Účinnost tepelných motorů. Účinnost tepelného motoru - vzorec

Moderní skutečnosti vyžadují tepelné motory široký provoz. Četné pokusy nahradit je elektromotorů zatímco podstoupí selhání. Problémy spojené s akumulací energie v autonomních systémech, jsou řešeny s velkými obtížemi.

Stále aktuální problémy z oblasti strojírenské technologie napájení z baterie na základě jejich dlouhodobé užívání. Rychlostní charakteristiky elektrických vozidel jsou daleko od těch, které v autech, spalovacích motorů.

Prvním krokem při tvorbě hybridních motorů může výrazně snížit škodlivých emisí v městských oblastech, řešení problémů v oblasti životního prostředí.

Trocha historie

Možnost přeměny energie páry na kinetickou energii je známé již od starověku. 130 BC: Philosopher Geron Aleksandriysky předložen publikum parní hračka - eolipil. Koule naplněná párou, vstoupil do rotace pod vlivem vycházející z jejích trysek. Tento prototyp moderní parní turbíny v době podání žádosti nebyl nalezen.

Po mnoho let a vývoje filozof století to bylo považováno jen zábavná hračka. V roce 1629 italský D. Branca vytvořen proaktivní turbínu. Páry dal do pohybu disk opatřený lopatkami.

Od té chvíle začal rychlý rozvoj parních strojů.

tepelný motor

Transformace vnitřní energie paliva na energii pohybu částí strojů a mechanismů používaných v tepelných motorech.

Hlavní části strojů: ohřívač (systém přijímá energii ze země), pracovní těleso (vykonává příznivý účinek), lednice.

Ohřívač je určen pro pracovní tekutina akumulovat dostatek akcií vnitřní energie na užitečnou práci. Chladnička odvádí přebytečnou energii.

Hlavní charakteristikou účinnosti se nazývá účinnost tepelných motorů. Toto množství ukazuje, jaká část energie vynaložené na ohřev vyhořelé vykonávat užitečnou práci. Čím vyšší je účinnost, výhodný provoz stroje, ale tato hodnota může být vyšší než 100%.

Výpočet účinnosti

Ať ohřívač externě získané energie rovnající se Q _1. Nástroje tělo zavazuje pracovat, zatímco energie vzhledem k tomu, lednička byla _Q2.

Na určení, jsme vypočítali hodnotu účinnosti:

η = A / Q _1. Předpokládáme, že A = Q ₁ - Q _2.

Proto je účinnost tepelného motoru, vzorec, který je dán vztahem n = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, umožňuje tyto závěry:

• Účinnost může být vyšší než 1 (nebo 100%);
• maximalizovat toto množství musí zvýšit buď získané energie z topného tělesa, nebo pokles energie daného chladničky;
• zvýšením topné energie dosáhnout změny jakosti pohonných hmot;
• snižovat spotřebu energií, dává ledničku, umožňují dosáhnout konstrukční prvky z motorů.

Ideální tepelný motor

Je vytvoření takového motoru je to možné, jejíž účinnost by bylo maximum (v ideál - rovnající se 100%)? Najít odpověď na tuto otázku se pokusil francouzského fyzika a talentovaného inženýra Sadi Carnot. V roce 1824 byly zveřejněny jeho teoretické výpočty o procesech probíhajících v plynech.

Základní myšlenkou ztělesněný v ideálním stroji lze považovat s chováním reverzibilní procesy s ideální plyn. Počínaje expanzí plynu izotermicky při teplotě T _1. Množství tepla, požadované pro tento účel, - Q _1. Po plyn bez rozšiřování tepla (adiabatický proces). Po dosažení teploty _T2, plyn je stlačován izotermicky průchodem chladničky energie Q _2. return plynu do původního stavu se provádí adiabaticky.

Účinnost ideálního Carnot tepelný motor s přesným výpočtem je poměr teplotního rozdílu mezi vytápění a chlazení zařízení na teplotu, která má ohřívač. Zdá se, že toto: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Možné tepelná účinnost stroje, který vzorec má tvar: η = 1 - T ₂ / T _1, závisí pouze na hodnotě ohřívač a nízkých teplot, a nemůže být větší než 100%.

Kromě toho, tento vztah umožňuje jeden dokázat, že účinnost tepelných motorů může být roven jednotce pouze tehdy, když je chladnička absolutní nula teploty. Jak je známo, tato hodnota je nedosažitelná.

Teoretické výpočty Carnot umožňují určit maximální účinnost tepelného stroje jakéhokoliv designu.

Osvědčená Carnot teorém je následující. Libovolný tepelný motor za žádných okolností mohli mít účinnost vyšší než stejné hodnoty ideální účinnost tepelného motoru.

Příkladem řešení problémů

Příklady provedení vynálezu Příklad 1. Co účinnost ideálního tepelného motoru, kdy je teplota topné těleso je 800 ° C a ^teplota v chladničce 500 ^C pod?

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

řešení:

Podle definice: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Nebyli jsme dané teplotě chladničky, ale AT = (T ₁ - T _2), tedy:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Odpověď: účinnost = 46%.

Příklad 2 Určení účinnosti ideálního tepelného motoru, je-li v důsledku energie získané jeden kJ ohřívač provádí užitečnou práci 650 J. Jaká je teplota ohřívače tepelného motoru, pokud je teplota chladicí kapaliny -. 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, _T2 = 400 K, η - ?, T ₁ =?

řešení:

V tomto úkolu, to je tepelný instalace, účinnost, která může být vypočtena podle vzorce:

η = A / Q _1.

Pro stanovení teploty topného tělesa pomocí vzorce účinnosti ideálního tepelného motoru:

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

Živé matematických transformací, dostaneme:

T ₁ = T ₂ / (1-η).

T ₁ = T ₂ / (1-A / Q _1).

Počítáme:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Odpověď: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

skutečné podmínky

Ideální tepelný motor navržen tak, aby ideální procesy. Práce se provádí pouze na izotermických procesů, to je definováno jako v oblasti ohraničené grafem Carnotova cyklu.

Ve skutečnosti, aby vytvořily podmínky pro proudění změny stavu plynu v procesu, bez doprovodné změny teploty není možné. Žádné takové materiály, které by se vylučují výměnu tepla s okolními předměty. Adiabatický děj se stává nemožné provést. V případě, že teplota teplosměnného plynu musí být nutně měnit.

Účinnost tepelných strojů vytvořených v reálných podmínkách se významně liší od ideálního účinnosti motorů. Všimněte si, že tok procesů v reálném motorů se stane tak rychle, že změna vnitřní tepelné energie pracovní látky v procesu mění svůj objem nemůže být kompenzován přílivem množství tepla ohřívače a chladnější návratu.

Ostatní tepelné motory

Reálné motory pracují na různých cyklů:

• Ottova cyklu procesu konstantní objem při adiabatické změny, vytváří uzavřenou smyčku;
• Naftových izobara, adiabatická, isochore, adiabatické;
• plynové turbíny: proces vyskytující se při konstantním tlaku, adiabatické nahradil uzavírá smyčku.

Vytvořte rovnovážné procesy v reálných motorů (přivést blíže k ideálu) v moderních technologií není možné. Účinnost tepelných motorů je výrazně nižší, a to i se stejnými teplotních podmínek jako v ideálním prostředí tepla.

Ale to není nutné snížit vzorec účinnosti výpočtu role z Carnotova cyklu, jak je to, že se stane referenční bod v procesu, ke zlepšení účinnosti skutečných motorů.

Způsoby, jak změnit účinnost

Prostřednictvím porovnání ideálních a skutečných tepelné motory, je třeba poznamenat, že poslední teploty v chladničce nemůže být libovolná. Obvykle lednička věří atmosféru. Chcete-li se teploty prostředí je možné pouze přibližné výpočty. Zkušenosti ukazují, že teplota chladicí kapaliny je výfukový plyn v motorech, jak se to děje ve spalovacích motorech (zkráceně DVS).

DIC - nejčastější v našem světě tepelného motoru. Tepelná účinnost motoru v tomto případě závisí na teplotě vytvořený spalováním paliva. Podstatný rozdíl od parních strojů DIC je fúzní ohřívací funkce a ovládací těleso zařízení ve směsi vzduch-palivo. Hořící směs vytváří tlak na pohybujících se částí motoru.

Zvýšení teploty pracovního plynu se dosahuje významně mění vlastnosti paliva. Bohužel, není možné dělat bez omezení. Jakýkoliv materiál konstrukce spalovací komory motoru má teplotu tání. Tepelný odpor těchto materiálů - základní charakteristikou motoru, jakož i významný vliv na účinnost.

hodnoty účinnosti motoru

Pokud vezmeme v úvahu parní turbínu, teploty pracovního přívodu páry, která se rovná 800 K, a odpadní plyn - 300 K, je účinnost zařízení se rovná 62%. Ve skutečnosti však tato hodnota nepřesahuje 40%. Tato redukce dochází v důsledku tepelné ztráty během skříně topení turbíny.

Nejvyšší hodnota účinnosti spalovacích motorů nepřesahuje 44%. Zvýšení této hodnoty - otázkou blízké budoucnosti. Změna vlastností materiálů, paliva - se jedná o problém, nad kterým zaměstnává nejlepší mozky lidstva.