Isı motoru: bir döngü, iş verimliliği. Termal makinelerin Çevre sorunları. Ne var - ideal ısı motoru?

kullanılmak üzere ihtiyaç mekanik enerjinin üretiminde termik makinelerin ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Isı motorların birim

Isı motoru (ısı motoru), - mekanik enerjiye çeviren iç enerjisinin çevrilmesi amacıyla kullanılan bir cihazdır.

Herhangi bir ısı motoru bir ısıtıcı, çalışma akışkanının (gaz veya buhar), ısıtma ile işi yerine (türbin milinin dönme sonuçlanan pistonun hareket ettiği, ve benzeri) ve bir buzdolabı vardır. Aşağıdaki şekilde, ısı motorunun bir şematik görüntüsünü gösterir.

Isı makinelerinin Temelleri adımlar

Motora bağlı Her ısı motoru işleyişi. o motor pistonu veya türbin kanatlarının her iki tarafında için gerekli işi yapmak için basınç farkı oldu. Çalışma sıvısı sıcaklığı ortam sıcaklığı ile karşılaştırıldığında derece yüzlerce ya da binlerce arttırılır aşağıdaki gibidir: Bu fark, her termik motorlarda elde edilir. Gaz türbini ve içten yanmalı motorlar (ICE) nedeniyle, yakıt motor içinde yakılır gerçeğine sıcaklığındaki bir artıştır. Buzdolabı soğutma ve harcanan buharı yoğunlaştırmak için atmosfer veya özel amaçlı cihaz hareket edebilir.

Carnot çevrimi

Döngü (siklik işlem) - Gaz durumu bir dizi değişiklik, içinde elde edilen (çalışma gerçekleştirebilir) başlangıç durumuna geri döner. 1824 yılında, Fransız fizikçi Sadi Karno bu iki işlem içerir ve ısı güç makinesinin döngüsüne (Carnot döngüsü), avantajlı olduğunu göstermiştir - izotermal ve adyabatik. izotermi, 2-3 ve 4-1 - - adyabatik 1-2 ve 3-4: Aşağıdaki şekil Carnot devresi bir grafiğini gösterir.

Isı motorlarının enerji çalışması korunumu yasası uyarınca motorudur gerçekleştiren:

A = _Q1 - _Q2,

₁ burada Q - ısıtıcısından gelmesi ısı miktarı ve ₂ S - buzdolabına tahsis ısı miktarıdır.
Verim ısıtıcı elde edilen ısı miktarına motoru çalıştırır ve ısı güç makinesinin çalışması A oranıdır:

η = A / S = _(Q1 - _Q2) / Q ₁ = 1 - _Q2 / _Q1.

(1824) "ateşin hareket gücü ve bu gücü geliştirmek edebiliyoruz makinelerde Düşünceler" in adı altında bir Carnot ısı motoru açıklanan "bir çalışma organıdır ideal gaz, ideal ısı motoru." Nedeniyle bir sıcaklık T ₁ olan ısı motoru ısıtıcı ile verimliliği (mümkün olan _maksimum), ve bir sıcaklık _T2 sahip olan bir buzdolabı hesaplayabilir termodinamik _yasalarına. Carnot ısı motoru verimi geçerli:

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

Sadi Karno sıcaklığı T _1, bir ısıtıcı ve bir _T2 sıcaklığında kondansatör ile çalışan bir istenen termal gerçek makine, ısı motoru (ideal) etkinliğini aşacağı etkinliği olması mümkün olmadığını gösterdi.

İçten yanmalı motor (ICE)

Dört zamanlı içten yanmalı motor, bir ya da daha fazla silindir, bir piston, bir krank mekanizması, emme ve egzoz supapları, kıvılcım içerir.

çalışma döngüsü dört zamanlı oluşur:

1) emme - yanıcı karışım silindire valf geçer;
2) Renk - her iki vana kapalı;
3) ekseni - yanıcı karışımın patlayıcı yanma;
4) Egzos - atmosfere egzoz gazlarını serbest bırakmak.

buhar türbini

Buhar türbini enerji dönüşümü nedeniyle giriş ve çıkışındaki su buhar basıncı farkına oluşur.
modern buhar türbinlerinin güç 1,300 MW ulaşır.

buhar türbini 1.200 MW Bazı teknik parametreler

• Buhar basıncı (taze) - 23.5 MPa.
• Buhar sıcaklığı - 540 ° C
• Buhar akımı türbini - 3600 m / s.
• Rotor hızı - 3000 devir / dakika.
• 3.6 kPa - kondansatör içinde buhar basıncı.
• Türbin uzunluğu - 47.9 m.
• Kütle türbini -, 1900 m.

Termal makinesi, bir hava kompresörü, yanma odası, gaz türbini içerir. İŞLEM: sıcaklığı 200 ° C veya daha yükseltilir, böylece adiyabatik hava kompresörü içine emilmektedir. Daha sonra, sıkıştırılmış hava gaz fotojenik akaryakıt - yüksek basınç aynı anda sıvı yakıt tedarik yanma odasına girer. 1500-2000 ° C'lik bir sıcaklığa ısıtılmış hava yakıtın yanması sırasında, genişler ve hızını arttırmaktadır. Hava, yüksek bir hızda hareket eder, ve de yanma ürünleri türbinine yönlendirilir. aşama türbin bıçaklarına aşamasından geçişten sonra kinetik enerji verir. türbin tarafından alınan enerji parçası kompresör dönme olduğu; geri kalan kısmı, jeneratör rotoru rotor uçak veya bir deniz aracı, bir araç tekerleğine tüketilir.

Gaz türbini bir jet motoru olarak, dönme düzlemine ve geminin taşıt tekerlekleri veya pervaneleri yanında kullanılabilir. Hava ve yanma gazlarının gaz türbini yüksek hızda dışarı çıkmaktadır, bu nedenle bu süreçte ortaya çıkan püskürtme baskı uçak (uçak) ve su (gemi) gemi, demiryolu taşımacılığını hareket ettirmek için kullanılabilmektedir. Örneğin, turboprop motorlar düzlemleri AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "rüya") sahiptir. Böylece, 700-850 km / saat uçuş hızında "Rüya" neredeyse 15.000 kilometrelik bir mesafe üzerinden kargo 250 ton taşıma kapasitesine sahiptir. Bu dünyanın en büyük nakliye uçağıdır.

Termal makinelerin Çevresel sorunlar

iklim üzerinde büyük etkisi, atmosfer şartları, karbon dioksit ve su buharı, özellikle varlığıdır. Bu durumda, karbondioksit içeriği değişim, karbon dioksit yer alana ısının bir kısmını absorbe ettiği sera etkisi bir artış veya azalma, yol açar, atmosfer artar ve bu şekilde üst yüzey sıcaklığı ve düşük atmosfer gecikmeler. sera etkisinin fenomen iklim azaltma önemli bir rol oynar. onun yokluğunda, gezegen ortalama sıcaklığı ° C + 15 ve alt 30-40 ° C olmaz

dünyadaki tüm hava kirliliğinin yarısından fazlasını oluşturmak taşıtların 300 milyondan fazla değişik tipleri, şimdi vardır.

Yakıtın yanması termal güç atmosfere 1 yıldan fazla kükürt oksitlerin 150 milyon ton, 50 milyon ton ayrılan azot oksit, kül 50 milyon ton, karbon monoksit, 200 milyon ton, 3 milyon ton Feona.

atmosfer bileşimi ultraviyole ışınlarının zararlı etkilerinden yeryüzündeki tüm yaşamı koruyan ozon içerir. . 1982 yılında John Farman, İngiliz kaşif, Antarktika ozon deliği üzerinde keşfedildi - atmosferdeki ozon içeriklerin geçici azalma. ozon deliği 7 Ekim 1987 zirvesinde içinde ozon miktarı 2 kat azalmıştır. Ozon deliği muhtemelen ozon tabakasını yok klor içeren freonlar (CFC), sektöründe kullanımı dahil olmak üzere insan kaynaklı faktörler, kaynaklanmıştır. Ancak, 1990 çalışma. bu görüşü teyit edilmedi. Büyük olasılıkla, ozon deliği ortaya çıkması insan faaliyetleri ile ilgili değildir ve doğal bir süreçtir. 1992 yılında, ozon deliği Kuzey Kutbu'ndaki keşfedildi.

her türlü hava, ozon tabakası Earth yüzeyinde toplanması ve normal atmosfer basıncında 0 ° C arasındaki bir sıcaklıkta bir hava yoğunluğuna kalınlaştırmak için ise, ozon kalkan kalınlığı yalnızca 2-3 mm! İşte tüm kalkan.

Biraz tarih ...

• Temmuz 1769. Paris Meudon parkı askeri metre birkaç onlarca sürdü, iki silindirli buhar motoru ile donatılmıştı "Yangın vagon", NZ Kyunyo mühendisi.
• 1885. Karl Benz, Alman mühendis, 29 Ocak 1886 patentini aldı 0,66 kW ilk dört tekerlekli bir benzin araba Motorwagen gücü, inşa ettiler. Makine hızı 15-18 km / s idi.
• 1891. Gottlieb Daimler, Alman mucit, imal arabası arabanın gücü 2.9 kW (4 beygir gücündeki) sürücü. maksimum hız , aracın 10 km / s hıza ulaştığında, farklı modellerde kapasitesi 2 ila 5 ton arasındadır.
• 1899. İlk kez arabasına, "Jamet Contant" ( "tatmin asla") Belçika K. Zhenattsi 100 kilometrelik hat hızını geçti.

sorunların çözümü örnekleri

100 ° C - Isıtıcı ideal bir ısı motorunun sıcaklığında 1 sorun K ve buzdolabı sıcaklığı 2000 eşittir etkinliğini incelemek.

çözüm:
bir ısı motoru (maksimum) etkinliğini belirleyen bir formül:

n = _{T1 T2 1} / _T.
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

C: motor verimi -% 81.

Sorun 2. ısı, ısı motoru 200 kJ yakıtın yanması sureti ile elde edilen ve 120 kJ ısı soğutucu aktarılmıştır. motorun verimi nedir?

çözüm:
verimin saptanması için, formül biçimde olabilir:

n = S1 - Q2 / S1.
N = (2 x 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0.4.

C: motorun termal verimini -% 40.

1.6 MJ ısı miktarda bir ısıtıcıdan çalışma sıvısı işlemi 400 kJ yapıldığında, ısı motoru verimi ne sorun 3.? Buzdolabının nakledildi ısı miktarı nedir?

çözüm:
Verim, aşağıdaki formül ile tespit edilebilir

H = A / S _1.

n = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25.

İletilen soğutma ısı miktarı aşağıdaki formül ile tespit edilebilir

S - ₁ = _Q2.
Q2 = 1.6 · 10 ⁶ J - 0.4 · 10 ^6, J = 1.2 · 10 ⁶ J.
C: ısı motoru% 25 bir etkinliğe sahiptir; buzdolabı transfer edilen ısının miktarı, - 1.2 · 10 ⁶ J.