Efikasnost toplote motora. Efikasnost toplote motora - Formula

Video: 21.10 Heat motore i njihovu efikasnost. Carnot ciklus

Moderni realnosti zahtijevaju topline motora široku operaciju. Brojnih pokušaja da ih zamijeni s elektromotora, dok prolazi kroz neuspjeh. Problemi vezani za akumulaciju energije u autonomnih sistema, rješavaju uz velike teškoće.

I dalje relevantan problemi tehnologije proizvodnje energije baterije na osnovu dugoročno korištenje. karakteristike brzina electromobiles daleko od tih automobila na motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem.

Prvi koraci u stvaranju hibridnih motora može značajno smanjiti štetne emisije u gradskim područjima, rješavanje ekoloških problema.

Malo istorije

Mogućnost transformacije energije pare u kinetičku energiju je poznata još od davnina. 130 BC: Filozof Hero iz Aleksandrije predstavio publici pare igračka - eolipil. Sfera ispunjena parom, ušao u rotaciju pod utjecajem dolazi iz nje aviona. Ovaj prototip modernog parne turbine u vrijeme podnošenja prijave nije pronađena.

Dugi niz godina i razvoj filozof stoljeća se smatralo da je samo zabava igračka. U 1629 italijanskom D. Branca stvorili proaktivni turbine. Parovi pokrenuti disk pruža sa lopaticama.

Od tog trenutka je počeo ubrzani razvoj parne mašine.

toplotna mašina

transformacija unutrašnja energija goriva u energetskom kretanja strojnih dijelova i mehanizama koji se koriste u topline motora.

Glavni su dijelovi mašina: grijača (sistem prima energiju izvana), radna tijela (obavlja blagotvorno dejstvo), hladnjak.

Grijač je dizajniran za radni fluid da akumulira dovoljno zaliha unutrašnje energije za koristan rad. Hladnjak uklanja višak energije.

Glavna karakteristika efikasnosti se zove efikasnost toplote motora. Ova količina pokazuje koji dio potrošene energije u grijanje potrošeno za obavljanje koristan rad. Što je veća efikasnost, povoljnu rad mašine, ali ta vrijednost ne može biti veća od 100%.

Proračun efikasnosti

Neka grijač eksterno stečenih energije jednaka Q_1. Alati tijelo predan rad A, dok je energija s obzirom frižider je Q_2.

o utvrđivanju osnovu toga izračunati vrijednost efikasnost:

&eta- = A / Q₁. Pretpostavljamo da je A = Q₁ - Q_2.

Stoga efikasnost toplote motora, formula ima oblik &eta- = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂/ Q₁ To dovodi do sljedećih zaključaka:

• Efikasnost ne može biti veća od 1 (ili 100%);
• kako bi se povećala ova količina mora povećati u bilo energije dobijene iz grijača, ili pad energije s obzirom hladnjak;
• povećanje grijač snage ostvariti promjenu kvaliteta goriva;
• smanjili potrošnju energije, daje hladnjak, omogućavaju da se postigne dizajna motora.

Idealno topline motora

Je stvaranje takvog motora moguće, efikasnost koja bi bila maksimalna (u idealnom - jednak 100%)? Pronaći odgovor na ovo pitanje pokušao da francuski fizičar i talentirani inženjer Sadi Carnot. 1824. su pušteni njegova teorijska kalkulacije o procesa koji se odvijaju u gasova.

Video Fizika. Termodinamike: Heat motora. Centar za online nastavu "Foxford"

Osnovna ideja sadržanih u idealna mašina može se smatrati ponašanje reverzibilni procesi sa idealnim plinom. Počevši od širenja isothermally plina na temperaturi T₁. Iznos od topline potrebne za tu svrhu - Q_1. nakon bez topline razmenu gasova širi (Adijabatski proces). Nakon postizanja temperature T₂, gas komprimirani isothermally prolaskom frižidera energije Q₂. povratak plina u prvobitno stanje obavlja adijabatski.

Efikasnost idealnu Carnot topline motora s točnom proračun je odnos temperaturna razlika između grijanja i uređaja za hlađenje na temperaturu, koja ima grijanje. To izgleda ovako: &ETA - = (T₁ - T₂) / T_1.

Moguća efikasnost toplote motora, formula koja glasi: &eta- = 1 - T₂/ T₁, To ovisi samo o vrijednosti grijača i niže temperature i ne može biti veći od 100%.

Osim toga, ovaj odnos nam omogućava da dokaže da je efikasnost toplote motora može biti jednak jednom samo kada je hladnjak apsolutna nula temperaturama. Kao što je poznato, ova vrijednost je nedostižan.

Teoretskih proračuna Carnot dozvoliti da odredi maksimalnu efikasnost toplote motora bilo koji dizajn.

Dokazano Carnot teorema glasi. Proizvoljno topline motor ni pod kojim okolnostima u mogućnosti da imaju efikasnost veća od iste vrijednosti idealnog efikasnosti toplote motora.

Video: Demo verzija ispita iz fizike 2016. Quest A10. Efikasnost topline motora

Primjer rješavanja problema

Primjer 1. Šta efikasnost idealnog toplote motora, kada je temperatura grijača je 800^okoC, a temperatura frižidera 500^okoOdozdo?

T₁= 800^okoSa K = 1073, T = 500^okoC = 500 K, &eta- -?

rješenje:

Po definiciji: &ETA - = (T₁ - T₂) / T_1.

Nismo dobili temperaturu frižidera, ali je T = (T₁ - T₂), Ovdje:

&eta- = T / T₁ K = 500 / 0,46 = 1073 K..

Odgovor: Efikasnost = 46%.

Primer 2. Određivanja efikasnosti idealnog toplote motora, ako zbog energije nabavili jednu kilodžulima grijanje obavlja koristan rad 650 J. Koja je temperatura grijača toplote motora ako temperature rashladnog sredstva -. 400 K?

Q₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T₂ = 400 K, &eta- - ?, T₁ =?

rješenje:

U ovom zadatku, to je termo instalacija, od kojih efikasnost se može izračunati po formuli:

&eta- = A / Q_1.

Da biste utvrdili temperaturu grijača koristeći efikasnost formulu idealnog topline motora:

&eta- = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂/ T_1.

Obavljanje matematičkih transformacija, dobijamo:

Video Fizika: priprema za ispit. Ciklusa. topline motora

T₁ = T₂ / (1- &eta-).

T₁ = T₂ / (1- A / Q₁).

Mi smo izračunali:

&eta- = 650 J / 1000 J = 0,65.

T₁ K = 400 / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

odgovori: &eta- = 65%, T₁ = 1142.8 K

stvarnim uvjetima

Idealno topline motor dizajniran s idealnim procesima. Rad se odvija samo u izotermni proces, to se definira kao područje omeđen graf Carnot ciklus.

U stvari, da se stvore uslovi za protok statusa gasa promjene u procesu, bez pratećih promjena u temperaturi koja ne može biti. No takve materijale, koji isključuje razmjenu topline s okolnim objektima. adijabatski proces postaje nemoguće izvršiti. U slučaju izmjene topline temperature gas mora nužno mijenjati.

Efikasnost termičkih aparata stvorio u stvarnim uvjetima značajno se razlikuju od idealne efikasnosti motora. Imajte na umu da je protok procesa u realnom motorima se događa tako brzo da su varijacije unutrašnje toplotne energije rada supstance u procesu mijenja svoj volumen ne može kompenzirati priliv topline količine grijača i povratak hladnjak.

Ostali topline motora

Real motori rade na različitim ciklusima:

• Otto ciklus proces konstantnoj zapremini sa adijabatski promjene, stvaranje zatvorene petlje;
• Dizel ciklus izobarskom, adijabatski, isochore, adijabatski;
• Gas Turbine: Proces se javljaju na konstantan pritisak, adijabatski zamijenjen zatvara petlju.

Stvoriti ravnotežu procesa u realnom motora (kako bi ih približili idealnom) u modernu tehnologiju nije moguće. Efikasnost topline motora je znatno manji, čak i sa istim temperaturnim uvjetima kao u postavci idealno topline.

Ali ne smanjuju efikasnost uloge formule obračuna Carnot ciklus, jer da ona postaje referentna točka u procesu u cilju poboljšanja efikasnosti pravog motora.

Načina za promjenu efikasnosti

Kroz poređenje idealnog i stvarnog toplote motora, treba napomenuti da je posljednja temperatura frižider ne može biti proizvoljna. Obično hladnjak vjeruju atmosferu. Da preuzme temperatura atmosfere može samo približne proračune. Iskustvo pokazuje da je temperatura rashladnog sredstva je ispušnih plinova u motoru, kao što se dešava u motorima s unutarnjim izgaranjem (skraćeno kao DVS).

DIC - najčešći u našem svijetu toplote motora. Efikasnost topline motora u ovom slučaju ovisi o temperaturi stvorio spaljivanjem goriva. Bitna razlika od DIC pare motora je grijač funkcije fuzije i tijelo rade uređaj u mješavinu zraka i goriva. Burning mješavina stvara pritisak na pokretnih dijelova motora.

Povećanja temperature radnog plina postiže se znatno mijenja svojstva goriva. Nažalost, to je nemoguće učiniti bez granica. Bilo koji materijal gradnje ložišta motor ima svoju topljenja. Termalni otpor takvih materijala - osnovna karakteristika motora, kao i značajno utjecati na efikasnost.

efikasnost vrijednosti motor

Ako uzmemo u obzir parne turbine, radna temperatura pare na ulazu iznosi 800 K, i ispušnih plinova - 300 K, efikasnost uređaja iznosi 62%. U stvarnosti, međutim, ta vrijednost ne prelazi 40%. Ovo smanjenje se javlja zbog gubitka toplote tokom stanovanja grijanje turbine.

Najveću vrijednost efikasnosti motora s unutarnjim izgaranjem ne prelazi 44%. Povećanje ove vrijednosti - pitanje u bliskoj budućnosti. Mijenjanje svojstava materijala, goriva - to je problem nad kojim zapošljava najboljih umova čovječanstva.