Isı motorların verimliliği. bir ısı motorunun verim - Formül

Modern gerçekler ısı motorlarının geniş operasyon gerektirir. Sayısız denemeler başarısız gören ise elektrik motorları ile bunların yerine. otonom sistemlerde güç birikimi ile ilişkili problemler, büyük zorluklarla çözülür.

uzun vadeli kullanımına dayalı üretim elektrik pil teknolojisinin Hala alakalı sorunları. Elektrikli araçların Hız karakteristikleri arabalar olanlar, içten yanmalı motorlarda uzaktır.

Hibrit motorların oluşturulmasında ilk adımlar önemli ölçüde çevre sorunlarının çözümünde, metropollerde zararlı emisyonları azaltabilir.

Biraz tarih

kinetik enerjiye buhar enerjisinin dönüşümü olasılığı eski çağlardan beri bilinmektedir. 130 MÖ: Filozof Geron Aleksandriysky seyirci buhar oyuncak sunulan - eolipil. buharla dolu Küre, onu jetleri kaynaklanan etkisi altında dönme girmiştir. Başvuru sırasında modern buhar türbininin Bu prototip bulunamadı.

Uzun yıllar ve yüzyıl filozofu gelişimi için sadece eğlenceli bir oyuncak olarak kabul edildi. 1629 yılında İtalyan D. Branca proaktif türbini yarattı. Çiftler hareket bıçaklı diski ayarlayın.

O andan itibaren buhar motorlarının hızlı gelişimini başladı.

Isı motoru

transformasyonu iç enerji kullanılan makina ve mekanizmaların harekete enerjisine yakıt ısı motorları.

makinelerin ana parçaları bir ısıtıcı (sistem dışarıdan enerji alan), çalışma gövde (yararlı bir etki yapar), buzdolabı.

Çalışma sıvısı yararlı işler için iç enerjinin yeterli stok biriktirmek için ısıtıcı tasarlanmıştır. Buzdolabı fazla enerjiyi alır götürür.

verimlilik temel özelliği ısı motorların verimliliği olarak adlandırılır. Bu miktar enerjinin bir kısmı yararlı işler yapmak için harcanan ısıtma içinde harcanan neyi gösterir. Daha yüksek verim, makinenin avantajlı işlem, ancak bu değer% 100 geçemez.

verimlilik hesaplanması

Q ₁ eşit ısıtıcı dışarıdan alınan enerji _olsun. Enerji verilen buzdolabı _Q2 iken Araçlar vücut, iş A'yı _işledi.

belirlenmesi dayanarak, verimlilik değerini hesaplamak:

η = A / S _1. Kabul edelim ki, A = Q ₁ - _Q2.

Bu nedenle termik motorun verimi, formül r | verilir = _(Q1 - _Q2) / Q ₁ = 1 - _Q2 / _Q1, aşağıdaki sonuçlara sağlar:

• Verim 1 (ya da% 100) geçemez;
• bir ısıtıcı elde edilen enerjinin, ya da enerji verilen soğutma bir azalma ya da artmaya gereken bu miktar en üst düzeye çıkarmak için;
• ısıtıcı güç, yakıt kalitesi bir değişiklik elde artırılması;
• , Buzdolabı verir, enerjisini azaltmak motorlarının tasarım özellikleri elde etmek için izin verir.

İdeal bir ısı motoru

Böyle bir motorun oluşturulması mümkün, (bir ideal olarak -% 100 eşit) en fazla olacak olan bir etkinlik? Fransız fizikçi ve yetenekli bir mühendis Sadi Carnot çalıştı bu sorunun cevabını bulun. 1824 yılında gazların meydana gelen süreçler hakkında yaptığı teorik hesaplamalar serbest bırakıldı.

İdeal makinede somutlaşan temel fikir İdeal gaz ile davranış geri dönüşümlü süreçleri düşünülebilir. Sıcaklık T ₁ gaz izotermal olarak genişlemesi ile _başlayarak. Bu amaç için gerekli olan ısı miktarı, - S _1. sonra ısı genişletmeden gaz (adiyabatik süreç). Sıcaklık T ₂ ulaştıktan _sonra, gaz soğutma enerji Q ₂ geçirilerek izotermal olarak _{sıkıştırılır.} özgün durumuna gaz geri dönüş adyabatik gerçekleştirilir.

tam hesabı ile ideal Carnot ısı motoru verimi bir ısıtıcı içeren bir sıcaklığa ısıtma ve soğutma cihazı arasındaki sıcaklık farkı olan oranıdır. ₁ / T - η = _(T2, T _1): Bu gibi _{görünüyor.}

Makinenin, bir formül olası ısı verimi formu vardır: η = 1 - _{T2 1} / _T, sadece ısıtıcı ve soğutucu sıcaklık değerine bağlıdır ve% 100'den büyük olamaz.

Ayrıca, bu ilişki ısı motorların verimliliği birlik sadece soğutma eşit olabilir kanıtlamak için bir olanak tam sıfır sıcaklığı. Bilindiği gibi, bu değer ulaşılamaz.

Teorik hesaplamalar Carnot herhangi tasarımın bir ısı motorunun maksimum verim belirlemek için izin verir.

şöyle Kanıtlanmış Carnot teoremi olduğunu. İdeal ısı motoru verimliliği aynı değerlerden daha yüksek verimlilik sağlanması mümkün hiçbir koşulda Keyfi ısı motoru.

problem çözme bir örneği,

Örnek 1. ısıtıcı sıcaklığı 800 ° C ve altında 500 ^{° C} buzdolabı sıcaklığı olduğunda ideal bir ısı motoru ne verimliliği,?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1.073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

çözüm:

Tanım olarak: η = (T ₁ - _{T2) 1} / _T.

Bu buzdolabının sıcaklık verilen, ancak edildi AT = (T ₁ - _T2), böylece:

η = AT ₁ / T = 500 K / 1073K = 0.46.

Yanıt: verim =% 46.

. 400 K - enerji nedeniyle elde edilen bir kilojul ısıtıcı ısı motoru soğutma suyu sıcaklığı ise ısıtıcının sıcaklık ne yararlı iş 650 J. yapıldığı takdirde Örnek 2., ideal bir ısı motorun verimliliğini belirleme?

S ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, _T2 = 400 K, η - ?, T ₁ =?

çözüm:

Bu görev, bu, aşağıdaki formül ile hesaplanabilir etkinliği olan bir termal tesisattır:

η = A / S _1.

ideal bir ısı motorunun formül etkinliğini kullanarak ısıtıcının sıcaklığını belirlemek için:

η = (T ₁ - _{T2) 1} / T = 1 - _{T2 1} / _T.

matematiksel dönüşümler gerçekleştirme elde ederiz

T ₁ = _T2 / (1-η).

T ₁ = _T2 / (1-A / S _1).

Biz hesaplamak:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Yanıt: η =% 65, T ₁ = 1142,8 K.

gerçek koşullar

İdeal süreçlerle tasarlanmış ideal ısı motoru. Şirketler, sadece izotermal işlemler gerçekleştirilir bu Carnot döngüsü grafik ile sınırlı alan olarak tanımlanır.

Aslında, sıcaklıktaki değişiklikler olamaz birlikte olmadan işlemde gaz durum değişikliklerinin akışı için koşullar yaratmak. Çevre nesnelerle ısı alışverişini dışlayacak Böyle malzemeler. Adyabatik süreç yürütmek imkansız hale gelir. ısı değişim gazı sıcaklığı halinde mutlaka değişmesi gerekir.

Gerçek koşullarda oluşturulan termal makinelerin verimi motorların ideal bir verimlilik önemli ölçüde farklıdır. Gerçek motorlarında işlemlerin akış hacmini değiştirme sürecinde aktif hülasanın iç termal enerji değişimi bir ısıtıcı ısı miktarının girişi ve bir soğutucu dönüşü ile telafi edilemez o kadar hızlı olur unutmayın.

Diğer ısı motorları

Gerçek motorları farklı döngüleri üzerinde işlem:

• Adyabatik bir değişiklik, bir kapalı döngü oluşturma ile Otto çevrimi sabit basınç süreci;
• Dizel çevrimi izobar, adyabatik, izokor, adyabatik;
• Bir gaz türbini: Sabit basınçta meydana gelen işlem olup, adyabatik ikame döngü kapanır.

Gerçek motorlarında bir denge süreçlerini oluşturma Modern teknoloji (ideale onları yaklaştırma) mümkün değildir. Isı motorların verimliliği hatta ideal ısı ayarında aynı sıcaklık koşullarında önemli ölçüde düşüktür.

Ama rol hesaplama formülü etkinliğini azaltmak için gerekli değildir , Carnot döngüsü olduğu gibi, gerçek motorların verimliliği artırmak için işlemde bir referans noktası olur.

verimliliği değiştirmek için Yolları

İdeal ve gerçek ısı motorların karşılaştırılması sayesinde, buzdolabının son sıcaklığı keyfi olamayacağı unutulmamalıdır. Genellikle buzdolabı atmosferi inanıyoruz. atmosfer can sadece yaklaşık hesaplamalar sıcaklığını almak. Deneyimler (DVS olarak kısaltılır) içten yanmalı motorlarda olduğu gibi soğutma sıvısı sıcaklığı, motor egzoz gazı olduğunu göstermektedir.

DIC - Isı motorunun dünyamızda en yaygın. Bu durumda Verimlilik ısı motoru yanan yakıt tarafından oluşturulan sıcaklığa bağlıdır. DIC buhar motorlarından temel fark, bir hava-yakıt karışımı içinde füzyon ısıtıcı fonksiyonları ve işletme cihazı organıdır. karışımın yanma motorun hareketli parçası üzerinde baskı oluşturur.

çalışma gazı sıcaklığının yükseltilmesi belirgin bir yakıt özelliklerinin değiştirilmesi, elde edilir. Ne yazık ki, sınırı olmadan yapmak mümkün değildir. motorun yanma odasının yapı herhangi bir malzeme, erime noktasına sahiptir. Termal Bu malzemelerin direnci - motorun temel özelliği, hem de önemli ölçüde verimini etkileyecek.

Değerler motor verimi

Biz düşünürsek buhar türbini, 800 K eşittir çalışma buhar girişi sıcaklığı ve egzoz gazının - 300 K, makinenin verimi% 62 kadardır. Gerçekte ise bu değer% 40 geçmez. Bu indirgeme, ısıtma türbin gövdesi boyunca ısı kaybı nedeniyle meydana gelir.

İçten yanmalı motorların verimliliği yüksek değer% 44 geçmez. Yakın gelecekte sorusunu - Bu değeri artırmak. malzemelerin özelliklerini değiştirme, yakıt - Bu insanlığın en iyi beyinleri istihdam hangi üzerinde bir sorundur.