Die doeltreffendheid van hitte-enjins. Die doeltreffendheid van 'n hitte-enjin - Formule

Moderne realiteite vereis hitte enjins breë operasie. Talle pogings om dit te vervang met 'n elektriese motors terwyl mislukking ondergaan. Die probleme wat verband hou met die opbou van krag in outonome stelsels, is opgelos met groot moeite.

Steeds relevant probleme van die vervaardiging van krag battery tegnologie wat gebaseer is op die gebruik daarvan langtermyn. Spoed eienskappe van elektriese voertuie is ver van diegene in motors, binnebrandenjins.

Die eerste stappe in die skepping van hibriede enjins kan die skadelike emissies aansienlik verminder in metropolitaanse gebiede, die oplossing van omgewingsprobleme.

'N bietjie geskiedenis

Die moontlikheid van transformasie van energie van stoom in kinetiese energie is bekend sedert antieke tye. 130 vC: Filosoof Geron Aleksandriysky aan die publiek stoom speelgoed - eolipil. Gebied vol stoom, het in rotasie onder die invloed wat voortspruit uit haar jets. Hierdie prototipe van die moderne stoomturbine ten tyde van die aansoek is nie gevind nie.

Vir baie jare en eeuse filosoof ontwikkeling dit was beskou as net 'n prettige speelgoed. In 1629 het die Italiaanse D. Branca n pro-aktiewe turbine. Paartjies in werking gestel die skyf voorsien lemme.

Van daardie oomblik af het die snelle ontwikkeling van stoomenjins.

hitte-enjin

Die transformasie van die interne energie van die brandstof in die energie van beweging van masjienonderdele en meganismes wat gebruik word in hitte-enjins.

Hoofdele van masjiene: 'n verwarmer (stelsel ontvang energie van buite), die werk liggaam (voer 'n voordelige effek), yskas.

Die verwarmer is ontwerp vir die werkende vloeistof om genoeg voorraad versamel van die interne energie vir nuttige werk. Yskas wegneem oortollige energie.

Die belangrikste kenmerk van doeltreffendheid is die doeltreffendheid van hitte-enjins genoem. Hierdie hoeveelheid toon watter deel van energie bestee in die verhitting van die bestee om nuttige werk verrig. Hoe hoër die doeltreffendheid, die voordelige werking van die masjien, maar hierdie waarde mag nie meer as 100%.

Berekening van doeltreffendheid

Laat verwarmer ekstern verkry energie gelyk aan Q _1. Gereedskap liggaam verbind werk A, terwyl die energie gegee yskas was Q _2.

Gebaseer op die bepaling, bereken ons die doeltreffendheid waarde:

η = A / V _1. Ons aanvaar dat A = Q ₁ - Q _2.

Vandaar die doeltreffendheid van die hitte-enjin, die formule van wat gegee word deur η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, kan die volgende gevolgtrekkings:

• Doeltreffendheid kan nie meer as 1 (of 100%);
• om hierdie hoeveelheid te maksimeer moet verhoog in óf die energie verkry uit 'n verwarmer, of 'n afname van energie gegee yskas;
• die verhoging van die verwarmer krag bereik 'n verandering van gehalte brandstof;
• verminder energie, gee die yskas, toe te laat om die ontwerp-elemente van die enjins te bereik.

'N ideale hitte-enjin

Is die skepping van so 'n enjin moontlik, die doeltreffendheid van die maksimum (in 'n ideale - gelykstaande aan 100%) sou wees? Vind die antwoord op hierdie vraag probeer om die Franse fisikus en 'n talentvolle ingenieur Sadi Carnot. In 1824 is sy teoretiese berekeninge oor die prosesse wat in die gasse vrygestel.

Die basiese idee vergestalt in die ideale masjien kan beskou word as gedrag omkeerbare prosesse met ideale gas. Begin met die uitbreiding van die gas isotermies by temperatuur T _1. Die hoeveelheid hitte wat nodig is vir hierdie doel, - Q _1. Na gas sonder die uitbreiding van hitte ( 'n adiabatiese proses). Na die bereik van die temperatuur T _2, word die gas isotermies saamgeperste deur verby die yskas energie Q _2. gas terugkeer na sy oorspronklike toestand is adiabaties uitgevoer.

Die doeltreffendheid van 'n ideale Carnot hitte-enjin met die presiese berekening is die verhouding van die verskil temperatuur tussen die verhitting en verkoeling toestel om 'n temperatuur, wat 'n verwarmer het. Dit lyk soos volg: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Moontlik termiese doeltreffendheid van die masjien, wat formule het die vorm: η = 1 - T ₂ / T _1, hang net af van die waarde van verwarmer en koeler temperature en kan nie meer as 100%.

Verder het hierdie verhouding in staat stel om te bewys dat die doeltreffendheid van hitte-enjins gelyk aan eenheid net vir die yskas kan wees absolute nul temperatuur. Soos bekend is, hierdie waarde is onbereikbaar.

Teoretiese berekeninge Carnot toelaat om die maksimum doeltreffendheid van 'n hitte-enjin van enige ontwerp bepaal.

Bewys Carnot se stelling is soos volg. Arbitrêre hitte-enjin onder geen omstandighede in staat is om doeltreffendheid hoër as dieselfde waardes van 'n ideale hitte-enjin doeltreffendheid het.

'N Voorbeeld van probleemoplossing

VOORBEELD 1. Wat doeltreffendheid van 'n ideale hitte-enjin, wanneer die verwarmer temperatuur is 800 C en ^die temperatuur van die yskas 500 ^C hieronder?

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

oplossing:

Per definisie: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Ons is nie gegewe temperatuur van die yskas, maar ΔT = (T ₁ - T _2), dus:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

Antwoord: doeltreffendheid = 46%.

Voorbeeld 2. Bepaal die doeltreffendheid van 'n ideale hitte-enjin, as gevolg van die energie verkry een kilojoules verwarmer uitgevoer nuttige werk 650 J. Wat is die temperatuur van die verwarmer van die hitte-enjin as koelmiddel temperatuur -. 400 K?

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

oplossing:

In hierdie taak, dit is 'n termiese installasie, die doeltreffendheid van wat kan bereken word deur die formule:

η = A / V _1.

Om die temperatuur van die verwarmer gebruik van formule doeltreffendheid van 'n ideale hitte-enjin te bepaal:

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

Uitvoering van wiskundige transformasies, verkry ons:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / V _1).

Ons bereken:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Antwoord: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

werklike toestande

'N ideale hitte-enjin ontwerp met die ideale prosesse. Die werk word uitgevoer slegs in isotermiese prosesse, dit word gedefinieer as die gebied wat begrens word deur die grafiek van die Carnot siklus.

Trouens, aan die voorwaardes vir die vloei van gas status veranderinge in die proses skep, sonder gepaardgaande veranderinge in temperatuur kan nie wees nie. Geen sodanige materiaal, wat die hitte-uitruiling met die omliggende voorwerpe sou uitsluit. Adiabatiese proses onmoontlik om uit te voer. In die geval van hitte-uitruiling gas temperatuur moet noodwendig verander.

Die doeltreffendheid van 'n warm masjiene geskep in real voorwaardes verskil aansienlik van die ideale doeltreffendheid van enjins. Let daarop dat die vloei van prosesse in real enjins gebeur so vinnig dat die variasie van die interne hitte-energie van die werk stof in die proses van sy volume verander nie kan vergoed word deur invloei van hitte hoeveelheid van 'n verwarmer en 'n koeler terugkeer.

Ander hitte-enjins

Real enjins bedryf op verskillende siklusse:

• Otto-siklus konstante volume proses met adiabatiese verandering, die skep van 'n geslote lus;
• Diesel siklus isobaar, adiabatiese, isochore, adiabatiese;
• 'n gasturbine: proses wat plaasvind by konstante druk, adiabatiese vervang sluit die lus.

Skep 'n balans prosesse in real-enjins in die moderne tegnologie (om hulle nader aan die ideaal te bring) nie moontlik is nie. Doeltreffendheid van hitte-enjins is aansienlik laer, selfs met dieselfde voorwaardes temperatuur as in die ideale hitte omgewing.

Maar dit is nie nodig om die rol berekening formule doeltreffendheid verminder van die Carnot siklus, soos dit is, dit 'n verwysing punt in die proses om die doeltreffendheid van die werklike enjins te verbeter.

Maniere om doeltreffendheid te verander

Deur vergelyking van ideale en werklike hitte-enjins, moet daarop gelet word dat die laaste temperatuur van die yskas nie arbitrêr kan wees. Gewoonlik yskas glo die atmosfeer. Om die temperatuur van die atmosfeer kan slegs by benadering berekeninge neem. Ervaring toon dat die koelmiddel temperatuur is die uitlaatgas in enjins, as dit gebeur in binnebrandenjins (afgekort as DVS).

DIC - die mees algemene in ons wêreld van hitte-enjin. Doeltreffendheid hitte-enjin in hierdie geval hang af van die temperatuur geskep deur brand brandstof. Die belangrikste verskil van DIC stoomenjins is die samesmelting verwarmer funksies en die bedryf toestel liggaam in 'n lug-brandstofmengsel. Brandende mengsel veroorsaak druk op die bewegende dele van die enjin.

Die verhoging van die werk gas temperatuur bereik word, aansienlik verander die eienskappe van die brandstof. Ongelukkig is dit onmoontlik om te doen sonder beperking. Enige materiaal van die konstruksie van die enjin verbrandingskamer het sy smeltpunt. Die termiese weerstand van die materiaal - die basiese kenmerk van die enjin, sowel as om aansienlik invloed op die doeltreffendheid.

Waardes enjin doeltreffendheid

As ons kyk na die stoomturbine, die temperatuur van die werk stoom inlaat wat gelykstaande is aan 800 K is, en die uitlaat gas - 300 K, die doeltreffendheid van die masjien is gelyk aan 62%. In werklikheid, egter, hierdie waarde nie meer as 40%. Hierdie vermindering plaasvind as gevolg van hitte verlies tydens verhitting turbine behuising.

Die hoogste waarde van die doeltreffendheid van binnebrandenjins nie meer as 44%. Toenemende hierdie waarde - die vraag van die nabye toekoms. die eienskappe van materiale te verander, brandstof - dit is 'n probleem oor wat in diens van die beste denkers van die mensdom.