Ефективността на топлинните машини. Ефективността на топлинен двигател - Формула

Съвременните реалности изискват топлинните машини широка операция. Многобройни опити да ги заменят с електрически двигатели, докато са на провал. Проблемите, свързани с натрупването на власт в автономни системи, се решават с голяма трудност.

Все още актуални проблеми на производството на електрическа енергия на батерията на базата на тяхната дългосрочна употреба. Скоростни характеристики на електрическите превозни средства са далеч от тези в автомобили, двигатели с вътрешно горене.

Първите стъпки в създаването на хибридни двигатели може значително да намали вредните емисии в градски райони, решаване на екологични проблеми.

Малко история

Възможността за преобразуване на енергия от пара в кинетична енергия е позната още от древността. 130 г. пр.н.е.: Философ Герон Aleksandriysky представен на играчката на публиката пара - eolipil. Sphere изпълнена с пара, влезе в ротация под влиянието излъчвана от нея струи. Този прототип на съвременния парната турбина, в момента на подаване на заявлението не е намерен.

В продължение на много години и развитие век философ беше сметнато просто забавна играчка. През 1629 италианската Г. Бранка създаден инициативен турбина. Двойките са приведени в движение диска снабден с остриета.

От този момент започва бързото развитие на парни двигатели.

топлинен двигател

Превръщането на вътрешната енергия на горивото в енергията на движение на машинни части и механизми, използвани в топлинни двигатели.

Основни части на машини: нагревател (система получаване на енергия от чужбина), работното тяло (изпълнява благоприятен ефект), хладилник.

Нагревателят е предназначен за работния флуид да се натрупват достатъчно запас на вътрешната енергия за полезна работа. Хладилник отнема излишната енергия.

Основната характеристика на ефективност се нарича ефективността на топлинните машини. Това количество показва каква част от изразходваната енергия в отопление на отработено за извършване на полезна работа. Колкото по-висока ефективност, по-изгодна работа на машината, но тази стойност не може да надхвърля 100%.

Изчисление на ефективност

Нека нагревател са придобити отвън енергия, равна на Q _1. Инструменти тяло извършил работа A, докато енергия даден хладилника беше Q _2.

Въз основа на установена, ние изчисляваме стойност на ефективността:

η = A / Q _1. Ние приемаме, че A = Q ₁ - Q _2.

Затова ефективността на топлинния двигател, формулата на която е даден от η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, дава следните заключения:

• Ефективност не може да надвишава 1 (или 100%);
• за максимизиране това количество трябва да се увеличи или в енергия, получена от нагревател, или намаляване на енергия даден хладилник;
• увеличаване на мощността на нагревателя се постигне промяна на качеството на горивото;
• намаляване на енергия, дава хладилника, позволява да се постигне проектните характеристики на двигателите.

Идеално топлинен двигател

Възможно ли е създаването на такъв двигател, чиято ефективност ще бъде максимум (в идеална - равна на 100%)? Намери отговора на този въпрос се опита да френски физик и талантлив инженер Сади Карно. През 1824 година бяха освободени теоретични изчисления за процесите, протичащи в газовете.

Основната идея, въплътена в идеалната машина може да се счита за поведение обратими процеси с идеален газ. Като се започне с разширяване на изотермично газ при температура _Т1. Количеството топлина, необходима за тази цел, - Q _1. След газ, без да се разширява топлина (адиабатен процес). След достигане на температура _Т2, газът се компресира изотермично чрез преминаване на хладилник енергия Q _2. връщане на газ в първоначалното му състояние се извършва адиабатно.

Ефективността на идеалната Карно топлинен двигател с точното изчисление е съотношението на температурната разлика между нагряването и охлаждащото устройство до температура, която е с нагревател. Изглежда, че това: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Възможна температурната ефективност на машината, която има формата формула: η = 1 - _Т2 / T _1, зависи само от стойността на нагревател и охладител температури и не може да бъде по-голяма от 100%.

Нещо повече, тази връзка дава възможност на човека да докаже, че ефективността на топлинните машини може да бъде равно на единство, само когато хладилник на абсолютната нула температура. Както е известно, тази стойност е недостижим.

Теоретичните изчисления Карно позволяват да се определи максимална ефективност на двигател с вътрешно горене на всеки дизайн.

теорема Доказан Карно е както следва. Произволен топлинен двигател при никакви обстоятелства не могат да имат ефективност по-висока от едни и същи стойности на идеална топлинна ефективност на двигателя.

Един пример за решаване на проблеми

Пример 1. Какво ефективност на идеалната топлина на двигателя, когато температурата на нагревателя е 800 ° С и ^{температурата} на хладилника 500 ^C-долу?

_Т1 = 800 ^{° C} = 1073 К, АТ = 500 ^{° C} = 500 К, η -?

решение:

По дефиниция: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Не беше дадена температура на хладилника, но АТ = (T ₁ - T _2), съответно:

η = АТ / T ₁ = 500K / 1073 К = 0,46.

Отговор: ефективност = 46%.

Пример 2. Определяне на ефективността на идеален топлинен двигател, ако се дължи на енергията, придобит един килоджаула нагревател извършва полезна работа 650 J. Каква е температурата на нагревателя на топлина, ако температурата на охлаждащата течност. - 400 K?

Q ₁ = 1 кДж = 1000 J А = 650 J, _Т2 = 400 К, η - ?, T ₁ =?

решение:

В тази задача, е топлинна инсталация, ефективността на което може да се изчисли по формулата:

η = A / Q _1.

За да се определи температурата на нагревателя се използва формулата на ефективност на идеалната топлина на двигателя:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - _Т2 / T _1.

Извършване математически преобразувания, получаваме:

_Т1 = _Т2 / (1- η).

_Т1 = _Т2 / (1- A / Q _1).

Изчисляваме:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

Т = 400 К ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 К.

Отговор: η = 65%, T ₁ = 1142,8 К.

действителните условия

Идеално топлинен двигател проектиран с идеалните процеси. Работата се извършва само в изотермични процеси, се дефинира като областта, ограничена от графиката на цикъл на Карно.

Всъщност, за да се създадат условия за протичането на промени в състоянието на газ в процеса, без да са придружени промени в температурата не може да бъде. Не са такива материали, които да изключват обмена на топлина с околните обекти. Адиабатно процес става невъзможно да се извърши. В случай на температура топлообмен газ трябва задължително да се промени.

Ефективността на термични машини, създадени в реални условия се различават значително от идеалния ефективността на двигателите. Имайте предвид, че потокът на процесите в реални двигатели се случва толкова бързо, че промяната на вътрешния топлинна енергия на работното вещество в процеса на промяна на обема му не може да се компенсира от притока на топлина количество нагревател и охладител замяна.

Други топлинни двигатели

Реални двигатели работят на различни цикли:

• цикъл на Ото процес постоянен обем с адиабатно промяна, създаване на затворен контур;
• Дизел изобар цикъл, адиабатно, isochore, адиабатно;
• газова турбина: процес срещащи се при постоянно налягане, адиабатно заменя затваря веригата.

Създаване на равновесие процеси в реални двигатели (да им донесе по-близо до идеала) в модерните технологии не е възможно. Ефективност на топлинните машини е значително по-ниска, дори и с една и съща температура условия като в настройката за идеален топлина.

Но не е необходимо да се намали ефективността формула за изчисление роля на цикъла на Карно, тъй като тя е, тя се превръща в отправна точка в процеса, за да се подобри ефективността на истинските двигатели.

Начини за промяна на ефективност

Чрез сравняване на идеални и действителни топлинни двигатели, трябва да се отбележи, че последното температурата на хладилника не може да бъде произволно. Обикновено хладилник вярвам в атмосферата. За да се вземе на температурата на атмосферата може само приблизителни изчисления. Опитът показва, че температурата на охлаждащата течност е отработен газ в двигатели, като това се случва в двигатели с вътрешно горене (съкратено DVS).

DIC - най-често в нашия свят на топлинен двигател. Ефективност топлинен двигател в този случай зависи от температурата, създаден от изгаряне на гориво. Съществената разлика от парни машини DIC е функциите на слети нагревател и работи тялото на устройството в смес въздух-гориво. Изгарянето смес създава налягане върху движещите се части на двигателя.

Повишаването на температурата на работния газ се постига значително се променя свойствата на горивото. За съжаление, не е възможно да се направи без лимит. Всеки материал за изграждане на горивната камера на двигателя има точка на топене. Термичното съпротивление на такива материали - основната характеристика на двигателя, както и да оказват съществено влияние върху ефективността.

ефективност Стойностите на двигателя

Ако разгледаме турбината пара, температурата на входа на работното пара, която е равна на 800 К и отработеният газ - 300 К, ефективността на машината е равна на 62%. В действителност, обаче, тази стойност не надвишава 40%. Това намаление се дължи на загубата на топлина по време на отопление турбина жилища.

Най-високата стойност на ефективността на двигателите с вътрешно горене не надвишава 44%. Увеличаването на тази стойност - по въпроса за близкото бъдеще. Промяна на свойствата на материалите, горивата - това е проблем, върху който работят най-добрите умове на човечеството.