Učinkovitost toplinskih strojeva. Učinkovitost topline motora - formula

Moderni trendovi zahtijevaju toplinskih strojeva široku operaciju. Brojni pokušaji da ih zamijeni s električnim motorima, dok prolazi kroz neuspjeh. Problemi povezani s akumulacijom energije u autonomnim sustavima, rješavaju se uz velike poteškoće.

Još uvijek relevantni problemi tehnologiju proizvodnje energije baterije na temelju njihove dugotrajne upotrebe. Karakteristike Brzina električnih vozila su daleko od onih u automobilima, motorima s unutarnjim izgaranjem.

Prvi koraci u stvaranju hibridnih motora može značajno smanjiti štetne emisije u gradskim područjima, rješavanju problema zaštite okoliša.

Malo povijesti

Mogućnost transformaciju energije pare u kinetičku energiju je poznat od davnih vremena. 130 BC: Filozof Geron Aleksandriysky predstavljen publika pare igračke - eolipil. Sfera napuni parom, došao u rotaciji pod utjecajem isijava iz njezinih zrakoplova. Ovaj prototip modernog parne turbine u vrijeme podnošenja zahtjeva nije pronađen.

Već dugi niz godina i razvoja filozofa stoljeća smatralo se samo zabavna igračka. U 1629. talijanska D. Branca stvorili proaktivni turbinu. Parovi pokrenuo disk dobili s lopaticama.

Od tog trenutka počeo brz razvoj parnih strojeva.

toplotna mašina

Transformacija unutarnje energije goriva u energiju gibanja strojnih dijelova i mehanizama koji se koriste u toplinskih strojeva.

Glavni dijelovi strojeva: grijač (sustav prima energiju izvana), radno tijelo (obavlja blagotvoran učinak), hladnjak.

Grijač je namijenjen radni fluid akumulirati dovoljno zaliha unutarnje energije za koristan rad. Hladnjak oduzima višak energije.

Glavna karakteristika učinkovitosti naziva učinkovitost toplinskih strojeva. Ova količina pokazuje koliki je udio energije potroše na zagrijavanje proveo obavljati koristan rad. Što je veća učinkovitost, prednost rad stroja, ali ta vrijednost ne smije prelaziti 100%.

Izračun učinkovitosti

Neka grijač eksterno stečenih energiju jednaku Q _1. Alati tijelo počinio raditi, dok se energija daje hladnjak je Q _2.

Na temelju odlučnosti, možemo izračunati vrijednost učinkovitosti:

η = A / _Q1. Pretpostavimo li da je A = _Q1 - _Q2.

Stoga učinkovitost topline motora, formula koji se daje r | = _(Q1 - _Q2) / Q ₁ = 1 - _Q2 / _Q1, omogućava slijedeće zaključke:

• Učinkovitost ne može prelaziti 1 (ili 100%);
• kako bi se povećala ovu količinu treba povećati u bilo energije dobivene iz grijača ili smanjenje energije dane hladnjak;
• povećanje grijač snage postići promjenu kvalitete goriva;
• smanjuju energiju, daje hladnjak, omogućuju postizanje značajke dizajna motora.

Idealno topline motora

Je stvaranje takvog motora moguće, učinkovitost koji će biti maksimalno (u idealnom - jednak 100%)? Naći odgovor na to pitanje pokušao francuski fizičar i talentirani inženjer Sadi Carnot. U 1824. su izdali njegovi teorijski izračuni o procesima koji se javljaju u plinovima.

Osnovna ideja utjelovljena u idealnom stroju može se smatrati ponašanja reverzibilne procese s idealnog plina. Počevši od širenja plina kod izotermno temperaturi _T1. Količina topline potrebna za tu svrhu - Q _1. Nakon plin bez širi toplinu (adijabatska postupak). Nakon postizanja temperature _T2, plin se komprimira izotermno propuštanjem hladnjak energije _Q2. Povratak plin u prvobitno stanje obavlja se adijabatski.

Učinkovitost idealnog Carnot topline motora s točnim izračun je omjer razlike temperature između grijanja i uređaja za hlađenje na temperaturu, koja ima grijač. To izgleda ovako: η = (T ₁ - _T2) / T _1.

Moguće toplinska učinkovitost stroja, koji ima oblik formula: η = 1 - _T2 / T _1, ovisi samo o vrijednosti grijača i nižim temperaturama i ne može biti više od 100%.

Osim toga, ovaj odnos omogućuje jedan dokazati da učinkovitost topline motora može biti jednak jedinici samo ako je hladnjak apsolutna nula temperature. Kao što je poznato, ova vrijednost je nedostižan.

Teoretski proračuni Carnot omogućuju da se odredi maksimalnu učinkovitost topline motora bilo dizajna.

Dokazana Carnot poučak je kako slijedi. Proizvoljno motor topline ni pod kojim okolnostima koje mogu imati učinkovitost veću od istih vrijednosti idealnog učinkovitosti topline motora.

Primjer rješavanja problema

Primjer 1. Što učinkovitost idealnog toplinskog stroja, kada je temperatura grijača je 800 ° C, a ^temperatura hladnjaka 500 ^C ispod?

_T1 = 800 ^{° C} = 1073 K, DT = 500 ^{° C} = 500 K, η -

rješenje:

Po definiciji: η = (T ₁ - _T2) / T _1.

Nismo dobili temperaturu hladnjaka, a DT = (T ₁ - _T2), stoga:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Odgovor: Učinkovitost = 46%.

Primjer 2. Odrediti učinkovitost idealnog toplinskog stroja, ako s obzirom na energiju stekao jedan kilojoulea grijač obavlja koristan rad 650 J. Kolika je temperatura grijača od toplinskog stroja ako je temperatura rashladne tekućine -. 400 K?

Q ₁ = 1 = 1000 kJ = 650 JA J, _T2 = 400 K, η - ?, T = _1?

rješenje:

U ovom zadatku, to je toplinska instalacija, od kojih je učinkovitost može se izračunati pomoću formule:

η = A / _Q1.

Da određuje temperaturu grijača koristeći formulu učinkovitosti idealnog toplinskog stroja:

η = (T ₁ - _T2) / T ₁ = 1 - _T2 / _T1.

Izvođenje matematičkih transformacija, dobivamo:

_T1 = _T2 / (1 η).

_T1 = _T2 / (1 A / Q _1).

Računamo:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Odgovor: η = 65%, _T1 = 1142,8 K.

stvarnim uvjetima

Idealno topline motora dizajnirana s idealnim procesima. Rad se obavlja samo u izotermalnih procesa, on se definira kao prostor omeđen grafu od Carnot.

U stvari, kako bi stvorili uvjete za protok statusa plin promjena u procesu, bez popratnih promjena u temperaturi ne može biti. Takvi materijali koji će isključiti izmjenu topline s okolnim objektima. Adijabatski proces postaje nemoguće provesti. U slučaju temperature izmjenjivača topline plina nužno mora promijeniti.

Učinkovitost toplinskih strojeva stvorenih u realnim uvjetima značajno razlikuju od idealne učinkovitosti motora. Imajte na umu da je protok procesa u realnim motorima dogodi tako brzo da je varijacija unutarnje toplinske energije radnog medija u procesu mijenja svoj volumen ne može nadoknaditi priliv količine topline grijača i hladnije povratka.

Ostale toplinski motori

Pravi motori rade na različitim ciklusima:

• Otto ciklus postupak konstantan volumen uz adijabatske promjene, stvarajući jednu zatvorenu petlju;
• Dizel ciklus izobara, adijabatski, isochore, adijabatski;
• plinska turbina: proces događa na stalnom tlaku, adijabatski zamijenjen zatvara petlje.

Stvaranje je ravnotežna procesa u realnim motora (kako bi ih približili idealu) u moderne tehnologije nije moguća. Učinkovitost toplinskih motora je znatno niža, čak i sa istim temperaturnim uvjetima kao u idealnom okruženju topline.

Ali, to nije potrebno smanjiti proračunski uloga formulu učinkovitost u Carnot, kao što je to, to postaje referentna točka u procesu kako bi se poboljšala učinkovitost pravih motora.

Načini izmjene učinkovitost

Usporedbom idealnim i stvarnim toplinskih strojeva, treba napomenuti da je posljednji temperatura hladnjaka ne može biti proizvoljan. Obično hladnjak vjeruju u atmosferu. Da bi se temperature može atmosfere samo približne proračune. Iskustvo pokazuje da je temperatura rashladne tekućine je ispušnih plinova u motorima, kako se događa u motorima s unutarnjim izgaranjem (skraćeno DVS).

DIC - najčešći u našem svijetu topline motora. Učinkovitost topline motora u ovom slučaju ovisi o temperaturi stvara izgaranjem goriva. Bitna razlika između DIC parnih strojeva je grijaće funkcije fuzije i tijelo djeluje naprava za smjesu goriva i zraka. Spaljivanje mješavina stvara pritisak na pokretnih dijelova motora.

Podizanje temperature radnog plina postiže se znatno mijenja svojstva goriva. Nažalost, to je nemoguće učiniti bez granica. Svaki materijal gradnje prostoru izgaranja ima točku taljenja. Toplinski otpor takvih materijala - osnovna karakteristika motora, kao i da će značajno utjecati na učinkovitost.

Učinkovitost Vrijednosti motora

Ako uzmemo u obzir parne turbine, temperatura ulaznog radnog pare koja je jednaka 800 K, a ispušni plin - 300 K, učinkovitost stroja iznosi 62%. U stvarnosti, međutim, ova vrijednost ne prelazi 40%. Ovo smanjenje se događa zbog gubitka topline tijekom grijanja turbine stanovanja.

Najveća vrijednost učinkovitosti motora s unutarnjim izgaranjem ne prelazi 44%. Povećanje ove vrijednosti - pitanje bliskoj budućnosti. Promjena svojstava materijala, goriva - to je problem na koji zapošljava najbolje umove čovječanstva.