Toplotna učinkovitost motorja. Formula za določanje toplotne moči motorja

Za delovanje številnih vrst strojev je značilen tako pomemben kazalec kot učinkovitost toplotnega motorja. Inženirji vsako leto skušajo ustvariti naprednejšo tehniko, ki bi pri nižjih stroških goriva dala največji rezultat od njegove uporabe.

Naprava termičnega motorja

Preden boste razumeli učinkovitost (učinkovitost), morate razumeti, kako deluje ta mehanizem. Brez vednosti o načelih njegovega delovanja je nemogoče razjasniti bistvo tega kazalca. Termični motor je naprava, ki deluje z uporabo notranje energije. Vsak termalni stroj, ki se obrača toplotna energija v mehanski uporabi toplotna širitev snovi s povečano temperaturo. V polprevodniških motorjih je mogoče ne le spremeniti količino snovi, temveč tudi obliko telesa. Dejavnost takega motorja je odvisna od zakonov termodinamike.

Načelo delovanja

Da bi razumeli, kako deluje toplotni motor, je treba upoštevati osnovo njegove zasnove. Dva telesa sta potrebni za delovanje naprave: vroča (grelec) in hladna (hladilnik, hladilnik). Načelo delovanja termičnih motorjev (učinkovitost termičnih motorjev) je odvisno od njihove vrste. Pogosto je kondenzator kondenzator pare, grelnik pa je vsaka vrsta gorenja v peči. Učinkovitost idealnega toplotnega motorja je podana z naslednjo formulo:

Učinkovitost = (ogrevanje - hlajenje) / ogrevanje. x 100%.

V tem primeru učinkovitost pravega motorja nikoli ne sme preseči vrednosti, dobljenih po tej formuli. Tudi ta številka nikoli ne bo presegla zgornje vrednosti. Za povečanje učinkovitosti najpogosteje poveča temperaturo grelca in zmanjša temperaturo hladilnika. Obe procesi bosta omejena z dejanskimi obratovalnimi pogoji opreme.

Toplotna učinkovitost motorja (formula)

Ko deluje toplotni motor, se opravi delo, saj plin izgubi energijo in se ohladi na določeno temperaturo. Slednje je praviloma nekaj stopinj višje od okoliške atmosfere. To je temperatura hladilnika. Ta posebna naprava je zasnovana za hlajenje z naknadno kondenzacijo izpušne pare. Kjer obstajajo kondenzatorji, je temperatura hladilnika včasih nižja od temperature okolice.

V toplotnem motorju telo pri segrevanju in širitvi ne more dati vso svojo notranjo energijo za dokončanje dela. Nekateri del toplote se prenese v hladilnik skupaj z izpušni plini ali paro. Ta del toplote notranja energija je neizogibno izgubljen. Delovno telo pri gorenju goriva prejme od grelnika določeno količino toplote Q₁. Istočasno pa še vedno deluje A, med katerim se prenese v hladilni del toplotne energije: Q₂₁.

Učinkovitost označuje učinkovitost motorja na področju pretvorbe in prenosa energije. Ta kazalnik se pogosto meri v odstotkih. Formula učinkovitosti:

eta- * A / Qx100%, kjer je Q porabljena energija, in A je koristno delo.

Izhajajoč iz zakona o ohranjanju energije, lahko sklepamo, da bo učinkovitost vedno manjša od enotnosti. Z drugimi besedami, koristno delo nikoli ne bo več kot porabljena energija.

Učinkovitost motorja je razmerje med koristnim delom in energijo, ki jo pojavi grelnik. Lahko ga predstavljamo v obliki naslednje formule:

eta- = (Q₁-Q₂) / Q₁, kjer je Q₁ - toploto, prejeto od grelnika, in Q₂ - dano hladilniku.

Delovanje toplotnega motorja

Delo, ki ga opravi toplotni motor, se izračuna po naslednji formuli:

A = | Q_H| | - | Q_X|, kjer je A delo, Q_H - količina toplote, prejete od grelnika, Q_X - količina toplote, dodeljene hladilniku.

Učinkovitost toplotnega motorja (formula):

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

To je enako razmerju med delom, ki ga opravi motor in količino prejetih toplote. Del toplotne energije v tem prenosu je izgubljen.

Carnotov motor

Največja učinkovitost toplotnega motorja je navedena v napravi Carnot. To je posledica dejstva, da je v tem sistemu odvisen samo od absolutne temperature grelnika (Tn) in hladilnika (Tx). Učinkovitost delovanja toplotnega motorja Cikel Carnot, se določi z naslednjo formulo:

(Tn - Th) / Tn = - Th - Tn.

Zakoni termodinamike so omogočili izračun največje možne učinkovitosti. Ta številka je prvič izračunala francoski znanstvenik in inženir Sadi Carnot. Prišel je s toplotnim motorjem, ki je deloval na idealnem plinu. Deluje na ciklu dveh izoterm in 2 adiabats. Načelo njegovega delovanja je precej preprosto: stik z grelnikom je narejen z grelnim kontaktom, tako da se delovni medij širi izotermno. Pri tem deluje in prejme določeno količino toplote. Ko je posoda izolirana. Kljub temu se plin še naprej širi, vendar že adiabatno (brez izmenjave toplote z okoljem). V tem času se njegova temperatura spusti v hladilnik. Na tej točki plin stika kondenzator, ki mu daje določeno količino toplote pod izometrično kompresijo. Potem je plovilo ponovno izolirano. Plin je adiabatno stisnjen na prvotni volumen in stanje.

Sorte

Danes obstaja veliko vrst toplotnih motorjev, ki delujejo na različnih načelih in na različnih gorivih. Vsi imajo svojo lastno učinkovitost. Ti vključujejo naslednje:

• Motor z notranjim zgorevanjem (bata), ki je mehanizem, pri katerem del kemične energije gorivnega goriva preide v mehansko energijo. Takšne naprave so plinske in tekoče. Razlikovati med dvema in 4-taktnima motorjema. Lahko imajo neprekinjen cikel dela. Z metodo priprave mešanice goriva so ti motorji karburator (z zunanjo mešanico) in dizel (z notranjim). Po vrsti energetskega pretvornika so razdeljeni v bat, reaktivno, turbino, kombinirano. Učinkovitost takšnih strojev ne presega 0,5.

• Motor Stirling je instrument, v katerem je delovni medij v zaprtem prostoru. To je neke vrste motor z zunanjim zgorevanjem. Načelo njegovega delovanja temelji na občasnem hlajenju / segrevanju telesa s proizvodnjo energije zaradi spremembe njegove prostornine. To je eden izmed najučinkovitejših motorjev.

• turbinski (vrtilni) motor z zunanjim zgorevanjem goriva. Takšne naprave se najpogosteje pojavljajo pri termoelektrarnah.

• Turbina (rotacijska) ICE se uporablja pri termoelektrarnah v maksimalnem načinu. Ni tako pogost, kot drugi.

• Turbinski motor zaradi vijaka ustvari del potiska. Preostanek, ki ga dobi zaradi izpušnih plinov. Njegova zasnova je rotacijski motor (plinska turbina), na gredi, ki je vstavljen zračni vijak.

Druge vrste termičnih motorjev

• raketne, turboreaktivne in reaktivni motorji, ki prejemajo vlečno silo z vračanjem izpušnih plinov.

• Solidni motorji uporabljajo trdno snov kot gorivo. Pri delu ne spreminja volumna, temveč njegova oblika. Pri upravljanju opreme se uporablja zelo majhna padec temperature.

Kako izboljšati učinkovitost

Ali je mogoče povečati učinkovitost toplotnega motorja? Odgovor je treba iskati v termodinamiki. Preučuje vzajemne preobrazbe različnih vrst energije. Ugotovljeno je, da ni mogoče pretvoriti vso razpoložljivo toplotno energijo v električno, mehansko itd. Istočasno se njihovo preoblikovanje v toplotno energijo odvija brez omejitev. To je mogoče zaradi dejstva, da narava toplotne energije temelji na neurejenem (kaotičnem) gibanju delcev.

Bolj ko ogreje telo, hitreje se premikajo molekule, ki jih sestavljajo. Premikanje delcev bo postalo še bolj neredno. Poleg tega vsi vedo, da se lahko zlahka pretvori v kaos, kar je zelo težko naročiti.