun. Tajriba u (DVS deb qisqartiriladi) ichki yonuv dvigatellari sodir bo'lib suvi harorati, motorlar chiqarish gaz ekanligini ko'rsatadi.

DIC - issiqlik dvigateli bizning dunyoda eng keng tarqalgan. bu holatda samaradorligi issiqlik Dvigatel yoqilg'i yonishi tomonidan yaratilgan haroratga bog'liq. DIC, bug 'dvigatellari dan muhim farq havo-yonilg'i aralashmasi bilan sintez isib vazifalari va faoliyat qurilma organi hisoblanadi. aralashmasi Burning dvigatel harakatlanuvchi qismlari bosim yaratadi.

ish gaz harorati yuksaltirish sezilarli darajada yoqilg'i xususiyatlarini o'zgartirib, erishiladi. Afsuski, bu limiti holda, albatta, mumkin emas. Dvigatel yonish kamerasining qurish har qanday moddiy uning erish nuqtasiga ega. issiqlik kabi materiallar qarshiligi - dvigateli asosiy xususiyati, shuningdek, sezilarli darajada samaradorligini ta'sir.

Qadriyatlar Dvigatel samaradorligi

Biz ko'rib bo'lsa , bug 'turbinasi, 800 K ga teng bo'lgan ish, bug' kiritishda harorati va chiqarish gaz - 300 K, mashinaning samaradorligini 62% ga teng. Aslida esa, bu qiymat 40% dan oshmaydi. Bu qisqartirish isitish turbinali uy-joy paytida issiqlik yo'qotilishi tufayli sodir bo'ladi.

Ichki yonuv dvigatellari samaradorligini eng yuqori qiymati 44% dan oshmaydi. yaqin kelajakda savol - bu qiymatini oshirish. materiallar xususiyatlarini o'zgartirish, yoqilg'i - bu insoniyatning eng yaxshi fikrlarini ishchi mehnat qilayotgan bir muammo.