Kecekapan enjin haba. Kecekapan enjin haba - Formula

realiti moden memerlukan enjin haba operasi luas. Banyak percubaan untuk menggantikan mereka dengan motor elektrik semasa menjalani kegagalan. Masalah yang berkaitan dengan pengumpulan kuasa dalam sistem autonomi, diselesaikan dengan susah.

Masih masalah yang berkaitan dalam pembuatan teknologi kuasa bateri berdasarkan penggunaan jangka panjang mereka. ciri-ciri kelajuan kenderaan elektrik jauh daripada perkara dalam kereta, enjin pembakaran dalaman.

Langkah pertama dalam penciptaan enjin hibrid boleh mengurangkan pelepasan berbahaya di kawasan metropolitan, menyelesaikan masalah alam sekitar.

Sejarah kecil

Kemungkinan perubahan tenaga stim ke tenaga kinetik telah diketahui sejak zaman purba. 130 SM: Philosopher Geron Aleksandriysky dibentangkan kepada mainan penonton wap - eolipil. Sphere penuh dengan wap, datang ke dalam putaran di bawah pengaruh yang terbit dari jet beliau. Ini prototaip turbin stim moden di masa permohonan tidak dijumpai.

Selama bertahun-tahun dan pembangunan abad ahli falsafah ia dianggap hanya mainan menyeronokkan. Pada tahun 1629 yang Itali D. Branca mencipta turbin proaktif. Pasangan digerakkan cakera yang disediakan dengan pisau.

Dari saat itu mula perkembangan pesat enjin wap.

enjin haba

Transformasi tenaga dalam bagi bahan api ke dalam tenaga gerakan bahagian-bahagian mesin dan mekanisme yang digunakan dalam enjin haba.

Bahagian-bahagian utama mesin: pemanas (sistem menerima tenaga dari luar), badan bekerja (melakukan kesan yang baik), peti ais.

Pemanas ini direka untuk bendalir kerja untuk mengumpul saham cukup tenaga dalaman bagi kerja yang berguna. Peti sejuk menghilangkan tenaga yang berlebihan.

Ciri utama dari kecekapan dipanggil kecekapan enjin haba. kuantiti ini menunjukkan apa yang sebahagian daripada tenaga yang digunakan untuk pemanasan yang digunakan untuk melakukan kerja yang berguna. kecekapan yang lebih tinggi, operasi berfaedah mesin, tetapi nilai ini tidak boleh melebihi 100%.

Pengiraan kecekapan

Biarkan Pemanas tenaga luaran yang diperoleh sama dengan Q _1. Alat badan komited kerja A, manakala peti sejuk tenaga yang diberikan ialah Q _2.

Berdasarkan penentuan, kita mengira nilai kecekapan:

η = A / Q _1. Kami menganggap bahawa A = Q ₁ - Q _2.

Oleh itu kecekapan enjin haba, formula yang diberikan oleh η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, membolehkan kesimpulan berikut:

• Kecekapan tidak boleh melebihi 1 (atau 100%);
• untuk memaksimumkan kuantiti ini perlu meningkatkan sama ada tenaga yang diperolehi daripada pemanas, atau penurunan tenaga diberikan peti sejuk;
• meningkatkan kuasa pemanas mencapai perubahan kualiti bahan api;
• mengurangkan tenaga, memberikan peti sejuk, membenarkan untuk mencapai ciri-ciri reka bentuk enjin.

Enjin haba ideal

Ialah kejadian seperti enjin mungkin, kecekapan yang akan menjadi maksimum (dalam ideal an - bersamaan dengan 100%)? Mencari jawapan kepada soalan ini cuba fizik Perancis dan seorang jurutera berbakat Sadi Carnot. Pada tahun 1824 pengiraan secara teori beliau tentang proses yang berlaku dalam gas dibebaskan.

Idea asas yang terkandung dalam mesin yang sesuai boleh dianggap menjalankan proses boleh balik dengan gas ideal. Bermula dengan pengembangan sesuhu gas pada suhu T _1. Jumlah haba yang diperlukan untuk tujuan ini, - Q _1. Selepas gas tanpa mengembangkan haba (proses adiabatik). Setelah mencapai suhu T _2, gas dimampatkan secara sesuhu dengan melepaskan peti sejuk tenaga Q _2. pulangan gas kepada keadaan asalnya dilakukan secara adiabatik.

Kecekapan yang Carnot enjin haba ideal dengan pengiraan yang tepat adalah nisbah perbezaan suhu di antara pemanasan dan penyejukan peranti pada suhu yang mempunyai pemanas. Ia kelihatan seperti ini: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

kecekapan haba mungkin mesin, yang formula mempunyai bentuk: η = 1 - T ₂ / T _1, hanya bergantung kepada nilai pemanas dan sejuk suhu dan tidak boleh lebih besar daripada 100%.

Selain itu, hubungan ini membolehkan seseorang untuk membuktikan bahawa kecekapan enjin haba boleh sama dengan perpaduan hanya apabila peti sejuk mutlak sifar suhu. Seperti diketahui, nilai ini tidak boleh dicapai.

pengiraan secara teori Carnot membolehkan untuk menentukan kecekapan maksimum enjin haba daripada mana-mana reka bentuk.

teorem terbukti Carnot adalah seperti berikut. enjin haba sewenang-wenangnya di bawah apa keadaan dapat mempunyai kecekapan yang lebih tinggi daripada nilai sama kecekapan enjin haba ideal.

Contoh penyelesaian masalah

CONTOH 1. Apakah kecekapan enjin haba ideal, apabila suhu pemanas 800 C ^dan suhu peti sejuk 500 ^C bawah?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, ΔT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

penyelesaian:

Dengan definisi: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Kita tidak diberikan suhu peti sejuk, tetapi ΔT = (T ₁ - T _2), oleh itu:

η = ΔT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0.46.

Jawapan: kecekapan = 46%.

Contoh 2. Tentukan kecekapan enjin haba ideal, jika kerana tenaga yang diperolehi satu kilojoule Pemanas dilakukan kerja yang berguna 650 J. Apakah suhu pemanas enjin haba jika suhu penyejuk -. 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

penyelesaian:

Dalam tugas ini, ia adalah pemasangan haba, kecekapan yang boleh dikira dengan formula:

η = A / Q _1.

Untuk menentukan suhu pemanas menggunakan kecekapan formula enjin haba ideal:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1.

Melaksanakan transformasi matematik, kita peroleh:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Kami mengira:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Menjawab: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

keadaan sebenar

Enjin haba ideal direka dengan proses ideal. Kerja-kerja ini dilakukan hanya dalam proses sesuhu, ia ditakrifkan sebagai kawasan yang disempadani oleh graf kitaran Carnot.

Malah, untuk mewujudkan keadaan untuk aliran perubahan status gas dalam proses itu, tanpa mengiringi perubahan suhu tidak boleh. Tiada bahan-bahan tersebut, yang akan tidak termasuk pertukaran haba dengan objek di sekeliling. proses adiabatik menjadi mustahil untuk menjalankan. Dalam kes suhu gas pertukaran haba semestinya berubah.

Kecekapan mesin haba dicipta dalam keadaan sebenar berbeza dengan ketara daripada kecekapan yang sesuai untuk enjin. Ambil perhatian bahawa aliran proses dalam enjin sebenar yang berlaku begitu pantas bahawa perubahan tenaga haba dalaman bahan terlibat dalam proses perubahan isipadu tidak boleh dipampas dengan kemasukan kuantiti haba pemanas dan pulangan yang lebih sejuk.

enjin haba yang lain

enjin sebenar beroperasi pada kitaran yang berbeza:

• kitaran Otto proses isipadu malar dengan perubahan adiabatik, mewujudkan gelung tertutup;
• Diesel kitaran Isobar, adiabatik, isochore, adiabatik;
• turbin gas: proses yang berlaku pada tekanan malar, adiabatik digantikan menutup gelung.

Mewujudkan proses keseimbangan dalam enjin sebenar (untuk membawa mereka lebih dekat dengan ideal) dalam teknologi moden tidak mungkin. Kecekapan enjin haba adalah jauh lebih rendah, walaupun dengan keadaan suhu yang sama seperti dalam haba persekitaran yang ideal.

Tetapi ia tidak perlu untuk mengurangkan kecekapan formula pengiraan peranan kitaran Carnot, kerana ia adalah, ia menjadi titik rujukan dalam proses untuk meningkatkan kecekapan enjin sebenar.

Cara-cara untuk menukar kecekapan

Melalui perbandingan enjin haba ideal dan sebenar, ia harus diperhatikan bahawa suhu terakhir peti sejuk tidak boleh sewenang-wenangnya. Selalunya peti ais percaya atmosfera. Untuk mengambil suhu atmosfera boleh pengiraan hanya anggaran. Pengalaman menunjukkan bahawa suhu penyejuk adalah gas ekzos dalam enjin, kerana ia berlaku dalam enjin pembakaran dalaman (disingkatkan sebagai DVS).

DIC - yang paling biasa di dunia kita enjin haba. Kecekapan enjin haba dalam kes ini bergantung kepada suhu yang diwujudkan dengan membakar bahan api. Perbezaan penting dari enjin wap DIC adalah gabungan fungsi pemanas dan badan peranti beroperasi dalam campuran udara-bahan api. Membakar campuran mewujudkan tekanan ke atas bahagian yang bergerak enjin.

Meningkatkan suhu gas kerja dicapai, ketara mengubah sifat-sifat bahan api. Malangnya, ia adalah mustahil untuk melakukan tanpa had. Apa-apa bahan pembinaan kebuk pembakaran enjin mempunyai takat lebur. Rintangan haba bahan itu - ciri asas enjin, dan juga menjejaskan dengan ketara kecekapan.

kecekapan enjin nilai

Jika kita mengambil kira turbin stim, suhu masuk wap kerja yang sama dengan 800 K, dan gas ekzos - 300 K, kecekapan mesin adalah sama dengan 62%. Dalam realiti, bagaimanapun, nilai ini tidak melebihi 40%. Pengurangan ini berlaku disebabkan oleh kehilangan haba semasa perumahan pemanas turbin.

Nilai tertinggi kecekapan enjin pembakaran dalaman tidak melebihi 44%. Meningkatkan nilai ini - soalan masa terdekat. Mengubah sifat-sifat bahan, bahan api - ini adalah satu masalah di mana menggunakan minda terbaik manusia.