بهره وری از موتورهای گرما. بهره وری از یک موتور گرمایی - فرمول

واقعیت های مدرن نیاز به موتورهای حرارتی عملیات وسیع است. تلاشهای زیادی برای جایگزین کردن آنها با موتورهای الکتریکی در حالی که تحت شکست. مشکلات مرتبط با انباشت قدرت در سیستم های مستقل، با مشکل بزرگ حل شده است.

هنوز هم مشکلات مربوط به تکنولوژی ساخت باتری بر اساس استفاده طولانی مدت است. ویژگی های سرعت این خودرو می باشند به دور از کسانی که در اتومبیل، موتورهای احتراق داخلی.

اولین گام در ایجاد موتورهای هیبریدی به طور قابل توجهی می تواند به کاهش تولید گازهای گلخانه ای مضر در مناطق شهری، حل مشکلات زیست محیطی است.

تاریخ کمی

امکان انتقال انرژی بخار به انرژی جنبشی شده است از زمان باستان شناخته شده است. 130 سال قبل از میلاد: فیلسوف گرن Aleksandriysky ارائه شده به اسباب بازی بخار مخاطبان - eolipil. کره پر از بخار، به چرخش تحت تاثیر ناشی از جت های او آمد. این نمونه اولیه از توربین بخار مدرن در زمان نرم افزار یافت نشد.

برای سال های بسیاری و توسعه قرن فیلسوف آن را فقط یک اسباب بازی سرگرم کننده در نظر گرفته شد. در 1629 ایتالیا D. برانکا یک توربین فعال ایجاد شده است. زوج مجموعه ای در حرکت دیسک ارائه شده با پره.

از آن لحظه شروع به توسعه سریع از موتور بخار.

موتور حرارتی

تحول انرژی داخلی سوخت را به انرژی حرکتی ماشین آلات و مکانیزم های مورد استفاده در موتورهای حرارتی.

قطعات اصلی ماشین آلات: یک بخاری (سیستم دریافت انرژی از خارج)، بدن کار (انجام یک اثر مفید)، یخچال و فریزر.

بخاری طراحی شده است برای سیال به جمع آوری سهام به اندازه کافی از انرژی داخلی را برای کار مفید است. یخچال طول می کشد دور انرژی اضافی.

مشخصه اصلی بهره وری بهره وری از موتورهای حرارتی نامیده می شود. این مقدار نشان می دهد که بخشی از انرژی در گرم صرف به انجام کار مفید را بسازند. بالاتر از بازده، عملیات سودمند از دستگاه، اما این مقدار ممکن است 100٪ تجاوز نمی کند.

محاسبه کارایی

اجازه دهید بخاری انرژی خارجی به دست آورد به Q برابر با _1. ابزارهای بدن متعهد کار A، در حالی که انرژی یخچال و فریزر داده Q _{2 بود.}

بر اساس تعیین، ما محاسبه ارزش بهره وری:

η = A / س ₁ فرض می کنیم که A = Q ₁ - س ₂

از این رو بهره وری از موتور حرارتی، فرمول است که توسط η داده = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1، اجازه می دهد تا نتایج زیر:

• بهره وری می تواند 1 یا (100٪) تجاوز نمی کند.
• برای به حداکثر رساندن این مقدار باید در هر دو انرژی به دست آمده از یک بخاری و یا کاهش انرژی داده شده یخچال و فریزر افزایش می دهد؛
• افزایش قدرت بخاری رسیدن به یک تغییر کیفیت سوخت.
• کاهش انرژی، می دهد یخچال و فریزر، اجازه می دهد برای رسیدن به ویژگی های طراحی از موتورهای.

یک موتور حرارتی ایده آل

آیا ایجاد چنین یک موتور ممکن است، بهره وری خواهد بود که حداکثر (در ایده آل - تا 100٪ برابر). پیدا کردن پاسخ به این سوال سعی کردم به فیزیکدان فرانسوی و یک مهندس با استعداد سعدی کارنو. در سال 1824 محاسبات نظری خود را در مورد فرآیندهای در گازها می منتشر شد.

ایده اساسی مندرج در ماشین ایده آل می توان انجام فرآیندهای برگشت پذیر با گاز ایده آل در نظر گرفته. شروع با گسترش isothermally گاز در دمای T _1. مقدار گرمای مورد نیاز برای این منظور، - س _1. پس از گاز بدون گسترش حرارت (یک فرایند بی دررو). پس از رسیدن به درجه حرارت T _2، گاز isothermally با عبور از انرژی یخچال و فریزر Q _{2 فشرده.} بازگشت گاز به حالت اصلی خود است adiabatically انجام شده است.

بهره وری از یک موتور ایده آل حرارتی کارنو با محاسبه دقیق نسبت اختلاف درجه حرارت بین حرارت و دستگاه های خنک کننده به یک درجه حرارت، که دارای یک بخاری است. / T ₁ - η = (T ₂ T _1): آن را مانند این به نظر می _رسد.

بازده حرارتی احتمالی دستگاه، که در فرمول به صورت زیر است: η = 1 - T ₂ / T _1، تنها بستگی به ارزش درجه حرارت بخاری و کولر و می تواند بیشتر از 100٪ نیست.

علاوه بر این، این رابطه یکی را قادر می سازد تا ثابت کند که بهره وری از موتورهای گرما می تواند به وحدت تنها زمانی که یخچال و فریزر برابر صفر مطلق درجه حرارت است. عنوان شناخته شده است، این مقدار دست نیافتنی است.

محاسبات نظری کارنو اجازه می دهد به منظور تعیین حداکثر بهره وری از یک موتور گرمایی از هر طراحی.

قضیه اثبات شده کارنو به شرح زیر است. موتور حرارتی خودسرانه تحت هیچ شرایطی قادر به بهره وری بالاتر از ارزش همان بازده موتور حرارتی ایده آل است.

یک مثال از حل مسئله

مثال 1. چه بازده یک موتور گرمایی ایده آل، هنگامی که درجه حرارت بخاری 800 C ^و دمای یخچال 500 ^C به شرح زیر میباشد.

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

راه حل:

با این تعریف: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

ما شد دمای یخچال داده نشده است، اما ΔT = (T ₁ - T _2)، از این رو:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

جواب: بهره وری = 46٪ است.

به عنوان مثال 2. تعیین بهره وری از یک موتور حرارتی ایده آل، اگر به دلیل انرژی به دست آورد یکی کیلوژول انرژی بخاری انجام کار مفید 650 J. درجه حرارت بخاری از موتور حرارتی اگر دمای مایع خنک کننده است - 400 K؟

Q ₁ = 1 کیلوژول = 1000 J A = 650 J، T ₂ = 400 K، η - ؟، T ₁ =؟

راه حل:

در این کار، آن را به یک نصب و راه اندازی حرارتی، بازده که می توان با این فرمول محاسبه است:

η = A / س ₁

برای تعیین درجه حرارت بخاری با استفاده از بهره وری فرمول یک موتور گرمایی ایده آل:

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

اعمال تغییراتی ریاضی، به دست آوریم:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

ما محاسبه:

η = 650 J / 1000 J = 0،65.

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

پاسخ: η = 65٪، T ₁ = 1142.8 K.

شرایط واقعی

یک موتور حرارتی ایده آل با فرآیندهای ایده آل طراحی شده است. این کار تنها در فرآیندهای همدما انجام، آن را به عنوان منطقه محدود شده توسط نمودار چرخه کارنو تعریف شده است.

در واقع، برای ایجاد شرایط برای جریان تغییر وضعیت گاز در این روند، بدون همراهی تغییر در درجه حرارت نمی تواند باشد. چنین مواد، که تبادل حرارت با اشیاء اطراف آن را حذف کنید. فرآیند بیدررو غیر ممکن می شود به انجام. در مورد درجه حرارت گاز مبدلهای حرارتی لزوما باید تغییر دهید.

بهره وری از ماشین آلات حرارتی در شرایط واقعی ایجاد متفاوت قابل توجهی از بهره وری ایده آل موتور. توجه داشته باشید که جریان فرایند در موتورهای واقعی اتفاق می افتد چنان سریع است که تنوع از انرژی حرارتی داخلی ماده کار در فرآیند تغییر حجم آن می تواند توسط هجوم مقدار گرمای یک بخاری و بازگشت کولر جبران شود.

دیگر موتورهای حرارتی

موتورهای واقعی در چرخه مختلف به کار گیرند:

• چرخه اتو فرآیند حجم ثابت با تغییر آدیاباتیک، ایجاد یک حلقه بسته.
• دیزل چرخه ایزوبار، آدیاباتیک، isochore، بی دررو؛
• یک توربین گاز: فرآیند در فشار ثابت رخ می دهد، بی دررو جایگزین بسته حلقه.

ایجاد یک پروسه تعادل در موتورهای واقعی (به آنها را به ایده آل نزدیک تر است) در فن آوری مدرن امکان پذیر نیست. بهره وری از موتورهای حرارتی است به طور قابل توجهی پایین تر، حتی با شرایط دمای همان است که در تنظیم حرارت ایده آل است.

اما لازم نیست برای کاهش محاسبه نقش بهره وری فرمول از چرخه کارنو، عنوان آن است، آن را به بهبود بهره وری از موتورهای واقعی می شود یک نقطه مرجع در این فرآیند است.

راه برای تغییر بهره وری

از طریق مقایسه موتورهای حرارتی ایده آل و واقعی، آن را به ذکر است که آخرین دمای یخچال نمی تواند خودسرانه است. معمولا یخچال و فریزر باور جو است. را به دمای جو می توانید محاسبات تنها تقریبی است. تجربه نشان می دهد که دمای مایع خنک کننده گاز خروجی در موتورهای است، به عنوان آن را در موتورهای احتراق داخلی (به اختصار DVS) اتفاق می افتد.

DIC - شایع ترین در جهان ما از حرارت موتور. موتور حرارتی بهره وری در این مورد بستگی به درجه حرارت ایجاد شده توسط سوزاندن سوخت تفاوت اساسی از موتورهای بخار DIC توابع بخاری فیوژن و عامل بدنه دستگاه در یک مخلوط هوا و سوخت است. سوزاندن مخلوط ایجاد فشار بر روی قطعات متحرک موتور است.

بالا بردن دمای گاز کار به دست آورد، به طور قابل توجهی تغییر خواص از سوخت. متاسفانه، غیر ممکن است برای بدون محدودیت است. هر گونه مواد ساخت و ساز از موتور محفظه احتراق دارای نقطه ذوب آن است. مقاومت حرارتی این مواد - مشخصه اساسی موتور، و همچنین به طور قابل توجهی بهره وری تاثیر می گذارد.

بهره وری ارزش موتور

اگر ما در نظر توربین بخار، دمای ورودی بخار در حال کار برای 800 K برابر است، و گاز اگزوز - 300 K، بهره وری از دستگاه را به 62٪ برابر است. در واقع، با این حال، این مقدار از 40٪ تجاوز نمی کند. این کاهش رخ می دهد به دلیل از دست دادن حرارت در طول مسکن توربین های گرمایش.

بالاترین ارزش بهره وری از موتورهای احتراق داخلی می کند 44٪ تجاوز نمی کند. این مقدار را افزایش - پرسش از آینده ای نزدیک. تغییر خواص مواد، سوخت - این یک مشکل بیش که در استخدام بهترین ذهن بشر است.