Účinnosť tepelných motorov. Účinnosť tepelného motora - vzorec

Moderné skutočnosti vyžadujú tepelné motory široký prevádzku. Početné pokusy nahradiť je elektromotorov zatiaľ čo podstúpi zlyhania. Problémy spojené s akumuláciou energie v autonómnych systémoch, sú riešené s veľkými ťažkosťami.

Stále aktuálne problémy z oblasti strojárenskej technológie napájanie z batérie na základe ich dlhodobé užívanie. Rýchlostné charakteristiky elektrických vozidiel sú ďaleko od tých, ktoré v autách, spaľovacích motorov.

Prvým krokom pri tvorbe hybridných motorov môže výrazne znížiť škodlivých emisií v mestských oblastiach, riešenie problémov v oblasti životného prostredia.

trocha histórie

Možnosť premeny energie pary na kinetickú energiu je známe už od staroveku. 130 BC: Philosopher Geron Aleksandriysky predložený publikum parné hračka - eolipil. Guľa naplnená parou, vstúpil do rotácie pod vplyvom vychádzajúce z jej trysiek. Tento prototyp modernej parné turbíny v čase žiadosti nebol nájdený.

Po mnoho rokov a vývoja filozof storočí to bolo považované len zábavná hračka. V roku 1629 taliansky D. Branca vytvorený proaktívne turbínu. Pary dal do pohybu disk opatrený lopatkami.

Od tej chvíle začal rýchly rozvoj parných strojov.

tepelný motor

Transformácia vnútornej energie paliva na energiu pohybu častí strojov a mechanizmov používaných v tepelných motoroch.

Hlavné časti strojov: ohrievač (systém prijíma energiu zo zeme), pracovné teleso (vykonáva priaznivý účinok), chladnička.

Ohrievač je určený pre pracovné tekutina akumulovať dostatok akcií vnútornej energie na užitočnú prácu. Chladnička odvádza prebytočnú energiu.

Hlavnou charakteristikou účinnosti sa nazýva účinnosť tepelných motorov. Toto množstvo ukazuje, aká časť energie vynaloženej na ohrev vyhorené vykonávať užitočnú prácu. Čím vyššia je účinnosť, výhodný prevádzku stroja, ale táto hodnota môže byť vyššia ako 100%.

výpočet účinnosti

Nech ohrievač externe získanej energie rovnajúce sa Q _1. Nástroje telo zaväzuje pracovať, zatiaľ čo energie vzhľadom k tomu, chladnička bola _Q2.

Na určenie, sme vypočítali hodnotu efektívnosti:

η = A / Q _1. Predpokladáme, že A = Q ₁ - Q _2.

Preto je účinnosť tepelného motora, vzorec, ktorý je daný vzťahom n = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, umožňuje tieto závery:

• Účinnosť môže byť vyššia ako 1 (alebo 100%);
• maximalizovať toto množstvo musí zvýšiť buď získanej energie z vykurovacieho telesa, alebo pokles energie daného chladničky;
• zvýšením vykurovacej energie dosiahnuť zmeny kvality pohonných hmôt;
• znižovať spotrebu energií, dáva chladničku, umožňujú dosiahnuť konštrukčné prvky z motorov.

Ideálne tepelný motor

Je vytvorenie takéhoto motora je to možné, ktorej účinnosť by bolo maximum (v ideál - rovnajúci sa 100%)? Nájsť odpoveď na túto otázku sa pokúsil francúzskeho fyzika a talentovaného inžiniera Sadi Carnot. V roku 1824 boli zverejnené jeho teoretické výpočty o procesoch prebiehajúcich v plynoch.

Základnou myšlienkou stelesnený v ideálnom stroji možno považovať so správaním reverzibilné procesy s ideálny plyn. Počnúc expanziou plynu izotermická pri teplote T _1. Množstvo tepla, požadované na tento účel, - Q _1. Po plyn bez rozširovania tepla (adiabatický proces). Po dosiahnutí teploty _T2, plyn stláčaní izotermická priechodom chladničky energie Q _2. return plynu do pôvodného stavu sa vykonáva adiabaticky.

Účinnosť ideálneho Carnot tepelný motor s presným výpočtom je pomer teplotného rozdielu medzi vykurovanie a chladenie zariadenia na teplotu, ktorá má ohrievač. Zdá sa, že toto: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Možné tepelná účinnosť stroja, ktorý vzorec má tvar: η = 1 - T ₂ / T _1, závisí iba na hodnote ohrievač a nízkych teplôt, a nemôže byť väčšia ako 100%.

Okrem toho, tento vzťah umožňuje jeden dokázať, že účinnosť tepelných motorov môže byť rovný jednotke iba vtedy, keď je chladnička absolútna nula teploty. Ako je známe, táto hodnota je nedosiahnuteľná.

Teoretické výpočty Carnot umožňujú určiť maximálnu účinnosť tepelného stroja akéhokoľvek dizajnu.

Osvedčená Carnot teorém je nasledujúci. Ľubovoľný tepelný motor za žiadnych okolností mohli mať účinnosť vyššiu ako rovnaké hodnoty ideálne účinnosť tepelného motora.

Príkladom riešenie problémov

Príklady prevedenia vynálezu Príklad 1. Čo účinnosť ideálneho tepelného motora, kedy je teplota vykurovacie teleso je 800 ° C a ^teplota v chladničke 500 ^C pod?

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

riešenie:

Podľa definície: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Neboli sme danej teplote chladničky, ale AT = (T ₁ - T _2), teda:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Odpoveď: účinnosť = 46%.

Príklad 2 Stanovenie účinnosti ideálneho tepelného motora, ak je v dôsledku energie získanej jeden kJ ohrievač vykonáva užitočnú prácu 650 J. Aká je teplota ohrievača tepelného motora, ak je teplota chladiacej kvapaliny -. 400 K?

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

riešenie:

V tejto úlohe, to je tepelný inštalácia, účinnosť, ktorá môže byť vypočítaná podľa vzorca:

η = A / Q _1.

Pre stanovenie teploty vykurovacieho telesa pomocou vzorca účinnosti ideálneho tepelného motora:

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

Živé matematických transformáciou, dostaneme:

T ₁ = T ₂ / (1-η).

T ₁ = T ₂ / (1-A / Q _1).

Počítame:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Odpoveď: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

skutočné podmienky

Ideálne tepelný motor navrhnutý tak, aby ideálne procesy. Práca sa vykonáva len na izotermických procesov, to je definované ako v oblasti ohraničenej grafom Carnotovho cyklu.

V skutočnosti, aby vytvorili podmienky pre prúdenie zmeny stavu plynu v procese, bez sprievodnej zmeny teploty nie je možné. Žiadne také materiály, ktoré by sa vylučujú výmenu tepla s okolitými predmetmi. Adiabatický dej sa stáva nemožné vykonať. V prípade, že teplota teplosměnného plynu musí byť nutne meniť.

Účinnosť tepelných strojov vytvorených v reálnych podmienkach sa významne líši od ideálneho účinnosti motorov. Všimnite si, že tok procesov v reálnom motorov sa stane tak rýchlo, že zmena vnútornej tepelnej energie pracovnej látky v procese mení svoj objem nemôže byť kompenzovaný prílivom množstva tepla ohrievače a chladnejšie návratu.

Ostatné tepelné motory

Reálne motory pracujú na rôznych cyklov:

• Ottova cyklu procesu stáleho objemu na adiabatické zmeny, vytvára uzavretú slučku;
• Naftových izobara, adiabatická, isochore, adiabatické;
• plynové turbíny: proces vyskytujúce sa pri konštantnom tlaku, adiabatické nahradil uzatvára slučku.

Vytvorte rovnovážnej procesy v reálnych motorov (priviesť bližšie k ideálu) v moderných technológií nie je možné. Účinnosť tepelných motorov je výrazne nižšia, a to aj s rovnakými teplotných podmienok ako v ideálnom prostredí tepla.

Ale to nie je nutné znížiť vzorec účinnosti výpočtu role z Carnotovho cyklu, ako je to, že sa stane referenčný bod v procese, na zlepšenie efektívnosti skutočných motorov.

Spôsoby, ako zmeniť účinnosť

Prostredníctvom nákupný ideálnych a skutočných tepelné motory, je potrebné poznamenať, že posledná teploty v chladničke nemôže byť ľubovoľná. Zvyčajne chladnička verí atmosféru. Ak chcete sa teploty prostredia je možné iba približné výpočty. Skúsenosti ukazujú, že teplota chladiacej kvapaliny je výfukový plyn v motoroch, ako sa to deje v spaľovacích motoroch (skrátene DVS).

DIC - najčastejšie v našom svete tepelného motora. Tepelná účinnosť motora v tomto prípade závisí od teploty vytvorený spaľovaním paliva. Podstatný rozdiel od parných strojov DIC je fúzny ohrievacie funkcie a ovládacie teleso zariadení v zmesi vzduch-palivo. Horiace zmes vytvára tlak na pohybujúcich sa častí motora.

Zvýšenie teploty pracovného plynu sa dosahuje významne mení vlastnosti paliva. Bohužiaľ, nie je možné robiť bez obmedzenia. Akýkoľvek materiál konštrukcia spaľovacej komory motora má teplotu topenia. Tepelný odpor týchto materiálov - základnou charakteristikou motora, ako aj významný vplyv na účinnosť.

hodnoty účinnosti motora

Ak vezmeme do úvahy parnú turbínu, teploty pracovného prívodu pary, ktorá sa rovná 800 K, a odpadový plyn - 300 K, je účinnosť zariadenia sa rovná 62%. V skutočnosti však táto hodnota nepresahuje 40%. Táto redukcia dochádza v dôsledku tepelné straty počas skrine kúrenie turbíny.

Najvyššia hodnota účinnosti spaľovacích motorov nepresahuje 44%. Zvýšenie tejto hodnoty - otázkou blízkej budúcnosti. Zmena vlastností materiálov, paliva - ide o problém, nad ktorým zamestnáva najlepšie mozgy ľudstva.