Heat motor: in fytsrûte, it wurk effisjinsje. Miljeu problemen fan termyske masines. Wat is it - in ideaal waarmte motor?

De needsaak foar it brûken fan de meganyske enerzjy yn produksje hat laat ta it ûntstean fan de termyske masines.

De ienheid fan waarmte motoaren

Heat motor (waarmte motor), - in apparaat foar it omsette fan ynterne enerzjy yn meganyske enerzjy.

Any waarmte motor hat in kachel, de wurkjende floeistof (gas of damp), dy't fiert wurk troch ferwaarming (resultearret yn rotaasje fan de turbine skacht, de piston beweecht, ensafuorthinne) en in kuolkast. De figuer hjirûnder toant in skema fan de waarmte motor.

Basis stappen fan waarmte motoaren

Elts waarmte engine funksjonearjen fanwege de motor. Te dwaan it wurk er nedich om oan wjerskanten fan 'e motor piston of turbine blades wie druk ferskil. Dit ferskil is berikt yn alle waarmte motoren as folget: De wurkje floeistof temperatuer wurdt ferhege nei hûnderten of tûzenen graden ferlike mei it ambient temperatuer. Yn gas turbines en ynterne ferbaarningsmotor motors (ICE) is in stiging fan temperatuer fanwege it feit dat de brânstof wurdt ferbaarnd binnen de motor. Kuolkast kin hannelje sfear of spesjale doel apparaat foar koeling en condensing de trochbrocht stoom.

Carnot cycle

Syklus (Cyclische proses) - in set fan gas tastân feroaret, resultearret yn it is werom nei de oarspronklike steat (kin útfiere wurk). Yn 1824, in Frânsk natuerkundige Sadi karno sjen litten dat it is foardielich foar waarmte motor syklus (de Carnot syklus), dy't bestiet út twa prosessen - de isothermal en adiabatisch. De figuer hjirûnder toant in grafyk fan de Carnot syklus: 1-2 en 3-4 - Isotop, 2-3 en 4-1 - adiabatisch.

Yn oerienstimming mei de wet fan behâld fan enerzjy wurk fan waarmte motors dy't fiert motor is:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ dêr't Q - bedrach fan waarmte dy't ûntfongen fan 'e kachel, en ₂ Q - bedrach fan waarmte dy't oerienkommen dat de kuolkast.
Effisjinsje is de ferhâlding fan 'e waarmte motor aksje A dy't fiert de motor oan de kwantiteit fan waarmte dy't krije by de kachel:

η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1.

Yn "Tinzen op it motyf krêft fan fjoer en op masjines dy't by steat binne om te ûntwikkeljen dizze krêft" (1824) beskreau in Carnot waarmte motor ûnder de namme "ideale warmte motor mei in ideaal gas, dat is in wurkjende liif." Troch de wetten fan termodynamika kinne de effisjinsje (de maksimale mooglik) mei de waarmte motor kachel dat hat in temperatuer T _1, en in kuolkast mei in temperatuer T _2. Carnot waarmte engine effisjinsje is:

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

Sadi karno bewiisde dat in winske termyske echte masine, dy't funksjonearret mei in kachel mei in temperatuer T ₁ en de condenser by in temperatuer T ₂ is net yn steat om te hawwen efficiency dat soe heger wêze as de doelmjittigens fan de waarmte motor (ideale).

Ynterne ferbaarningsmotor motor (ICE)

Fjouwer-stroke ynterne ferbaarningsmotor motor bestiet út ien of mear silinders, in piston, in crank mechanisme, intake en exhaust fentilen, fonk.

It bestjoeringssysteem syklus bestiet út fjouwer slaggen:

1) it sucking - combustible mingsel rint troch it fentyl yn 'e silinder;
2) Compression - beide kleppen sletten;
3) stroke - de eksplosive ferbaarning fan 'e combustible mengsel;
4) Exhaust - release exhaust gassen yn de atmosfear.

stoomturbine

De stoomturbine enerzjy omsetting komt fanwegen it ferskil fan wetterdamp druk op 'e ynham en outlet.
Power of moderne Steam turbines berikke 1300 MW.

Guon technyske parameters fan de stoomturbine 1.200 MW

• Damp druk (fris) - 23,5 MPa.
• Steam temperatuer - 540 ° C.
• Steam flow turbine - 3600 m / h.
• Rotor snelheid - 3000 rev / min.
• De damp druk yn de condenser - 3.6 KGB.
• turbine Length - 47.9 m.
• Mass turbine - 1900 m.

Termyske masine bestiet út in lucht compressor, combustor en gas turbine. Operation: adiabatically lucht wurdt besûge yn de compressor, sadat syn temperatuer wurdt grutbrocht oant 200 ° C of mear. Folgjende, De komprimearre loft komt de ferbaarning keamer dêr't hege druk tagelyk oanlevere floeiber fuel - kerosine photogen fuel oalje. By de ferbaarning fan 'e lucht brânstof ferwaarme mei in temperatuer fan 1500-2000 ° C, dat út en fergruttet syn snelheid. De loft beweecht op hege snelheid, en de ferbaarning produkten wurde rjochte yn de turbine. Nei de oergong fan toaniel nei toaniel ferbaarningsmotor turbine blades jouwe har Kinetic enerzjy. Diel fan 'e enerzjy ûntfongen troch de turbine is de compressor rotaasje; It restearjende diel wurdt konsumearre op de generator Rotor, Rotor fleanmasine of in marine fet, in motorreau tsjil.

It gas turbine kin brûkt wurde, njonken de rotational fleantúch en de auto tsjillen of propellers fan it skip, as in jet motor. Loft en Brennen gassen wurde ferdreaun op hege snelheid út de gas turbine, sadat de jet strekking dy't ûnstiet yn dit proses kin brûkt wurde om te bewegen fleantugen (Airplane) en wetter (skip) skippen, spoarwei ferfier. Bygelyks, turbopropmotoren hawwe fleantugen AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "Dream"). Sa, de "Dream" op in flecht snelheid fan 700-850 km / h kin it útfieren 250 ton fracht oer in ôfstân fan hast 15.000 kilometer. It is de grutste ferfier fleanmasines fan de wrâld.

Miljeu problemen fan termyske masines

Grutte ynfloed op it klimaat is atmosfearyske omstannichheden, benammen de oanwêzigens fan koalstofdiokside en wetterdamp. Sa, de feroaring yn koalstofdiokside ynhâld liedt ta in stiging of in delgong fan it broeikaseffekt, dêr't koalstofdiokside absorbearret guon fan 'e waarmte dy't strielt yn' e ierde romte, efterstân yn de atmosfear tanimt en sa it oerflak temperatuer en de legere atmosfear. It ferskynsel fan it broeikaseffekt spilet in krúsjale rol yn klimaat mitigaasje. Yn syn ôfwêzigens, de trochsneed temperatuer fan de planeet soe net +15 ° C en leger by 30-40 ° C.

yn 'e wrâld binne der no mear as 300 miljoen ferskate soarten vehicles, dy't meitsje mear as de helte fan alle loftfersmoarging.

Mear as 1 year yn de atmosfear fan de termyske foegen fan de ferbaarning fan brânstof wurdt tarekkene 150 miljoen ton swevel oxides, 50 miljoen ton fan stikstof okside, 50 miljoen ton jiske, 200 miljoen ton koalmonokside, 3 miljoen ton Feona.

De gearstalling fan de atmosfear omfiemet ozon, dy't beskermet hiele libben op ierde út de skealik gefolgen fan Ultraviolet strielen. . Yn 1982, John Farman, de Britske ûntdekkingsreizger, waard ûntdekt oer Antarktika Ozone gat - een tydlike reduksje fan it Ozone ynhâld yn de atmosfear. Op it hichtepunt fan 'e Ozone gat 7 Oktober 1987 it bedrach fan Harb dêryn minder wurden yn 2 kear. Ozon gat wierskynlik resultearre út anthropogenic faktoaren, ynklusyf gebrûk yn 'e yndustry fan gloar befetsjende Freonen (CFK), dy't fordylget dy't Ozone laach. Lykwols, de 1990 stúdzje. net befêstige dizze werjefte. Meast wierskynlik, it opkommen fan 'e Ozone gat is net besibbe oan minsklike aktiviteiten, en is in natuerlike proses. Yn 1992, it Ozone gat waard ûntdekt oer de Arktyske.

As gathering alle sfearfol ozone laach yn it ierdoerflak en thicken it oan 'e tichtens fan lucht by atmosfearyske druk en in temperatuer fan 0 ° C, dan Ozone shield dikte is mar 2-3 mm! Dat is de hiele skyld.

In bytsje fan de skiednis ...

• July 1769. Yn Parys Meudon park militêre Ingenieur NZ Kyunyo mei "fjoer wagon", dat waard foarsjoen fan in twa-silinder stoommasine, ried inkele tsientallen meters.
• 1885. Karl Benz, in Dútsk yngenieur, boude de earste fjouwer-banden benzine auto Motorwagen macht fan 0.66 kW, dy't 29 Jannewaris 1886 krigen in patint. Machine snelheid wie 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, in Dútske útfiner, makke trolley trochride macht 2,9 kW (4 horsepowers) fan 'e auto. De maksimum snelheid fan de auto berikt 10 km / h, it fermogen yn 'e ferskillende modellen is fan 2 oant 5 ton.
• 1899. Belgyske K. Zhenattsi yn syn auto, "Jamet contant" ( "nea tefreden") foar it earst oer de 100 kilometer lange line snelheid.

Foarbylden fan oplossen fan problemen

Probleem 1. De temperatuer fan de kachel ideale waarmte motor is gelyk oan 2000 K, en kuolkast temperatuer - 100 ° C. Fêst te stellen de effisjinsje.

oplossing:
De formule dat bepaalt de effisjinsje fan in waarmte motor (maksimum):

ŋ = T ₁ T ₂ / T _1.
ŋ = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

A: engine efficiency - 81%.

Probleem 2. De waarmte motor 200 kJ fan waarmte waard krigen troch ferbaarning fan brânstof, en oerbrocht nei cooler 120 kJ waarmte. Wat is de effisjinsje fan de motor?

oplossing:
De formule foar it fêststellen fan de doelmjittigens is fan 'e foarm:

ŋ = Q1 - Q2 / Q1.
ŋ = (2 × 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0,4.

A: It thermal effisjinsje fan 'e motor - 40%.

Probleem 3. Wat is de effisjinsje fan 'e waarmte motor, doe't it wurk floeistof út de kachel nei ûntfangst fan it bedrach fan de waarmte fan 1,6 MJ útfierd operaasje 400 kJ? Wat is it bedrach fan 'e waarmte waard oerdroegen oan de kuolkast?

oplossing:
Effisjinsje kin wurde bepaald troch de formule

ŋ = A / Q _1.

ŋ = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0,25.

Oerdroegen kuolkast waarmte Quantity kin wurde bepaald troch de formule

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0,4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
A: De waarmte motor hat in effisjinsje fan 25%; kwantiteit fan waarmte oerdroegen oan de kuolkast - 1.2 · 10 ⁶ J.