Šiluminio variklio našumas. Šiluminio variklio našumo nustatymo formulė

Daugelio tipų mašinų našumas pasižymi tokiu svarbiu rodikliu kaip šiluminio variklio našumas. Inžinieriai kasmet stengiasi kurti pažangesnę techniką, kuri dėl mažesnių degalų sąnaudų duotų didžiausią naudą.

Šiluminio variklio įtaisas

Prieš suprasdami, koks efektyvumas yra (efektyvumas), turite suprasti, kaip veikia šis mechanizmas. Nežinodamas jo veikimo principų, neįmanoma paaiškinti šio rodiklio esmės. Terminis variklis yra prietaisas, kuris veikia naudojant vidinę energiją. Bet kuri terminė mašina, kuri paverčia šiluminę energiją mechanine energija, temperatūros pakilimui naudoja medžiagų terminį plėtimą. Kietojo kūno varikliuose galima ne tik keisti medžiagos tūrį, bet ir kūno formą. Tokio variklio veikimui taikomi termodinamikos įstatymai.

Veiklos principas

Norint suprasti, kaip veikia šilumos variklis, būtina apsvarstyti jo konstrukcijos pagrindus. Įrenginio veikimui reikalingi du kūnai: karštas (šildytuvas) ir šaltas (šaldytuvas, aušintuvas). Šiluminių variklių veikimo principas (šiluminių variklių efektyvumas) priklauso nuo jų tipo. Dažnai kondensatorius yra garo kondensatorius, o šildytuvas - bet koks kuro rūšis, deginantis krosnį. Idealiojo šiluminio variklio našumas nustatomas pagal šią formulę:

Efektyvumas = (šildymas, aušinimas) / šildymas. X 100%.

Tokiu atveju tikrojo variklio našumas niekada negali viršyti verčių, gautų pagal šią formulę. Be to, šis rodiklis niekada neviršys pirmiau nurodytos vertės. Norėdami padidinti efektyvumą, dažniausiai padidinkite šildytuvo temperatūrą ir sumažinkite šaldytuvo temperatūrą. Abu šie procesai bus apriboti faktinėmis įrangos eksploatavimo sąlygomis.

Šiluminio variklio efektyvumas (formulė)

Kai veikia šilumos variklis, darbas atliekamas, nes dujos pradeda prarasti energiją ir atvėsina iki tam tikros temperatūros. Pastarasis, kaip taisyklė, yra kelis laipsnius aukštesnis nei aplinkinė atmosfera. Tai yra šaldytuvo temperatūra. Toks specialus įrenginys skirtas aušinimui ir vėdinamo garo kondensavimui. Kur yra kondensatoriai, šaldytuvo temperatūra kartais yra žemesnė už aplinkos temperatūrą.

Šilumos variklyje kūnas, kai šildomas ir išsiplėtęs, negali atlikti visos savo vidinės energijos, kad atliktų darbą. Kai kuri šilumos dalis bus perkelta į šaldytuvą kartu su išmetamomis dujomis arba garu. Ši šiluminės vidaus energijos dalis neišvengiamai prarandama. Darbinis korpusas, deginant kuro, iš šildytuvo gauna tam tikrą šilumos kiekį Q ₁ . Tuo pačiu metu jis vis dar atlieka darbą A, per kurį šilumos energiją dalis perkelia į šaldytuvą: Q ₂ 1 .

Efektyvumas apibūdina variklio efektyvumą energijos konversijos ir perdavimo srityje. Šis rodiklis dažnai matuojamas procentais. Efektyvumo formulė:

N * A / Qx100%, kur Q - panaudota energija, A - naudingas darbas.

Remdamiesi energijos taupymo įstatymais galime daryti išvadą, kad efektyvumas visada bus mažesnis už vienybę. Kitaip tariant, naudingas darbas niekada nebus daugiau nei juo išleista energija.

Variklio efektyvumas yra naudingo darbo santykis su energija, apie kurią pranešta šildytuvo. Jis gali būti pateiktas tokia formule:

Η = (Q1-Q2) / Q1, kur Q1 yra iš šildytuvo gaunama šiluma, o Q ₂ - tai šaldytuvui suteikta šiluma.

Šilumos variklio veikimas

Šiluminio variklio atliktas darbas apskaičiuojamas pagal šią formulę:

A = | Q _H | - | Q _X |, kur A yra darbas, Q _H - šilumos, gautos iš šildytuvo, kiekis, Q _X - aušintuvui suteikta šilumos suma.

Šiluminio variklio našumas (formulė):

| Q _H | - | Q _X |) / | Q _H | = 1 - | Q _X | / | Q _H |

Tai atitinka variklio atlikto darbo ir gautos šilumos kiekio santykį. Šio energijos perdavimo dalis yra prarasta.

Carnot variklis

Maksimalus šiluminio variklio efektyvumas yra pažymėtas "Carnot" įrenginyje. Taip yra dėl to, kad šioje sistemoje tai priklauso tik nuo šildytuvo (Tn) ir aušintuvo (Tx) absoliučios temperatūros. Šiluminio variklio, veikiančio Carnot cikle, našumas nustatomas pagal šią formulę:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Termodinamikos įstatymai leido apskaičiuoti maksimalų galimą efektyvumą. Pirmą kartą šį skaičių apskaičiavo prancūzų mokslininkas ir inžinierius Sadi Carnot. Jis atėjo su šilumos mašina, kuri veikė idealus dujas. Jis veikia pagal 2 izotermus ir 2 adiabatus. Jo veikimo principas yra gana paprastas: šildytuvo kontaktas su dujomis veda į indą, todėl darbinė terpė izotermiškai plečiasi. Tokiu būdu jis veikia ir gauna tam tikrą šilumos kiekį. Po to, kai indas yra izoliuotas. Nepaisant to, dujos toliau didėja, tačiau jau yra adiabatyviai (be šilumos mainų su aplinka). Šiuo metu jo temperatūra nukrenta į šaldytuvą. Šiuo metu dujos jungiasi prie kondensatoriaus, kuris suteikia tam tikrą šilumos kiekį izometriniu suspaudimu. Tada indas vėl izoliuotas. Tuo pačiu metu dujos adiabatiškai suspaudžiamos iki pradinio tūrio ir būklės.

Veislės

Šiuo metu yra daugybė rūšių šiluminių variklių, kurie veikia skirtingais principais ir skirtingais degalais. Jie visi turi savo efektyvumą. Tai apima:

• Vidaus degimo variklis (stūmoklis), kuris yra mechanizmas, kai dalis degimo kuro cheminės energijos patenka į mechaninę energiją. Tokie įtaisai gali būti dujų ir skysčių. Atskirkite 2- ir 4-taktų variklius. Jie gali turėti nuolatinį darbo ciklą. Degalų mišinio paruošimo metodu tokie varikliai yra karbiuratorius (su išorinio mišinio formavimu) ir dyzelinas (su vidine). Pagal energijos keitiklio tipus jie yra suskirstyti į stūmoklius, reaktyvinius, turbinos, sujungti. Tokių mašinų našumas neviršija 0,5.

• Stirlingo variklis yra prietaisas, kuriame veikianti terpė yra uždaroje erdvėje. Tai yra išorinio degimo variklio tipas. Jo veikimo principas yra pagrįstas periodiniu aušinimu / šildymu kūne ir energijos gamyba dėl jo kiekio pasikeitimo. Tai vienas iš efektyviausių variklių.

• Turbininis (sukamasis) variklis su išoriniu degalų deginimu. Tokie įrenginiai dažniausiai būna šiluminėse elektrinėse.

• Turbina (rotacinė) ICE naudojama šiluminėse jėgainėse esant maksimaliam režimui. Ne tokia bendra, kaip kiti.

• Turbinos variklis dėl sraigto sukuria tam tikrą traukos dalį. Likusį jis gauna dėl išmetamųjų dujų. Jos konstrukcija yra sukamasis variklis (dujų turbina), ant veleno, prie kurio pritvirtinamas oro sraigtas.

Kiti šiluminių variklių tipai

• raketiniai, turboreaktyviniai ir reaktyviniai varikliai, kurie traukia traukos procesą grąžinant išmetamąsias dujas.

• Kietojo kuro varikliai naudoja kietą kuro rūšį. Dirbant nekeičia jo apimtis, bet jo forma. Naudojant įrangą, naudojamas itin mažas temperatūros kritimas.

Kaip pagerinti efektyvumą

Ar įmanoma padidinti šilumos variklio efektyvumą? Reikia ieškoti termodinamikos. Ji studijuoja skirtingų rūšių energijos permainas. Nustatyta, kad visą galimą šiluminę energiją neįmanoma konvertuoti į elektros, mechaninius ir tt Tuo pačiu metu jų transformavimas į šiluminę energiją vyksta be jokių apribojimų. Tai įmanoma dėl to, kad šiluminės energijos pobūdis yra pagrįstas nestabiliu (chaotišku) dalelių judesiu.

Kuo daugiau šildomas kūnas, tuo greičiau judės molekulės, sudarančios jį. Dalelių judėjimas tampa net nereikšmingesnis. Be to, visi žino, kad tokia tvarka gali būti lengvai paversta chaosu, o tai yra labai sunku užsisakyti.