היעילות של מנועי חום. היעילות של מנוע חום - פורמולה

מציאות מודרנית מחייבת מנועי חום במבצע רחב. ניסיונות רבים להחליף אותם עם מנועים חשמליים בזמן שעבר כישלון. הבעיות הקשורות הצטברות של כוח במערכות אוטונומיות, נפתרות עם קושי גדול.

עדיין בעיות רלוונטיות של טכנולוגית סוללת כוח לייצור המבוססת על השימוש לטווח הארוך שלהם. מאפיינים מהירים של כלי רכב חשמליים רחוקים מאלו מכוניות, מנועי בעירה פנימיים.

השלבים הראשונים ביצירת מנועי כלאיים יכול להפחית באופן משמעותי את פליטת חלקיקים רעילים באזורים עירוניים, בפתרון בעיות סביבתיות.

קצת היסטוריה

האפשרות של טרנספורמציה של אנרגיה של קיטור לאנרגיה קינטית כבר ידועה מאז ימי קדם. BC 130: החכמים גירון Aleksandriysky בפני צעצוע קיטור הקהל - eolipil. כדור מלא אדים, נכנס סיבוב תחת ההשפעה פועלת מתוך המטוסים שלה. אב טיפוס זה של טורבינת הקיטור המודרנית בעת היישום לא נמצא.

במשך שנים רבות ופיתוח פילוסוף מהמאה זה נחשב רק צעצוע כיף. בשנת 1629 האיטלקי ד בראנקה יצרה טורבינת פרואקטיבית. זוגות להניע את הדיסק מסופק עם להבים.

מאותו הרגע החל ההתפתחות המהירה של מנועי קיטור.

מנוע חום

הטרנספורמציה של האנרגיה הפנימית של דלק לתוך אנרגיית התנועה של חלקי מכונה ומנגנונים המשמשים מנועי חום.

חלקים עיקריים של מכונות: תנור (מערכת קבלת אנרגיה מבחוץ), הגוף עובד (מבצע השפעה חיובית), מקרר.

המחמם מיועד זורם עובר לצבור מספיק מלאי של האנרגיה הפנימית לעבודה שימושית. מקרר לוקח את האנרגיה העודפת.

המאפיין העיקרי של יעילות נקרא את היעילות של מנועי חום. כמות זו מראה איזה חלק של אנרגיה שהושקע חימום בילה לבצע עבודה מועילה. The The יעילות הגבוה יותר, מבצע היתרון של המכונה, אך ערך זה לא יעלה על 100%.

חישוב יעיל

בואו חיצונית רכשה מחמם אנרגיה השווה ל Q _1. גוף כלים מחויב לעבוד, ואילו מקרר האנרגיה הנתון היה ש _2.

בהתבסס על הקביעה, אנו מחשבים את ערך היעילות:

η = A / Q _1. אנו מניחים כי A = ש ₁ - ש _2.

מכאן את היעילות של מנוע חום, הנוסחה של אשר ניתנת על ידי η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - ש ₂ / ש _1, מאפשר את המסקנות הבאות:

• יעילות לא יכול לחרוג 1 (או 100%);
• חייב להגדיל למקסם כמות זו או האנרגיה מתקבל מחמם, או ירידה של אנרגיה נתונה מקרר;
• הגדלת כוח מחמם להשיג שינוי של איכות הדלק;
• להפחית אנרגיה, נותן את המקרר, מאפשר להשיג את תכונות העיצוב של המנועים.

מנוע חום אידיאלי

האם יצירת מנוע כזה אפשרי, את היעילות של אשר תהיה מקסימלית (ב אידיאל - שווה 100%)? מצא את התשובה לשאלה זו ניסתה פיזיקאי צרפתי מהנדס מוכשר סאדי קרן. בשנת 1824 חישובים תיאורטיים שלו על תהליכים המתרחשים גזים שוחררו.

הרעיון הבסיסי הגלום המכונית האידיאלית יכול להיחשב תהליכים הפיכים התנהלות עם גז אידיאלי. החל הרחבת isothermally גז בטמפרטורת T _1. כמות החום הדרושה לצורך זה, - Q _1. לאחר גז ללא הרחבת חום (תהליך adiabatic). לאחר שהגיע לטמפרטורת T _2, הגז נדחס isothermally ידי העברת Q האנרגיה המקררת _2. גז חזרה למצבה המקורי מבוצע adiabatically.

היעילות של מנוע חום קרנו אידיאלי עם החישוב המדויק היא היחס של הבדלי הטמפרטורה בין חימום מכשיר קירור לטמפרטורה, אשר יש דוד. זה נראה כך: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

יעילות תרמית אפשרית של המכונה, אשר נוסח יש את הטופס: η = 1 - T ₂ / T _1, תלוי רק על הערך של טמפרטורות מחממות מצננות ולא יכול להיות גדול מ 100%.

יתר על כן, מערכת היחסים הזו מאפשרת אחד כדי להוכיח כי היעילות של מנועי חום יכולה להיות שווה אחדות רק כאשר מקרר אפס מוחלטת טמפרטורה. כידוע, ערך זה הוא בלתי ניתן להשגה.

חישובים תיאורטיים קרנו לאפשר לקבוע את היעילות המרבית של מנוע חום של כל עיצוב.

משפט מוכח קרנו הוא כדלקמן. מנוע חום שרירותי בשום פנים ואופן מסוגלים לקבל יעילות גבוהה יותר מאשר אותם הערכים של יעילות מנוע חום אידיאלית.

דוגמא לבעיה פתרון

דוגמא 1. מה יעילות של מנוע חום אידיאלי, כאשר הטמפרטורה המחממת היא 800 C ^ואת הטמפרטורה של המקרר 500 ^{ג 'להלן?}

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

פתרון:

על פי הגדרה: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

אנחנו לא ניתנו הטמפרטורה של המקרר, אבל ΔT = (T ₁ - T _2), ומכאן:

η = ΔT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0.46.

תשובה: יעילות = 46%.

דוגמא 2. לקבוע את היעילות של מנוע חום אידיאלי, אם בשל האנרגיה מחממת אחד kilojoules רכשה בצעה עבודה שימושית 650 J. מהי הטמפרטורה של הדוד של מנוע החום אם טמפרטורת נוזל קירור -. 400 K?

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

פתרון:

במשימה זו, היא התקנה תרמית, יעילות אשר יכול להיות מחושב על ידי הנוסחה:

η = A / Q _1.

כדי לקבוע את הטמפרטורה של התנור באמצעות נוסחה היעילות של מנוע חום אידיאלי:

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

ביצוע המרה מתמטית, נקבל:

T ₁ = T ₂ / (1 η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

אנחנו מחשבים:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

תשובה: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

תנאים בפועל

מנוע חום אידיאלי נועד עם התהליכים האידיאליים. העבודה מתבצעת רק בתהליכי בידוד תרמיים, הוא מוגדר כאזור מתוחם על ידי הגרף של המחזור קרן.

למעשה, כדי ליצור את תנאי הזרימה של שינויים בסטטוס הגז בתהליך, בלי ליווי שינויי טמפרטורה לא יכולים להיות. אין חומרים כאלה, אשר ישללו את חילופי חום עם העצמים המקיפים. תהליך אדיאבטי הופך בלתי אפשרי לביצוע. במקרה של טמפרטורת גז מחליף חום חייב לשנות בהכרח.

היעילות של מכונות תרמית שנוצרו בתנאי אמת שונה באופן משמעותי את היעילות האידיאלית של מנועים. שים לב את זרימת תהליכים במנועים אמיתיים קורית כל כך מהר כי הווריאציה של האנרגיה התרמית הפנימית של עובדי חומר בתהליך של שינוי נפחו לא יכולה להיות מפוצית על ידי זרם של כמות חום של דוד וחזרה קרירה.

מנועי חום אחרים

מנועי ריאל לפעול על מחזורים שונים:

• נפח קבוע מחזור אוטו תהליך עם שינוי adiabatic, יצירת לולאה סגורה;
• דיזל מחזור אִיזוֹבָּר, adiabatic, isochore, adiabatic;
• טורבינת גז: תהליך מתרחש בלחץ קבוע, adiabatic החליף סוגר את הלולאה.

צור תהליכי שיווי משקל במנועים אמיתיים (ולקרבם אל האידאל) בטכנולוגיה מודרנית אינו אפשרי. יעילות של מנועי חום נמוכה משמעותי, אפילו עם אותם תנאי הטמפרטורה כמו הגדרת החום האידיאלית.

אבל אין זה הכרחי כדי להפחית את יעילות נוסחא לחישוב התפקיד של המחזור קרן, כפי שהוא, הוא הופך להיות נקודת התייחסות בתהליך כדי לשפר את היעילות של מנועים אמיתיים.

דרכים לשינוי יעיל

באמצעות השוואה של מנועי חום אידיאליים בפועל, יש לציין כי הטמפרטורה האחרונה של המקרר לא יכולה להיות שרירותית. בדרך כלל במקרר מאמין האווירה. כדי למדוד את הטמפרטורה של האטמוספרה חישובים מקורבים בלבד. הניסיון מלמד כי טמפרטורת נוזל הקירור הוא גז הפליטה במנועי, כפי שזה קורה במנועי בעירה פנימית (מקוצר כמו DVS).

DIC - הנפוץ ביותר בעולמנו של מנוע חום. יעילות מנוע חום במקרה זה תלוי בטמפרטורה נוצרה על ידי שריפת דלק. ההבדל המהותי בין מנועי קיטור דסק"ש הנו הפונקציות המחממות פיוז'ן בגוף המכשיר הפועלים תערובת אוויר-דלק. שריפת התערובת יוצרת לחץ על החלקים הנעים של המנוע.

העלאת טמפרטורת הגז עובדת מושגת, שינוי המאפיינים של הדלק באופן משמעותי. למרבה הצער, אי אפשר לעשות בלי גבול. כל חומר הבנייה של תא הבעירה במנוע יש נקודת ההתכה שלה. התנגדות התרמית של חומרים כאלה - המאפיין הבסיסי של המנוע, כמו גם להשפיע באופן משמעותי את היעילות.

יעילות מנוע ערכים

אם ניקח בחשבון את טורבינת הקיטור, הטמפרטורה של כניסת הקיטור עובד אשר שווה 800 K, ואת גזי פליטה - 300 K, את היעילות של המכונה שווה 62%. במציאות, לעומת זאת, ערך זה אינו עולה על 40%. הפחתה זו מתרחשת עקב איבוד חום במהלך דיור טורבינת חימום.

הערך הגבוה ביותר של היעילות של מנועי בעירה פנימיים אינו עולה 44%. הגדלת ערך זה - שאל בעתיד הקרוב. שינוי תכונות של חומרים, דלק - מדובר בבעיה מעל המעסיקה את המוחות הטובים ביותר של האנושות.