Lämpöpintahyötysuhde moottoreita. Tehokkuuden lämpömoottorilla - Formula

Nykyaikaiset todellisuus edellyttää Lämpövoimamoottoreilla laajaa toimintaa. Lukuisat yritykset korvata ne sähkömoottorit tehtäessä vika. Ongelmat, jotka liittyvät kertyminen vallan autonomiset järjestelmät, ratkaistaan vaivoin.

Edelleen ajankohtainen ongelmia valmistus valtaa akkuteknologia perustuvat niiden pitkäaikaiseen käyttöön. Nopeusominaisuudet sähköautojen ovat kaukana kuin autojen polttomoottoreissa.

Ensimmäiset askeleet luomisessa hybridimoottorit voidaan merkittävästi vähentää haitallisia päästöjä suurkaupunkialueilla ympäristöongelmien ratkaisemisessa.

Hieman historiaa

Mahdollisuus muuntaminen energian höyryä kineettinen energia on tunnettu antiikin ajoista lähtien. 130 BC: Filosofi Geron Aleksandriysky esitellään yleisölle höyry lelu - eolipil. Pallo täynnä höyryä, tuli kierto vaikutuksen alaisena peräisin hänen suihkukoneita. Tämä prototyyppi nykyaikaisen höyryturbiinin aikaan hakemus ei löytynyt.

Vuosia ja vuosisadan filosofi kehityksen katsottiin vain hauska lelu. Vuonna 1629 Italian D. Branca luonut ennakoiva turbiini. Parit käynnistää levy on varustettu terillä.

Tuosta hetkestä alkoi nopea kehitys höyrykoneita.

lämpö moottori

Muutos sisäisen energian polttoaineesta liike-energia, koneen osien ja mekanismien käytetään lämpöä moottoreita.

Pääosat koneiden: lämmittimen (järjestelmä vastaanottaa energiaa ulkopuolelta), työ- kappaleen (suorittaa hyödyllinen vaikutus), jääkaappi.

Lämmitin on suunniteltu työnesteen kerätä tarpeeksi kartoittaa sisäistä energiaa hyödyllistä työtä. Jääkaappi vie ylimääräistä energiaa.

Tärkein ominaisuus tehokkuuden kutsutaan tehokkuutta lämmön moottoreita. Tämä määrä kertoo, mikä osa energiankulutus lämmityksessä käytetyn tehdä hyödyllistä työtä. Mitä korkeampi tehokkuus, edullisen koneen toimintaa, mutta tämä arvo ei saa ylittää 100%.

Laskeminen tehokkuus

Anna lämmitin ulkoisesti hankittu energia on Q _1. Työkalut kehon sitoutunut työskennellä, kun taas energia annetaan jääkaapissa oli _Q2.

Määrityksen perusteella, laskemme hyötysuhteen arvo:

η = A / Q _1. Oletamme, että A = Q ₁ - _Q2.

Siten tehokkuutta lämmön moottorin, jolla on kaava ja joka saadaan η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, mahdollistaa seuraavat johtopäätökset:

• Tehokkuus ei voi ylittää 1 (tai 100%);
• maksimoida tämä määrä on lisättävä joko saatavan energian lämmitintä tai laskua energian tietyn jääkaappi;
• lisäämällä kiuastehoa aikaan muutosta polttoaineen laadusta;
• vähentää energian, antaa jääkaappi, mahdollistavat saavuttaa ominaisuuksista moottoreiden.

Ihanteellinen lämpö moottori

On luoda kyseisen moottorin mahdollista, joiden tehokkuutta olisi suurin (ihanteellisessa - vastaa 100%)? Löytää vastauksen tähän kysymykseen yrittivät Ranskan fyysikko ja lahjakas insinööri Sadi Carnot. Vuonna 1824 hänen teoreettiset laskelmat noin tapahtuvien prosessien kaasut vapautettiin.

Perusajatuksena ilmentymä on ihanteellinen kone voidaan pitää käyttäytyminen palautuva prosesseja ideaalikaasu. Alkaen kaasun laajeneminen isotermisesti lämpötilassa T _1. Lämpömäärä tarvita tähän tarkoitukseen, - Q _1. Kun kaasu ei kuitenkaan lisää lämpöä (adiabaattinen prosessi). Saavuttamisen jälkeen lämpötilan T _2, kaasu puristetaan kokoon isotermisesti johtamalla jääkaapissa energia Q _2. kaasu palaa alkuperäiseen tilaan suoritetaan adiabaattisesti.

Tehokkuutta ihanteellinen Carnot lämpöä moottorin tarkka laskelma on suhde välinen lämpötilaero lämmitys- ja jäähdytyslaitteella lämpötilaan, joka on lämmitin. Se näyttää tältä: η = _(T1 - _T2) / _T1.

Mahdollinen terminen hyötysuhde koneen, joka kaava on muotoa: η = 1 - T ₂ / T _1, riippuu vain arvosta lämmitin ja viileämpiä lämpötiloja ja ei voi olla suurempi kuin 100%.

Lisäksi tämä suhde tekee mahdolliseksi osoittaa, että tehokkuus lämmön moottorit voivat olla arvoltaan yksi vain silloin, kun jääkaapin absoluuttinen nolla lämpötila. Kuten tiedetään, tämä arvo on saavuttamaton.

Teoreettiset laskelmat Carnot voitava määrittää mahdollisimman Lämpöpintahyötysuhde moottorin kaikki mallit.

Todistetusti Carnot lause on seuraava. Mielivaltainen lämpöä moottorin missään tapauksessa voinut olla hyötysuhde korkeampi kuin vastaavalla arvot ihanteellisen lämpöä moottorin tehokkuutta.

Esimerkki ongelmanratkaisu

Esimerkki 1. Mitä tehokkuuden ihanteellisen lämpöä moottorin, kun lämmitin lämpötila on 800 ° C ^ja jääkaapin lämpötila 500 ^C alle?

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

ratkaisu:

Määritelmän: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Meillä ei annettu jääkaapin lämpötila, mutta AT = (T ₁ - T _2), joten:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Vastaus: tehokkuus = 46%.

Esimerkki 2. Määritä tehokkuuden ihanteellinen lämpöä moottorin, jos energiasta johtuen hankkinut yhden kilojoulea lämmitin suorittaa hyödyllistä työtä 650 J. Mikä on lämpötila lämmittimen lämmön moottoria, jos jäähdytysnesteen lämpötila -. 400 K?

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

ratkaisu:

Tässä tehtävässä, se on lämpölaitteisto, tehokkuutta, joka voidaan laskea kaavalla:

η = A / Q _1.

Lämpötilan määrittämiseksi lämmittimen kaavalla tehokkuuden ihanteellinen lämpömoottorin:

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

Performing matemaattisia muunnoksia, saadaan:

T ₁ = T ₂ / (1-η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Laskemme:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Vastaus: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

todellisia olosuhteita

Ihanteellinen Lämpövoimakoneen suunniteltu ihanteellinen prosesseihin. Työ tehdään vain isotermisissä prosesseissa, se on määritelty alue, jota rajaavat kuvaaja Carnot-sykli.

Itse asiassa, luoda edellytykset kaasun virtaus tila muuttuu prosessin, ilman mukana lämpötilan muutokset eivät voi olla. Ei näillä aineilla, mikä sulkisi pois lämmönvaihdon ympärillä oleviin esineisiin. Adiabaattinen prosessi tulee mahdotonta toteuttaa. Tapauksessa lämmönvaihtimen lämpötila on välttämättä muutu.

Tehokkuuden termisen koneiden luotu todellisissa olosuhteissa poikkeavat merkittävästi ihanteellinen tehokkuutta moottoreita. Huomaa, että virtaus prosessien todellista moottorit tapahtuu niin nopeasti, että vaihtelu sisäisen lämpöenergian työskennellä aineen muuttamassa sen tilavuus ei voi kompensoida virtaa lämmön määrä lämmitin ja jäähdytin tuottoa.

Muut Lämpövoimamoottoreilla

Real moottorit toimivat eri jaksoa:

• Otto-syklin vakiotilavuudessa prosessin adiabaattinen muutosta, joka tuottaa suljetun silmukan;
• Diesel-syklin ilmanpainekäyristä, adiabaattinen, isochore, adiabaattinen;
• kaasuturbiini: prosessi tapahtuu vakiopaineessa, adiabaattinen korvattu sulkee silmukan.

Luo tasapaino prosessien todellisessa moottoreissa (tuoda ne lähemmäksi ihanteellinen) nykyaikaiseen teknologiaan ei ole mahdollista. Hyötysuhde Lämpövoimamoottoreilla on huomattavasti pienempi, jopa samassa lämpötilassa olosuhteissa kuin ihanteellinen tehotaso.

Mutta se ei ole välttämätöntä vähentää rooli laskentakaava tehokkuus Carnot syklin, koska se on, siitä tulee referenssipiste prosessin tehokkuuden parantamiseksi todellinen moottoreita.

Tapoja muuttaa tehokkuutta

Vertailemalla ihanteellinen ja todellisen Lämpövoimamoottoreilla, on huomattava, että viimeinen jääkaapin lämpötila ei saa olla mielivaltaista. Yleensä jääkaappi uskovat ilmakehään. Ottaa ilman lämpötila voi vain likimääräinen laskelmia. Kokemus osoittaa, että jäähdytysnesteen lämpötila on pakokaasun moottoreiden, koska se tapahtuu polttomoottoreissa (lyhennettynä DVS).

DIC - yleisin maailmassamme lämpöä moottorin. Tehokkuus lämpöä moottorin tässä tapauksessa riippuu lämpötilasta syntyy polttamalla polttoainetta. Olennainen ero DIC höyrykoneisiin on fuusio lämmitin toiminnot ja toimii laitteen runko ilma-polttoaineseoksen. Burning seoksen luo paineita liikkuviin osiin moottorin.

Nostamalla työskentely lämpötila on saavutettu, merkittävästi ominaisuuksia muuttamalla polttoaineen. Valitettavasti se on mahdotonta tehdä ilman rajaa. Mikä tahansa materiaali, rakentamisen moottorin palotilaan on sen sulamispiste. Lämpövastus Tällaisten materiaalien - perusominaisuus moottorin, sekä merkittävästi vaikuttaa tehokkuuteen.

Arvot moottorin hyötysuhdetta

Jos ajatellaan höyryturbiinin, lämpötila työ- höyryn tuloaukko, joka on yhtä suuri kuin 800 K, ja pakokaasun - 300 K, tehokkuus kone on yhtä suuri kuin 62%. Todellisuudessa kuitenkin, tämä arvo on enintään 40%. Tämä vähennys tapahtuu, koska lämpöhäviö lämmityksen aikana turbiinipesä.

Korkein arvo tehokkuuden polttomoottorien ei ylitä 44%. Tämä arvon suurentaminen - kysymys lähitulevaisuudessa. Muuttaminen materiaalien ominaisuuksien, polttoaineen - tämä on ongelma, jonka yli työllistää parhaat aivot ihmiskunnan.