Formado, Malĉefa eduko kaj lernejoj
La efikeco de varmo motoroj. La efikeco de termika motoro - Formulo
Moderna realaĵoj postulas varmegon motoroj larĝa operacio. Multnombraj provoj anstataŭigi ilin per elektraj motoroj dum spertas fiasko. La problemoj asociitaj kun la amasiĝo de potenco en aŭtonomaj sistemoj, estas solvitaj kun granda malfacileco.
Ankoraŭ gravaj problemoj de fabrikado potenco baterio teknologio bazita sur ilia longtempa uzo. Rapido karakterizaĵoj de elektraj veturiloj estas malproksimaj de tiuj en aŭtoj, motoroj de interna brulado.
La unuaj paŝoj en la kreo de híbrido motoroj povas signife redukti la malutilaj emisiones en metropolaj areoj, solvi mediajn problemojn.
Iom de historio
La ebleco de transformo de energio de vaporo en kineta energio estis konata ekde antikvaj tempoj. 130 aK: Filozofo Geron Aleksandriysky prezentita al la spektantaro vaporo ludilo - eolipil. Sfero plena de vaporo, aperis en rotacio sub la influo kiu emanas de ŝi jetoj. Tiu prototipo de la moderna vaporo turbino en la tempo de apliko ne trovita.
Dum multaj jaroj kaj jarcento filozofo evoluo estis konsiderita nur amuza ludilo. En 1629 la itala D. Branca kreis proactiva turbino. Paroj cent jaroj iniciatis la disko provizita per klingoj.
De tiu momento komencis la rapidan evoluon de vapormaŝinoj.
termika motoro
La transformo de la interna energio de la fuelo en la energio de moviĝo de maŝino partojn kaj mekanismoj uzitaj en varmeco motoroj.
Ĉefa partoj de maŝinoj: calentador (sistemo ricevi energion de ekstere), la laboranta korpo (elfaras efekton beneficioso), fridujo.
La hejtilo desegnita por la laboranta fluido amasigi sufiĉe stoko de la interna energio por utila laboro. Fridujo forprenas eksceso energio.
La ĉefa karakterizaĵo de efikeco estas nomita la efikeco de varmo motoroj. Tiu kvanto montras kio parto de la energio elspezita en hejti la elspezita plenumi utilan laboron. Ju pli alta la efikeco, la ventajosa operacio de la maŝino, sed ĉi tiu valoro ne superas 100%.
Ŝtono de efikeco
Lasu hejtilo ekstere akirita energio egala al Q 1. Iloj korpo farita laboro A, dum la energio donita fridujo estis Q 2.
Bazita sur la determino, ni kalkulas la efikeco valoro:
η = A / Q 1. Ni supozas ke A = Q 1 - Q 2.
Pro tio la efikeco de la termika motoro, la formulo de kiu estas donita per η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, permesas la sekvajn konkludojn:
- Efikeco ne povas superi 1 (aŭ 100%);
- maksimumigi ĉi kvanto devas pliigi en aŭ la energio akirita de hejtilo, aŭ malpliigo de energio donita fridujo;
- pliigante la hejtilo povon atingi ŝanĝon de karburaĵo kvalito;
- redukti energio, donas la fridujo, ili permesas atingi la dezajnelementoj de la motoroj.
Idealo varmego motoro
Ĉu la kreado de tia motoro eblas, la efikeco de kiu estus la maksimuma (en ideala - egalas al 100%)? Trovu la respondo al tiu demando klopodis franca fizikisto kaj talenta inĝeniero Sadi Carnot. En 1824 liaj teoriaj kalkuloj pri la procezoj okazantaj en la gasoj estis liberigitaj.
La baza ideo enkorpigita en la ideala maŝino povas esti konsiderata konduto reversibles procezoj kun ideala gaso. Komencante kun vastiĝo de la gaso isothermally je temperaturo T 1. La kvanto de varmo necesa por tiu celo, - Q 1. Post gaso sen vastigante varmego (kiel adiabática procezo). Post atingi la temperaturon T 2, la gaso estas kunpremita isothermally aprobante la fridujo energio Q 2. gaso reveno al ĝia origina stato estas farata adiabatically.
La efikeco de ideala Ciklo de Carnot kun la ĝusta kalkulo estas la rilatumo de la temperaturo diferenco inter la hejtado kaj malvarmigo aparato al temperaturo, kiu havas hejtilo. Aspektas tiel: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Eblaj termika efikeco de la maŝino, kiu formulo havas la formon: η = 1 - T 2 / T 1, dependas nur de la valoro de hejtilo kaj pli malvarmeta temperaturoj kaj ne povas esti pli granda ol 100%.
Cetere, ĉi rilato ebligas al pruvi, ke la efikeco de varmo motoroj povas esti egala al unueco nur kiam la fridujo absoluta nulo de temperaturo. Kiel estas konata, ĉi tiu valoro estas neatingebla.
Teoriaj kalkuloj Carnot permesas determini la maksimuma eficiencia de termika motoro de ajna dezajno.
Pruvita Carnot teoremon kiel sekvas. Arbitra varmego motoro neniel povis havi efikeco altaj ol la samaj valoroj de ideala varmego motoro efikeco.
Ekzemplo de problemo solvi
EKZEMPLO 1. Kio efikeco de ideala varmego motoro, kiam la hejtilo temperaturo estas 800 C kaj la temperaturo de la fridujo 500 C sube?
T 1 = 800 ° C = 1073 K, ΔT = 500 ° C = 500 K, η -?
solvo:
Per difino: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Ni ne donas temperaturo de la fridujo, sed ΔT = (T 1 - T 2), de ĉi tie:
η = ΔT / T 1 = 500K / 1073 K = 0,46.
Respondo: efikeco = 46%.
Ekzemplo 2. Determini la efikecon de ideala varmego motoro, se pro la energio akirita unu kilojoules hejtilo farita utila laboro 650 J. Kia estas la temperaturo de la hejtilo de la termika motoro se refrigerante temperaturo -. 400 K?
Q 1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 =?
solvo:
En ĉi tiu tasko, ĝi estas termika instalado, la efikeco de kiu povas esti kalkulita per la formulo:
η = A / Q 1.
Determini la temperaturo de la hejtilo uzante formulo efikeco de ideala varmego motoro:
η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.
Performing matematikaj transformoj, ni akiras:
T 1 = T 2 / (1- η).
T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).
Ni kalkulas:
η = 650 J / 1000 J = 0.65.
T = 400 K 1 / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.
Respondo: η = 65%, T 1 = 1142.8 K.
reala kondiĉoj
Idealo varmego motoron desegnita kun la idealaj procezoj. La laboro estas farata nur en isotérmicas procezoj, ĝi estas difinita kiel la areo limigita de la grafo de la Ciklo de Carnot.
Fakte, por krei la kondiĉojn por la fluo de gaso statuso ŝanĝoj en la procezo, sen acompañantes ŝanĝoj en temperaturo ne povas esti. Ne tiaj materialoj, kiu ekskludus la varmego interŝanĝo kun la ĉirkaŭa objektoj. Adiabática procezo iĝas neebla efektivigi. Ĉe varmego interŝanĝo gaso temperaturo devas nepre ŝanĝi.
La efikeco de termika maŝinoj kreitaj en reala kondiĉoj diferencas signife de la ideala efikeco de motoroj. Notu ke la fluo de procezoj en reala motoroj okazas tiel rapide, ke la variado de la interna termika energio de laboranta substanco en la procezo de ŝanĝo de ĝia volumeno ne estas kompensitaj de enfluo de varmeco kvanto de hejtilo kaj pli malvarmeta reveno.
Aliaj termikaj motoroj
Reala motoroj operacii sur malsamaj cikloj:
- Otto ciklo konstanta volumeno procezo kun adiabática ŝanĝo, kreante fermita maŝo;
- Dizela ciklo isobar, adiabática, isochore, adiabática;
- turbino de gaso: procezo okazas ĉe konstanta premo, adiabática anstataŭita fermas la ciklo.
Krei ekvilibra procezoj en reala motoroj (por alporti ilin pli proksima al la idealo) en moderna teknologio ne eblas. Efikeco de termikaj motoroj estas signife pli malalta, eĉ kun la sama temperaturo kondiĉoj kiel en la ideala varmo opcio.
Sed ne necese redukti la rolon kalkulo formulo efikeco de la Ciklo de Carnot, kiel ĝi estas, ĝi fariĝas referencpunkto en la procezo por plibonigi la efikecon de veraj motoroj.
Vojoj ŝanĝi efikeco
Tra komparo de idealo kaj reala varmo motoroj, ni notu, ke la lasta temperaturo de la fridujo ne povas esti arbitra. Kutime fridujo kredas la atmosfero. Preni la temperaturo de la atmosfero povas nur proksimumaj ŝtonoj. Sperto montras ke la refrigerante temperaturo estas la gasoj en motoroj, kiel ĝi okazas en interna brulado (mallongigita kiel DVS).
DIC - la plej ofta en nia mondo de termika motoro. Efikeco varmego motoro en ĉi tiu kazo dependas de la temperaturo kreita de brulanta fuelo. La esenca diferenco de DIC vapormaŝinoj estas la fandado hejtilo funkcioj kaj la mastruma aparato korpon en aero-miksaĵo de brulaĵo. Brulanta miksaĵo kreas premon sur la movanta partoj de la motoro.
Levinte la laboranta gaso temperaturo estas atingita, signife ŝanĝi la ecojn de la karburaĵo. Bedaŭrinde, estas neeble fari sen limo. Ajna materialo de konstruo de la motoro brulado havas sian frostopunkto. La termika rezisto de tiaj materialoj - la baza karakterizaĵo de la motoro, kaj ankaŭ al signife influas la efikeco.
Valoroj motoro efikeco
Se ni konsideras la vaporo turbino, la temperaturo de la laboranta vaporo golfo kiu estas egala al 800 K, kaj la gasoj - 300 K, la efikeco de la maŝino estas egala al 62%. Efektive, tamen, ĉi tiu valoro ne superas la 40%. Tiu redukto okazas pro varmo perdo dum hejtado turbino loĝado.
La plej alta valoro de la efikeco de interna brulado ne superas 44%. Kreskanta tiu valoro - la demando de la proksima estonteco. Ŝanĝi la ecoj de materialoj, karburaĵo - tio estas problemo super kiu uzas la plej bonaj mensoj de la homaro.
Similar articles
Trending Now