Efektiivsus soojusjõumasinates. Efektiivsus soojusmootorit - Formula

Modern tegelikkus nõuab soojusjõumasinates lai operatsiooni. Arvukad katsed asendada need elektrimootorid samas toimumas ebaõnnestumine. Probleemid, mis on seotud kogunemine võimu autonoomsed süsteemid, on lahendatud suurte raskustega.

Ikka asjakohaseid probleeme tootmise võimsus aku tehnoloogia põhineb nende pikaajaline kasutamine. Speed elektrisõidukite näitajad on kaugel need autod, sisepõlemismootorid.

Esimesed sammud loomine hübriid mootorid võib oluliselt vähendada kahjulike heidete suurlinnades, keskkonnaprobleemide lahendamisele.

Pisut ajalugu

Võimalus ümberkujundamine energia auruga kineetiline energia on tuntud juba ammustest aegadest. 130 eKr: tarkade geron Aleksandriysky esitatakse publikule auru mänguasi - eolipil. Sphere täis auru, tuli rotatsiooni mõjul pärinevad tema joad. See prototüüp kaasaegse auruturbiin ajal rakendus ei leitud.

Aastaid ja sajandi filosoof arengu peeti lihtsalt lõbus mänguasi. 1629. aastal Itaalia D. Branca loodud ennetava turbiini. Paarid käima kettalt teraga.

Alates sellest hetkest hakkas kiire areng aurumasinad.

soojusmootorit

Ümberkujundamine sisemise energia kütusel energia liikumise masinaosade ja mehhanismid, mida kasutatakse soojuse mootorid.

Peamised masinaosad: küttekeha (süsteemi saavad energiat väljastpoolt), tööorgan (täidab kasulikku toimet), külmik.

Keris on mõeldud töövedeliku koguda piisavalt varu sisemise energia kasulikku tööd. Külmkapp võtab ära üleliigse energia.

Peamine tunnus tõhususe nimetatakse tõhusust soojusjõumasinates. See kogus näitab, milline osa energiat, mis kulub soojendamiseks kulutatud teha kasulikku tööd. Mida kõrgem on Tõhususe soodsam seadme erinevaid, kuid see väärtus ei tohi ületada 100%.

Kasuteguri arvutamiseks

Olgu kütteseade väliselt omandatud energia on võrdne Q _1. Tööriistad keha toime töö A, samas kui energia antud külmkapis oli Q _2.

Tuginedes määramiseks, me tõhususe arvutamiseks väärtus:

η = A / _Q1. Me eeldame, et A = Q ₁ - _Q2.

Seega efektiivsuse soojusmootorit, mille valemis on antud η = _(Q1 - _Q2) / _Q1 = 1 - _Q2 / _Q1, lahtrisse järgmised järeldused:

• Efektiivsus ei tohi ületada 1 (või 100%);
• maksimeerida see kogus tuleb suurendada kas saadud energia kütteseadme või vähenemine energia antud külmik;
• suurendades kerise võimsus saavutada muutus kütuse kvaliteedi;
• vähendada energia, annab külmkapp, lubada, et saavutada disainiomadused mootorid.

Ideaalne soojusmasin

Kas loomist sellise mootoriga võimalik, mille kasutegur oleks maksimaalne (ideaalses - võrdne 100%)? Vastuse sellele küsimusele püüdis Prantsuse füüsik ja andekas insener Sadi Carnot. 1824. tema teoreetiliste arvutuste kohta toimuvate protsesside gaasid vabastatud.

Põhiidee kehastab ideaalne masin võib pidada käitumist pöörduv protsesside ideaalne gaas. Alustades gaasi paisumise isotermiliselt temperatuuri T _1. Soojahulka vajalik selleks, - Q _1. Pärast gaasi ilma laieneb soojust (adiabaatiline protsess). Pärast jõudmist temperatuuril _T2, gaas kokku surutakse isotermiliselt sooritades külmkapist energiat _Q2. gaasi tagasi algsesse olekusse toimub adiabaatiliseld.

Efektiivsus ideaalne Carnot soojuse mootor täpne arvestus on suhe temperatuuri vahe kütte ja jahutuse seade temperatuuri, mis on küttekeha. See näeb välja selline: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Võimalik soojuslik kasutegur masina mille valemis on kujul: η = 1 - _T2 / _T1, sõltub ainult väärtus kütteseadme ja madalamad temperatuurid ja ei saa olla suurem kui 100%.

Pealegi on see suhe võimaldab ühe tõestada, et tõhususe soojusjõumasinates võib olla võrdne ühega ainult siis, kui külmkapp absoluutne null temperatuuri. Nagu teada, on see väärtus kättesaamatu.

Teoreetiline arvutused Carnot võimaldavad määrata maksimaalne tõhusus soojusmootorit tahes disain.

Tõestatud Carnot teoreem on järgmine. Suvalised soojusmootorit mingil saama kõrgemast samu väärtusi ideaalse soojusmootorit tõhusust.

Näiteks probleemilahendus

NÄIDE 1. Mis tõhusust ideaalne soojusmasin, kui kütteseade temperatuur on 800 C ja ^temperatuuri külmkapis 500 ^C allpool?

_T1 = 800 ^{° C} = 1073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

lahendus:

Definitsiooni järgi: η = (T ₁ - _T2) / _T1.

Me ei olnud antud temperatuuril külmikust, kuid AT = (T ₁ - _T2), seega:

η = AT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0,46.

Vastus: efektiivsus = 46%.

Näide 2. Määrata tõhusust ideaalne soojusmasin, kui tänu energia omandatud ühe kilodžaulides küttekeha läbi kasulikku tööd 650 J. Mis on temperatuur kerise kuumus kui jahutusvedeliku temperatuur -. 400 K?

_Q1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, _T2 = 400 K, η - ?, _T1 =?

lahendus:

Selle ülesande, see on termiline rajatis, mille efektiivsus saab arvutada järgmise valemi abil:

η = A / _Q1.

Et määrata temperatuuri kütteseadme valemiga tõhusust ideaalne soojusmasin:

η = (T ₁ - _T2) / _T1 = 1 - _T2 / _T1.

Performing matemaatilisi teisendusi, saame:

_T1 = _T2 / (1- η).

_T1 = _T2 / (1- A / _Q1).

Me arvutame:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Vastus: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

tegelikes tingimustes

Ideaalne soojusmasin loodud ideaalne protsesse. Töö toimub ainult isotermiline protsesse, on määratletud kui piiratud alal graafik Carnot tsükkel.

Tegelikult luua tingimused gaasivoolu seisundi muutused protsessis, ilma kaasnevate temperatuuri muutused ei saa. Pole sellist materjali, mis välistavad soojusvahetust ümbritseva objektide kohta. Adiabaatiline protsess muutub võimatuks teostada. Juhul soojusvahetus gaasi temperatuur peab tingimata muuta.

Efektiivsus termilise masinad loodud reaalsetes tingimustes oluliselt erineda ideaalne tõhusust mootorid. Pange tähele, et voolu protsesside reaalses mootorid juhtub nii kiiresti, et variatsioon sisemise soojusenergia tööpäeva aine protsessi muutes selle maht ei saa kompenseerida sissevool soojuse kogus kütteseadme ja jahedam tagasi.

Muud soojusjõumasinates

Real mootorid töötavad erinevatel tsüklit:

• Otto tsükli konstantse mahu protsessi adiabaatiliselt muutust, luues suletud silmuse;
• Diiselmootori isobaar, adiabaatiliselt, Isochore, adiabaatiliselt;
• gaasiturbiini: protsessi esinev konstantse rõhu juures, adiabaatiliselt asendati sulgeb ringi.

Loo tasakaalu protsesside reaalses mootorid (tuua neid lähemale ideaalne) kaasaegset tehnoloogiat ei ole võimalik. Tõhusust soojusjõumasinates on oluliselt madalam, isegi sama temperatuuri tingimustes nagu ideaalne termofikseerimine.

Aga see ei ole vajalik, et vähendada rolli arvutamise valem tõhususe Carnot tsükkel, nagu ta on, see muutub tugipunkti protsessi tõhustamiseks tegelikud mootorid.

Võimalusi muuta tõhususe

Läbi võrdlus ideaalne ja tegelik soojusjõumasinates tuleb märkida, et viimase temperatuur külmikus ei saa olla meelevaldne. Tavaliselt külmkapis usuvad atmosfääri. Võtma temperatuur atmosfääris võib ainult ligikaudsed arvutused. Kogemus näitab, et jahutusvedeliku temperatuur on heitgaasi mootorid, nagu see juhtub sisepõlemismootorites (lühendatult DVS).

DIK - kõige levinum meie maailma soojuse mootor. Tõhusust soojusmootorit antud juhul sõltub temperatuurist loodud põlev kütus. Oluline erinevus on DIK aurumasinad on fusion kütteseade funktsioone ja juhtseadiseta keha õhu-kütuse segu. Burning segu loob surve liikuvad osad mootori.

Tõstmine töötamise gaasi temperatuur saavutatakse märkimisväärselt omaduste muutmine kütuse. Kahjuks ei ole võimalik teha ilma piiranguteta. Iga ehitusmaterjal mootori põlemiskambri on sulamistemperatuuri. Soojustakistus selliste materjalide - põhilised iseloomulikud mootori, samuti oluliselt mõjutada efektiivsust.

Väärtused mootori tõhusust

Kui vaatleme auruturbiin, temperatuuri töötavad auru sisselaske mis on võrdne 800 K, ja heitgaasi - 300 K, tõhususe masin on võrdne 62%. Tegelikkuses aga see väärtus ei ületa 40%. See vähenemine on põhjustatud soojuse kadu soojendus turbiini korpus.

Kõrgeim väärtus tõhusust sisepõlemismootorite ei ületa 44%. Suurendamine see väärtus - küsimus lähitulevikus. Muutuv materjalide omaduste, kütuse - see on probleem, mille üle töötab parimaid teadlasi inimkonna.