Жылу қозғалтқыштардың тиімділігі. жылу қозғалтқыштың тиімділігі - Формула

Қазіргі заманғы шындығы жылу қозғалтқыштары кең операция талап етеді. сәтсіздікке ұшырайтын, ал электр моторларын оларды ауыстыру көптеген әрекеттері. автономды жүйелерінде қуаты жинақтау байланысты проблемалар, үлкен қиындықпен шешіледі.

олардың ұзақ мерзімді пайдалануға негізделген электр батарея технологиясын өндіру әлі тиісті проблемалар. Электр көлік құралдарының жылдамдығы сипаттамалары алыс автомобильдер, іштен жану қозғалтқыштарының сол болып табылады.

гибридті қозғалтқыштар құруға алғашқы қадамдар айтарлықтай экологиялық проблемаларды шешу, қалалық аудандарда зиянды шығарындыларын азайтуға болады.

Кішкентай тарихы

кинетикалық энергиясына бу энергиясын түрлендіру мүмкіндігі көне заманнан бері белгілі болды. 130 BC: - eolipil философиясы Geron Aleksandriysky аудитория бу ойыншық сыйлады. бумен толтырылған саласы, оның ұшақ туындайтын әсерінен айналу келді. өтінім берген кезде заманауи бу турбина Бұл прототипі табылған жоқ.

көптеген жылдар және ғасырдағы философ дамыту үшін бұл жай ғана көңілді ойыншық саналған. 1629 жылы итальяндық D. Branca белсенді турбинаны құрылды. Жұптар диск жүздер жабдықталған қозғалыс орнатылған.

Сол сәттен бастап бу қозғалтқыштардың қарқынды дамуын бастады.

жылу қозғалтқышы

трансформациясы ішкі энергиясының пайдаланылатын машина бөлшектері мен механизмдерінің қозғалыс энергиясына отын жылу қозғалтқыштардың.

машиналарының негізгі бөліктері: жылытқыш (сыртынан энергиясын қабылдау жүйесі), жұмыс органы (пайдалы әсер орындайды), тоңазытқыш.

жылытқыш пайдалы жұмыс істеу үшін ішкі энергиясының жеткілікті қорын жинақтауға жұмыс сұйықтықтың арналған. Тоңазытқыш артық энергиясын алып кетеді.

тиімділігін негізгі сипаттамасы жылу қозғалтқыштардың тиімділігі деп аталады. Бұл саны қандай пайдалы жұмысты орындауға жұмсалған жылыту энергия жұмсалатын бөлігін көрсетеді. жоғары тиімділігі, машинаның тиімді пайдалану, бірақ бұл мәні 100% аспауы тиіс.

тиімділігін есептеу

жылытқыш сыртқы Q ₁ тең энергиясын сатып алынған _{болсын.} Құралдар орган жасалған жұмыс А, энергетикалық тоңазытқыш берілді, ал Q _{2 болды.}

анықтауға негізделген, біз тиімділігі мәні есептеу:

η = A / Q _1. Біз A = Q ₁ - пайымдауынша, Q _2.

Сондықтан жылу қозғалтқыштың тиімділігі, η = (Q ₁ - Q _2), онда берілген формуласы / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, мынадай қорытынды жасауға мүмкіндік береді:

• Тиімділігі 1 (немесе 100%) аспауы тиіс;
• Бұл санын арттыру қыздырғыштан алынған энергетика, немесе энергия берілген тоңазытқыштың азаюына немесе ұлғайту керек;
• жылытқыш қуатын арттыру отын сапасының өзгеруі жету;
• , Энергияны азайту тоңазытқыш береді, қозғалтқыштар жобалау мүмкіндіктерін қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Идеалды жылу қозғалтқышы

мұндай қозғалтқыштың құру тиімділігі (- 100% тең керемет) барынша болар еді, мүмкін бе? Француз физигі және талантты инженер Сади Карно тырысты осы сұраққа жауап таба. 1824 жылы газдар жатқан процестер туралы, оның теориялық есептеулер босатылды.

тамаша машинада айналдыруы негізгі идеясы тамаша газбен мінез-қайтымды процестер деп санауға болады. температура Т ₁ газ isothermally кеңейту бастай _{отырып.} Осы мақсат үшін қажетті жылу мөлшері, - Q _1. кейін жылу кеңейту жоқ газ (Адиабаталық процесс). температура T ₂ жеткеннен _кейін, газ тоңазытқыш энергетикалық Q ₂ өтіп isothermally _{сығылады.} оның бастапқы күйіне газ қайтару Адиабаталық адресінен жүзеге асырылады.

дәл есептеу бар тамаша Карно жылу қозғалтқыштың тиімділігі жылытқыштар бар температурасына дейін қыздыру және салқындату құрылғысына температура арасындағы айырмашылық қатынасы болып табылады. Бұл ұқсайды: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

формуласы нысанын бар машина, ықтимал жылу тиімділігі: η = 1 - T ₂ / T _1, тек қыздырғыш құны мен салқын температура байланысты және 100% артық болуы мүмкін емес.

Сонымен қатар, осы қарым-қатынас жылу қозғалтқыштардың тиімділігі кезде ғана тоңазытқыш бірлігіне тең болуы мүмкін дәлелдеуге мүмкіндік береді абсолютті нөлдік температура. Белгілі болғандай, бұл мән жетпес болып табылады.

Теориялық есептеулер кез келген дизайн жылу қозғалтқыштың барынша тиімділігін анықтауға мүмкіндік береді Карно.

төмендегідей дәлелденген Карно теоремасы болып табылады. тамаша жылу қозғалтқышы тиімділігін айымен салыстырғанда жоғары тиімділігі бар қабілетті ешқандай жағдайларда ерікті жылу қозғалтқышы.

проблемаларды шешу мысал

МЫСАЛ Жылытқыш температурасы 800 С және төмен тоңазытқыш 500 ^С температура болғанда мінсіз жылу қозғалтқыштың 1. Қандай тиімділігі,?

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

шешім:

анықтау бойынша: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

: _Демек, - Біз тоңазытқыштың температурасын ескере отырып, бірақ Т = (T ₂ T ₁₎ жоқ,

η = Т / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Жауап: тиімділігі = 46%.

. 400 K - байланысты энергетикалық сатып алынған бір килоджоуль қыздырғыш температурасын салқындату, егер жылу қозғалтқыштың қыздырғыш температурасы қандай пайдалы жұмыс 650 Дж орындалған болса Мысал 2. мінсіз жылу қозғалтқыштың тиімділігін анықтау?

Q ₁ = 1 кДж = 1000 Дж A = 650 Дж, T ₂ = 400 K, η - ?, Т ₁ =?

шешім:

Бұл міндетке, бұл жылу орнату болып табылады, тиімділігі формула бойынша есептеуге болады:

η = A / Q _1.

мінсіз жылу қозғалтқыштың формуласы тиімділігін пайдалана отырып, қыздырғыш температурасын анықтау үшін:

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

математикалық түрлендірулер орындау, біз алуға:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (/ Q ₁ 1- _A).

Біз есептеу:

η = 650 Дж / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 Дж / 1000 J) = 1142.8 K.

Жауап: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

нақты шарттары

тамаша процестермен арналған тамаша жылу қозғалтқышы. жұмыс тек изотермиялық процестер жүзеге асырылады, ол Карно циклі кестесі шектелген аймағында ретінде анықталады.

Шын мәнінде, процесінде газ мәртебесі өзгерістер ағынының үшін жағдай жасау, температура өзгерістер ілеспе жоқ болуы мүмкін емес. қоршаған заттармен жылу алмасуды болдырмайтын жоқ осындай материалдар. Адиабаталық процесс жүзеге асыру мүмкін емес болып отыр. жылу алмасу газ температура жағдайда міндетті өзгерту керек.

нақты жағдайларда құрылған жылу машиналар тиімділігі қозғалтқыштардың идеалды тиімділігін айтарлықтай өзгеше. нақты қозғалтқыштарда процестердің ағыны оның көлемін өзгерту процесінде жұмыс заттың ішкі жылу энергиясын вариация жылу жылытқыштар саны және салқын қайтару ағыны арқылы өтелуі мүмкін емес, сондықтан тез жүреді екенін ескеріңіз.

Басқа жылу қозғалтқыштар

Жылжымайтын қозғалтқыштар түрлі циклдар бойынша жұмыс істейді:

• тұйық контур жасау Адиабаталық өзгеруіне Отто циклы тұрақты көлемі процесі;
• Дизель циклы изобар, Адиабаталық, isochore, Адиабаталық;
• газ-турбиналық: процесс тұрақты қысым кезінде пайда болатын, Адиабаталық ілмектер жабады ауыстырды.

қазіргі заманғы технологиялар бойынша (жақын идеалға оларды келтіру) нақты қозғалтқыштарда тепе-теңдік процестер жасау мүмкін емес. жылу қозғалтқыштардың тиімділігі тіпті тамаша қызу параметрі сияқты бірдей температура жағдайында отырып, айтарлықтай төмен болып табылады.

Бірақ ол рөлі есептеу формуласы тиімділігін азайту қажет емес , Карно циклінің ол сондай-ақ, ол нақты қозғалтқыштар тиімділігін арттыру процесінде нүктесі болып.

тиімділігін өзгерту жолдары

тамаша және нақты жылу қозғалтқыштардың салыстыру арқылы, тоңазытқышта соңғы температурасы еркін бола алмайды атап өткен жөн. Әдетте тоңазытқыш атмосфера деп ойлаймын. атмосфераға болады тек шамамен есептеулер температурасын түсіру үшін. Тәжірибесі, ол (ДВС сияқты қысқартылған) іштен жану қозғалтқыштарының жүреді ретінде температура салқындату сұйықтарын, қозғалтқыштарда пайдаланылған газ екенін көрсетеді.

ДАО - жылу қозғалтқыштың біздің әлемде ең көп таралған. Бұл жағдайда тиімділігі жылу мотор отынын жағу арқылы жасалған температурасына байланысты. ДАО бу қозғалтқыштардың эфир айырмашылық әуе-отын қоспасын термоядролық жылытқыш функциялары және операциялық құрылғы орган болып табылады. Burning қоспасы қозғалтқыш қозғалатын бөліктерінде қысым жасайды.

жұмыс газ температурасын арттыру айтарлықтай отын қасиеттерін өзгерту, қол жеткізуге болады. Өкінішке орай, ол шексіз істеу мүмкін емес. қозғалтқыш жану камерасының құрылысы Кез келген материал, оның балқу нүктесі бар. Мұндай материалдарды термиялық төзімділігі - қозғалтқыштың негізгі сипаттамасы, сондай-ақ айтарлықтай тиімділігін әсер етуі.

Мәндер қозғалтқыш тиімділігі

біз қарастыратын болсақ бу турбиналары, 800 K тең жұмыс бу су құятын және пайдаланылған газдың температурасы - 300 K, машинаның ПӘК 62% тең. Шындығында, алайда, бұл мән 40% -дан аспайды. Бұл төмендеу турбина тұрғын үй жылыту кезінде шығынға қыздыру салдарынан орын алады.

іштен жану қозғалтқыштарының тиімділігін ең жоғары құндылығы 44% -дан аспайды. Бұл мәнді арттыру - жақын болашақтың сұрақ. , Материалдардың қасиеттерін өзгерту отын - бұл адамзаттың үздік ақылдары жұмыс істейтін үстінен проблема болып табылады.