Učinkovitost termalnog motora Učinkovitost termičkog motora - formula za određivanje

Učinak mnogih tipova strojeva karakterizira takav važan pokazatelj kao i učinkovitost toplinskog motora. Inženjeri svake godine nastoje stvoriti napredniju tehniku ​​koja bi uz niže troškove goriva dala maksimalan rezultat od njegove uporabe.

Uređaj termalnog motora

Prije nego što shvatite što je učinkovitost (učinkovitost), morate razumjeti kako funkcionira taj mehanizam. Bez poznavanja načela njegova djelovanja, nemoguće je pojasniti bit ovog pokazatelja. Termalni motor je uređaj koji djeluje kroz unutarnju energiju. Bilo koji toplinski stroj koji se okreće toplinska energija u mehaničkim, uporabama toplinsko širenje tvari s povećanom temperaturom. U motorima čvrstog stanja, moguće je ne samo promijeniti volumen tvari, već i oblik tijela. Djelovanje takvog motora podliježe zakonima termodinamike.

Načelo funkcioniranja

Da bismo shvatili kako toplinski motor radi, potrebno je razmotriti osnovu svog dizajna. Dva su tijela potrebna za funkcioniranje uređaja: vruće (grijač) i hladno (hladnjak, hladnjak). Načelo rada termo motora (učinkovitost toplinskih motora) ovisi o vrsti. Često je kondenzator kondenzator pare, a grijač je bilo koji tip goriva koji gori u peći. Učinkovitost idealnog toplinskog motora dana je sljedećom formulom:

Učinkovitost = (grijanje - hlađenje) / grijanje. x 100%.

U ovom slučaju, učinkovitost pravih motora nikada ne može prijeći vrijednosti dobivene prema ovoj formuli. Također, ta brojka nikada neće premašiti gornju vrijednost. Da bi se povećala učinkovitost, najčešće se povećava temperatura grijača i smanjuje temperaturu hladnjaka. Oba ova procesa bit će ograničena stvarnim radnim uvjetima opreme.

Učinkovitost termičkog motora (formula)

Kada se toplinski motor radi, obavlja se rad, jer plin počinje gubiti energiju i hladi se do određene temperature. Potonji je, u pravilu, nekoliko stupnjeva veći od okolne atmosfere. Ovo je temperatura hladnjaka. Ovaj poseban uređaj dizajniran je za hlađenje s naknadnom kondenzacijom ispušne pare. Gdje postoje kondenzatori, temperatura hladnjaka ponekad je niža od temperature okoline.

U toplinskom motoru, tijelo, kada se grije i širi, ne može dati svu svoju unutarnju energiju za obavljanje posla. Neki dio topline će biti zajedno s hladnjakom ispušnih plinova ili pare. Ovaj dio toplinske unutarnja energija neizbježno je izgubljen. Radno tijelo, kada sagorijeva gorivo, prima od grijača određenu količinu topline Q₁. Istovremeno, i dalje radi A, tijekom kojeg prelazi u hladnjak dio toplinske energije: Q₂₁.

Učinkovitost karakterizira učinkovitost motora u sferi pretvorbe i prijenosa energije. Ovaj se pokazatelj često mjeri u postotcima. Formula učinkovitosti:

eta * A / Qx100%, gdje Q je potrošena energija, a A je koristan rad.

Polazeći od zakona očuvanja energije možemo zaključiti da će učinkovitost uvijek biti manja od jedinstva. Drugim riječima, korisni rad nikada neće biti više od energije utrošene na nju.

Učinkovitost motora je odnos korisnog rada s energijom koju je izvijestio grijača. Može se prikazati u obliku sljedeće formule:

eta- = (Q₁-P₂) / Q₁, gdje Q₁ - toplina dobivena od grijača i Q₂ - dane hladnjaku.

Rad topline

Rad koji vrši toplinski motor izračunava se sljedećom formulom:

A = | Q_H| | - | Q_X|, gdje je A posao, Q_H - količina topline dobivene od grijača, Q_X - količinu topline koja se daje hladnjaku.

Učinkovitost toplinskog motora (formula):

| Q_H| | - | Q_X|) / | Q_H| | = 1 - | Q_X| / | Q_H| |

To je jednak omjeru rada motora i količine primljene topline. Dio toplinske energije u ovom prijenosu je izgubljen.

Carnotov motor

Maksimalna učinkovitost toplinskog motora zabilježena je u Carnot uređaju. To je zbog činjenice da u ovom sustavu ovisi samo o apsolutnoj temperaturi grijača (Tn) i hladnjaku (Tx). Učinkovitost toplinskog motora radi Carnotov ciklus, određuje se sljedećom formulom:

(T - T) / Tn = - T - t.

Zakoni termodinamike omogućili su izračunavanje maksimalne učinkovitosti koja je moguća. Po prvi put je ta brojka izračunala francuski znanstvenik i inženjer Sadi Carnot. Uslijedio je toplinski motor koji je radio na idealnom plinu. Djeluje na ciklusu od 2 izoterme i 2 adiabata. Princip njegova djelovanja je vrlo jednostavan: kontakt s grijačem je napravljen s kontaktom grijača, tako da se radni medij širi izotermno. Na taj način funkcionira i prima određenu količinu topline. Nakon što je posuda izolirana. Unatoč tome, plin se nastavlja širiti, ali već adiabatski (bez razmjene topline s okolinom). U ovom trenutku njegova temperatura pada u hladnjak. U ovom trenutku, plin dolazi u kontakt s kondenzatorom, što daje određenu količinu topline pod isometrijskom kompresijom. Zatim je posuda opet izolirana. Plin se adiabatski komprimira u izvorni volumen i stanje.

vrsta

Danas postoje mnoge vrste toplinskih motora koji rade na različitim načelima i različitim gorivima. Svi oni imaju svoju učinkovitost. To uključuje sljedeće:

• Motor s unutarnjim izgaranjem (klip), koji je mehanizam gdje dio kemijske energije goriva izgaranja prelazi u mehaničku energiju. Takvi uređaji mogu biti plin i tekućina. Razlikovati između 2- i 4-taktnih motora. Oni mogu imati kontinuirani radni ciklus. Metodom pripreme mješavine goriva, takvi motori su rasplinjač (s vanjskim oblikovanjem mješavine) i dizel (s unutarnjim). Po tipovima pretvarača energije oni su podijeljeni u klip, reaktivni, turbina, kombinirani. Učinkovitost takvih strojeva ne prelazi 0,5.

• Stirlingov motor je instrument u kojem je radni medij u ograničenom prostoru. To je vrsta vanjskog motora sagorijevanja. Princip njegova djelovanja temelji se na povremenom hlađenju / grijanju tijela s proizvodnjom energije zbog promjena u volumenu. Ovo je jedan od najučinkovitijih motora.

• Turbinski (rotacijski) motor s vanjskim izgaranjem goriva. Takva se postrojenja najčešće nalaze u termoelektranama.

• Turbinska (rotirajuća) ICE se koristi u termoelektranama u vrhunskom načinu rada. Nisu baš česti kao ostali.

• Turbinski motor zbog vijka stvara dio potiska. Ostatak koji prima zbog ispušnih plinova. Njegov dizajn je rotacijski motor (plinska turbina), na osovini čiji je vijak za zrak umetnut.

Ostale vrste toplinskih motora

• Raketni, turbojet i jet motora, koji primaju vuču kroz povrat ispušnih plinova.

• Solid-state motori koriste čvrsto kao gorivo. Prilikom rada, ne mijenja se volumen, već njezin oblik. Pri upravljanju opremom koristi se izuzetno mali pad temperature.

Kako poboljšati učinkovitost

Je li moguće povećati učinkovitost topline? Odgovor se mora tražiti u termodinamici. Proučava međusobne transformacije različitih vrsta energije. Utvrđeno je da je nemoguće pretvoriti sve raspoložive toplinske energije u električnu, mehaničku i m. N. Za to ih pretvoriti u toplinu odvija bez ikakvih ograničenja. To je moguće zbog činjenice da se priroda termalne energije temelji na poremećenom (kaotičnom) gibanju čestica.

Što više tijelo zagrijava, brže će molekule koje čine to pomaknuti. Kretanje čestica će postati još neuobičajeno. Uz to, svi znaju da se red lako može pretvoriti u kaos, što je vrlo teško naručiti.