Hiệu quả của động cơ nhiệt. Hiệu quả của một động cơ nhiệt - Formula

thực hiện đại đòi hỏi động cơ nhiệt hoạt động rộng. Nhiều nỗ lực để thay thế chúng với động cơ điện khi trải qua thất bại. Những vấn đề liên quan đến sự tích tụ của sức mạnh trong các hệ thống tự trị, được giải quyết rất khó khăn.

Tuy nhiên vấn đề có liên quan của công nghệ chế tạo pin năng lượng dựa trên sử dụng lâu dài của họ. đặc điểm tốc độ của xe điện đang ở xa những người trong xe hơi, động cơ đốt trong.

Các bước đầu tiên trong việc tạo ra động cơ hybrid có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại tại khu vực đô thị, giải quyết vấn đề môi trường.

Một chút lịch sử

Khả năng chuyển đổi năng lượng của hơi nước thành năng lượng động học đã được biết đến từ thời cổ đại. 130 BC: Triết Geron Aleksandriysky trình bày cho món đồ chơi khán giả hơi - eolipil. Sphere đầy hơi, đi vào vòng xoay dưới ảnh hưởng phát ra từ máy bay phản lực của mình. Nguyên mẫu này của tuabin hơi nước hiện đại tại thời điểm nộp đơn là không tìm thấy.

Trong nhiều năm phát triển và nhà triết học thế kỷ nó đã được coi chỉ là một món đồ chơi vui vẻ. Năm 1629 Ý D. Branca đã tạo ra một tuabin chủ động. Cặp vợ chồng đặt trong chuyển động đĩa cung cấp với lưỡi.

Từ khoảnh khắc đó bắt đầu sự phát triển nhanh chóng của động cơ hơi nước.

động cơ nhiệt

Sự biến đổi của năng lượng bên trong của nhiên liệu thành năng lượng của chuyển động của các bộ phận máy và cơ chế sử dụng trong động cơ nhiệt.

bộ phận chính của máy: một nóng (hệ thống nhận năng lượng từ bên ngoài), cơ quan làm việc (thực hiện một tác dụng có lợi), tủ lạnh.

Các máy sưởi được thiết kế cho chất lỏng làm việc để tích lũy đủ cổ phiếu của năng lượng nội bộ cho công việc hữu ích. Tủ lạnh lấy đi năng lượng dư thừa.

Đặc điểm chính của hiệu quả được gọi là hiệu quả của động cơ nhiệt. số lượng này cho thấy những gì một phần của năng lượng tiêu hao trong nóng bỏ ra để thực hiện công việc hữu ích. Càng cao hiệu quả, hoạt động thuận lợi của máy, nhưng giá trị này không được vượt quá 100%.

Tính toán hiệu quả

Hãy nóng bên ngoài mua năng lượng tương đương với Q _1. Công cụ cơ thể cam kết làm việc A, trong khi tủ lạnh cho năng lượng là Q _2.

Dựa trên việc xác định, chúng ta tính giá trị hiệu quả:

η = A / Q _1. Chúng tôi giả định rằng A = Q ₁ - Q _2.

Do đó hiệu quả của động cơ nhiệt, công thức trong đó được cho bởi η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, cho phép các kết luận sau:

• Hiệu quả không thể vượt quá 1 (hoặc 100%);
• để tối đa hóa số lượng này phải tăng hoặc năng lượng thu được từ một lò sưởi, hay giảm năng lượng cho tủ lạnh;
• tăng sức mạnh nóng đạt được một sự thay đổi về chất lượng nhiên liệu;
• giảm năng lượng, cung cấp cho các tủ lạnh, cho phép để đạt được các tính năng thiết kế của động cơ.

Một động cơ nhiệt lý tưởng

Là việc tạo ra một động cơ như vậy càng tốt, hiệu quả trong số đó sẽ là tối đa (trong một lý tưởng - tương đương với 100%)? Tìm câu trả lời cho câu hỏi này đã cố gắng để nhà vật lý người Pháp và một kỹ sư tài năng Sadi Carnot. Năm 1824 các tính toán lý thuyết của ông về các quá trình xảy ra trong khí đã được phát hành.

Ý tưởng cơ bản thể hiện trong máy lý tưởng có thể được coi là quá trình đảo ngược tiến hành với khí lý tưởng. Bắt đầu với sự bành trướng của isothermally khí ở nhiệt độ T _1. Lượng nhiệt cần thiết cho mục đích này, - Q _1. Sau khí mà không cần mở rộng nhiệt (một quá trình đoạn nhiệt). Sau khi đạt nhiệt độ T _2, khí được nén isothermally bằng cách truyền năng lượng tủ lạnh Q _2. khí quay trở lại tình trạng ban đầu của nó được thực hiện đoạn nhiệt.

Hiệu quả của một động cơ nhiệt Carnot lý tưởng với việc tính toán chính xác là tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt và thiết bị làm mát đến nhiệt độ, trong đó có một lò sưởi. Nó trông giống như thế này: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Hiệu suất nhiệt tốt của máy, mà công thức có dạng: η = 1 - T ₂ / T _1, chỉ phụ thuộc vào giá trị của nhiệt độ nóng và lạnh và không thể lớn hơn 100%.

Hơn nữa, mối quan hệ này cho phép một để chứng minh rằng hiệu quả của động cơ nhiệt có thể được tính bằng sự hiệp nhất chỉ khi tủ lạnh tuyệt đối không nhiệt độ. Như được biết, giá trị này là không thể đạt.

tính toán lý thuyết Carnot cho phép để xác định hiệu quả tối đa của một động cơ nhiệt của bất kỳ thiết kế.

định lý đã được chứng minh Carnot là như sau. động cơ nhiệt độc đoán trong mọi trường hợp có thể có hiệu quả cao hơn so với cùng một giá trị của một hiệu suất động cơ nhiệt lý tưởng.

Một ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1. gì hiệu quả của một động cơ nhiệt lý tưởng, khi nhiệt độ nóng là 800 C và nhiệt độ ^của tủ lạnh 500 ^C dưới đây?

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

giải pháp:

Theo định nghĩa: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Chúng tôi không được nhiệt độ của tủ lạnh, nhưng ΔT = (T ₁ - T _2), do đó:

η = ΔT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0,46.

Trả lời: hiệu quả = 46%.

Ví dụ 2. Xác định hiệu quả của một động cơ nhiệt lý tưởng, nếu do năng lượng đã mua một kJ nóng thực hiện công việc hữu ích 650 J. nhiệt độ của nóng của động cơ nhiệt nếu nhiệt độ nước làm mát là gì -. 400 K?

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

giải pháp:

Trong nhiệm vụ này, nó là một cài đặt nhiệt, hiệu quả có thể được tính theo công thức:

η = A / Q _1.

Để xác định nhiệt độ của lò sưởi sử dụng hiệu quả công thức của một động cơ nhiệt lý tưởng:

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

Thực hiện biến đổi toán học, ta có:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Chúng tôi tính toán:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Trả lời: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

điều kiện thực tế

Một động cơ nhiệt lý tưởng được thiết kế với các quá trình lý tưởng. Công việc được thực hiện chỉ trong các quá trình đẳng nhiệt, nó được định nghĩa là khu vực giới hạn bởi đồ thị của chu trình Carnot.

Trong thực tế, để tạo điều kiện cho dòng chảy của tình trạng thay đổi khí trong quá trình này, mà không kèm theo những thay đổi về nhiệt độ không thể được. Không có vật liệu như vậy, đó sẽ loại trừ việc trao đổi nhiệt với các đối tượng xung quanh. Quá trình đoạn nhiệt trở nên bất khả thi để thực hiện. Trong trường hợp nhiệt độ khí trao đổi nhiệt nhất thiết phải thay đổi.

Hiệu quả của máy nhiệt tạo ra trong điều kiện thực tế khác biệt đáng kể hiệu quả lý tưởng của động cơ. Lưu ý rằng dòng chảy của các quá trình trong công cụ thực xảy ra quá nhanh đến nỗi các biến thể của năng lượng nhiệt bên trong của chất làm việc trong quá trình thay đổi khối lượng của nó không thể được bù đắp bằng dòng lượng nhiệt của một lò sưởi và quay trở lại mát.

động cơ nhiệt khác

động cơ Bất động hoạt động trên các chu kỳ khác nhau:

• chu kỳ Otto quá trình tích không đổi với sự thay đổi đoạn nhiệt, tạo ra một vòng khép kín;
• Diesel chu kỳ Isobar, đoạn nhiệt, isochore, đoạn nhiệt;
• một tua-bin khí: quá trình xảy ra ở áp suất không đổi, đoạn nhiệt thay thế đóng vòng lặp.

Tạo một quá trình cân bằng trong công cụ thực (để mang lại cho họ gần gũi hơn với các lý tưởng) trong công nghệ hiện đại là không thể. Hiệu quả của động cơ nhiệt là thấp hơn đáng kể, ngay cả với các điều kiện nhiệt độ tương tự như trong môi trường nhiệt lý tưởng.

Nhưng nó không phải là cần thiết để làm giảm hiệu quả công thức vai trò tính toán của chu trình Carnot, như nó có, nó trở thành một điểm tham chiếu trong quá trình để nâng cao hiệu quả của động cơ thực sự.

Cách để thay đổi hiệu quả

Qua so sánh các động cơ nhiệt lý tưởng và thực tế, cần lưu ý rằng nhiệt độ cuối cùng của tủ lạnh không thể tùy tiện. Thông thường tủ lạnh tin bầu khí quyển. Chịu nhiệt độ của khí quyển có thể tính toán chỉ gần đúng. Kinh nghiệm cho thấy nhiệt độ nước làm mát là loại khí thải trong công cụ, vì nó xảy ra trong động cơ đốt trong (viết tắt là DVS).

DIC - phổ biến nhất trên thế giới của chúng ta về động cơ nhiệt. động cơ nhiệt hiệu quả trong trường hợp này phụ thuộc vào nhiệt độ được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu. Sự khác biệt chủ yếu từ động cơ hơi nước DIC là chức năng nóng fusion và thân thiết bị hoạt động trong một hỗn hợp không khí-nhiên liệu. Đốt hỗn hợp tạo ra áp lực đối với các bộ phận chuyển động của động cơ.

Tăng nhiệt độ khí làm việc được thực hiện, thay đổi đáng kể các tính chất của nhiên liệu. Thật không may, nó không thể làm mà không có giới hạn. Bất kỳ vật liệu xây dựng của buồng động cơ đốt trong có nhiệt độ nóng chảy của nó. Cuộc kháng nhiệt của vật liệu như vậy - những đặc trưng cơ bản của động cơ, cũng như ảnh hưởng đáng kể hiệu quả.

hiệu quả các giá trị cơ

Nếu chúng ta xem xét các tuabin hơi nước, nhiệt độ của đầu vào hơi nước làm việc tương đương với 800 K, và khí thải - 300 K, hiệu quả của máy tương đương với 62%. Trên thực tế, tuy nhiên, giá trị này không vượt quá 40%. Mức giảm này xảy ra do sự mất nhiệt trong nhà tuabin sưởi ấm.

Giá trị cao nhất của tính hiệu quả của động cơ đốt trong không vượt quá 44%. Tăng giá trị này - vấn đề tương lai gần. Thay đổi các thuộc tính của vật liệu, nhiên liệu - đây là một vấn đề trên mà sử dụng tâm trí tốt nhất của nhân loại.