De effisjinsje fan waarmte motors. De effisjinsje fan in waarmte motor - Formula

Moderne realiteiten easkje waarmte motors breed operaasje. Tal fan besykjen om te ferfangen se mei elektryske motors wylst ûndergiet mislearjen. De problemen yn ferbân brocht mei it sammeljen fan macht yn autonome systemen, wurde oplost mei grutte muoite.

Noch relevante problemen fan manufacturing macht batterij technology basearre op harren lange-termyn brûken. Snelheid skaaimerken fan de elektryske reauwen binne fier fan dy yn auto, ynterne ferbaarning motors.

De earste stappen yn 'e oprjochting fan hybride motors kinne foars ferlytsje de noxious útstjit yn metropolitan gebieten, oplossen fan miljeu problemen.

In lytse skiednis

De mooglikheid fan omfoarming fan enerzjy fan stoom yn Kinetic enerzjy is bekend sûnt âlde tiden. 130 BC: Filosoof Geron Aleksandriysky presintearre oan it publyk steam boartersguod - eolipil. Bol fol mei stoom, kaam yn rotaasje ûnder de ynfloed emanating út har jets. Dat prototype fan de moderne stoomturbine op 'e tiid fan tapassing is net fûn.

Foar in protte jierren en ieuske filosoof ûntwikkeling en gou as gewoan in leuke speelgoed. Yn 1629 it Italjaanske D. Branca makke in pro-aktive turbine. Couples set yn beweging 'e skiif foarsjoen mei messen.

Fan dat momint begûn de flugge ûntwikkeling fan stoommasines.

waarmte motor

It omfoarmjen fan de ynterne enerzjy fan de brânstof yn de enerzjy fan de beweging fan de masine dielen en meganismen brûkt yn waarmte motors.

Main ûnderdielen fan masines: a kachel (systeem ûntfangen enerzjy fan bûten), de wurkjende lichem (fiert in geunstich effekt), kuolkast.

De kachel is ûntwurpen foar it wurkjen floeistof om heapje genôch foarrie fan de ynterne enerzjy foar nuttich wurk. Fridge weinimt tefolle enerzjy.

It wichtichste skaaimerk fan effisjinsje hjit de effisjinsje fan waarmte motors. Dit kwantiteit lit sjen hokker part fan enerzjy no ferbrûkte yn ferwaarming de trochbrocht te fieren nuttich wurk. It heger de doelmjittigens, de foardielige wurking fan 'e masine, mar dit wearde meie net mear as 100%.

Berekkening fan effisjinsje

Lit kachel ekstern ferwurven enerzjy lyk oan Q _1. Tools lichem ynsette wurk A, wylst de enerzjy jûn kuolkast wie Q _2.

Op grûn fan 'e bepaling, wy berekkene de effisjinsje wearde:

η = A / Q _1. Wy geane derfan út dat A = Q ₁ - Q _2.

Dêrfandinne de effisjinsje fan 'e waarmte motor, de formule dêrfan wurdt jûn troch η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, stelt de folgjende konklúzjes:

• Effisjinsje kin net mear as 1 (of 100%);
• optimaal benutte dizze kwantiteit moat tanimme yn beide de enerzjy krije by in kachel, of in delgong fan enerzjy jûn kuolkast;
• it fergrutsjen fan de kachel macht kommen ta in feroaring fan fuel kwaliteit;
• ferminderjen enerzjy, jout de kuolkast, stean te berikken it ûntwerp funksjes fan de motoaren.

In ideaal waarmte motor

Is de oprjochting fan sa'n motor mooglik, de effektiviteit fan dat soe wêze it maksimum (yn in ideale - gelyk oan 100%)? Fine it antwurd op dizze fraach besocht oan Frânsk natuerkundige en in talintfolle yngenieur Sadi Carnot. Yn 1824 syn teoretyske berekkenings oer de prosessen orkanen yn de gassen waarden útbrocht.

De basis idee fêstlein yn 'e ideale masine kin beskôge wurde fieren Omkearregister prosessen mei ideaal gas. Starting with útwreiding fan it gas isothermally op temperatuer T _1. It bedrach fan de waarmte nedich foar dit doel, - Q _1. Nei gas sûnder útwreidzjen fan waarmte (in adiabatisch proses). Nei it berikken fan de temperatuer T _2, it gas wurdt gearparse isothermally troch foarby de kuolkast enerzjy Q _2. gas werom nei har oarspronklike steat wurdt útfierd adiabatically.

De effisjinsje fan in ideaal Carnot waarmte motor mei de eksakte berekkening is de ferhâlding fan de temperatuer ferskil tusken de ferwaarming en cooling apparaat nei in temperatuer, dat hat in kachel. It sjocht der sa út: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Mooglik termyske efficiency fan 'e masine, dy't formule hat de foarm: η = 1 - T ₂ / T _1, hinget allinne op 'e wearde fan' e kachel en koeler temperatueren en kin net heger wêze as 100%.

Boppedat, dizze relaasje makket men om te bewizen dat de effisjinsje fan waarmte motors kinne wêze gelyk oan ienheid allinne as de kuolkast absolute nul temperatuer. Lykas bekend, dizze wearde is bûten berik.

Teoretyske berekkeningen Carnot stean te bepalen de maksimale effisjinsje fan in waarmte motor fan in ûntwerp.

Proven Carnot syn stelling is as folget. Willekeurige waarmte motor ûnder gjin omstannichheden yn steat te hawwen efficiency heger as deselde wearden fan in ideale waarmte motor effisjinsje.

In foarbyld fan probleem oplossen

Foarbyld 1. Wat effisjinsje fan in ideaal waarmte motor, doe't de kachel temperatuer is 800 C en ^de temperatuer fan de kuolkast 500 ^C hjirûnder?

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

oplossing:

By definysje: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Wy wienen net jûn temperatuer fan 'e kuolkast, mar ΔT = (T ₁ - T _2), dêrfandinne:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Antwurd: efficiency = 46%.

Foarbyld 2. bepale de effisjinsje fan in ideaal waarmte motor, as gefolch fan de enerzjy ferwurven men kilojoules kachel útfierd nuttich wurk 650 J. Wat is de temperatuer fan de kachel fan 'e waarmte motor as coolant temperatuer -. 400 K?

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

oplossing:

Yn dizze taak, it is in termyske ynstallaasje, it rendemint dêrfan kin wurde berekkene troch de formule:

η = A / Q _1.

Fêst te stellen de temperatuer fan 'e kachel mei help formule effisjinsje fan in ideaal waarmte motor:

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

Performing wiskundige transformaasjes, wy krije:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

We bepalen:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Antwurd: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

actual betingsten

In ideaal waarmte motor ûntwurpen mei de ideale prosessen. It wurk wurdt útfierd allinnich yn isothermal prosessen, wurdt it definiearre as it gebiet begrinze troch de grafyk fan de Carnot syklus.

Yn feite, te meitsjen de betingsten foar de stream fan gas Status feroarings yn it proses, sûnder byhearrende feroarings yn temperatuer kin net wêze. Gjin sokke materialen, dat soe útslute de waarmte útwikseling mei de omlizzende foarwerpen. Adiabatisch proses wurdt ûnmooglik út te fieren. Yn it gefal fan waarmte útwikseling gas temperatuer moat perfoarst feroarje.

De effisjinsje fan termyske masines makke yn echte omstannichheden ferskille signifikant fan de ideale effisjinsje fan motoaren. Tink derom dat de streaming fan prosessen yn it echt motors bart sa hurd dat de fariaasje fan de ynterne termyske enerzjy fan wurkjen stof yn it proses fan feroaret har folume kin net kompensearre troch ynstream fan waarmte kwantiteit fan in kachel en in cooler werom.

Oare waarmte motoren

Echte motoren funksjonearje op ferskillende syklussen:

• Otto cycle konstant folume proses mei adiabatisch feroaring, it meitsjen fan in sletten loop;
• Diesel cycle Isobar, adiabatisch, isochore, adiabatisch;
• a gas turbine: proses foarkommende op konstante druk, adiabatisch ferfongen slút it lus.

Meitsje in lykwicht prosessen yn it echt motoaren (te bringen se tichter by it ideaal) yn moderne technology is net mooglik. Effisjinsje fan waarmte motors is gâns legere, sels mei deselde temperatuer betingsten as yn 'e ideale waarmte ynstelling.

Mar it is net nedich om te ferminderjen de rol berekkenjen formule effisjinsje fan de Carnot syklus, sa't it is, it wurdt referinsjepunt yn it proses om it ferbetterjen fan de effisjinsje fan de echte motoaren.

Manieren om te feroarjen efficiency

Troch fergeliking fan ideaal en eigentlike warmte motoaren, dan moat sein wurde dat de lêste temperatuer fan de iiskast kin net wêze willekeurige. Meastal kuolkast leau de sfear. Om nim de temperatuer fan de atmosfear kin allinnich approximate berekkenings. De ûnderfining leart dat it coolant temperatuer is de exhaust gas yn motoaren, sa't it bart yn in ynterne ferbaarningsmotor motors (ôfkoarte as DVS).

Dic - de meast foarkommende yn ús wrâld fan waarmte motor. Effisjinsje waarmte motor yn dit gefal hinget ôf fan de temperatuer makke troch baarnende brânstof. It wêzentlike ûnderskied fan dic stoommasines is de fúzje kachel funksjes en it bestjoeringssysteem apparaat lichem yn in loft-fuel mingsel. Burning mingsel kreëarret druk op de bewegende dielen fan 'e motor.

Raising de wurkje gas temperatuer wurdt berikt, gâns feroarjen fan de eigenskippen fan de brânstof. Spitigernôch is it ûnmooglik om te dwaan sûnder limyt. Eltse materiaal fan de oanlis fan 'e motor ferbaarningsmotor keamer hat syn raanpunt. De termyske wjerstân fan sokke stoffen - de basis karakteristyk fan de motor, en ek om gâns ynfloed op de effisjinsje.

Wearden engine efficiency

As wy beskôgje de stoomturbine, de temperatuer fan de wurkjende stoom ynham dy't is gelyk oan 800 K, en de exhaust gas - 300 K, de effisjinsje fan 'e masine is gelyk oan 62%. Yn werklikheid, lykwols, dizze wearde net mear as 40%. Dy ferleging komt fanwege waarmte ferlies yn ferwaarming turbine wentebou.

De heechste wearde fan de effisjinsje fan de ynterne ferbaarningsmotor motoaren hat net mear as 44%. It fergrutsjen fan dizze wearde - de fraach fan 'e takomst. It feroarjen fan de eigenskippen fan stoffen, brânstof - dat is in probleem dêr't telt de bêste koppen fan it minskdom.