Физика § 5

§ 5. Топлинни двигатели.

1. топлинните машини.
Топлинни двигатели вътрешната част трансформират в механична енергия на системата и по този начин го правят механична работа.






За работа на топлина двигателя трябва да има три органа: (. Фигура 5.1) нагревател и охладител работа среда.
Топлинен двигател работи цикли. Получаване от нагревателя загрява количество Q1. работният флуид се разширява и извършва механична работа А. след това нулира # 150; Тя е компресиран, а неизразходваните част от Q2 на топлина дава хладилника.

в един цикъл е равен на работата:
А = Q1 # 150; Q2,
и ефективност топлинния двигател се изчислява по формулата:

В първия ефективността парен двигател не надвишава 10 # 150; 15%. производителност модерни парни турбини, използвани в електроцентрали, в близост до 25%, докато газовите турбини тя достига 50%. Двигатели с вътрешно горене имат ефективност 40 # 150; 45%, и турбореактивни двигатели, че е 60 # 150; 70%.
Невъзможно е да се създаде двигател с вътрешно горене, което е цялото количество топлина, получена от нагревателя да се превърне в механична работа.
Това е алтернативна форма на втория закон на термодинамиката.

2. Хладилно оборудване.
Хладилна инсталация (термопомпи) изпомпва топлина от "студен" орган нагрява поради механична работа.
От топлината в тази посока не може да се предава спонтанно, хладилни процеса работят външен източник на енергия. Ако удължен, работният флуид отнема известно количество топлина Q2 студеното тяло. последвано от механична работа работен флуид се пресова при висока температура, при което нагретият тялото се прехвърля топлина количество Q1 (фиг. 5.2).

Количеството топлина се отнема от студено тяло, е:
Q2 = Q1 # 150; А,
и ефективността на системата за охлаждане се определя от коефициента на изпълнение:

Термопомпата (хладилната система) може да се използва като нагряване машина. Операционната принцип в този случай остава същата # 150; топлината се предава от "студен" среда, в отопляем обем се дължи на механична работа. Ефективността на устройството се определя чрез нагряване на коефициента на нагряване:







Фиг. 5.3 показва устройство домашен хладилник единица. Устройството се състои от компресор 2, кондензатора 1, крана 4 и изпарителя 3.

Фреон газ чрез компресор задвижвани електрически мотор, се пресова в кондензатора и става течен. Когато компресирате го разсейва топлина в околната среда. След автоматично отваряне на вентил фреон течност постъпва в изпарител. Минавайки при ниско налягане преминава в газообразно състояние, фреон охлажда и събира топлина от фризера.

3. работен цикъл на двигателя с вътрешно горене.

Работата на двигателя с вътрешно горене е четири цикъла (фигура 5.4):
аз победи # 150; вход. 1, впускателният клапан се отваря и буталото 2 се движи надолу в цилиндъра гадно горивна смес от карбуратора.
цикъл II # 150; компресия. вентил прием затваря и буталото се движи нагоре, компреси горивната смес, която се нагрява при компресия.
цикъл III # 150; инсулт (горене). Когато буталото достига своята горна позиция (когато двигателят е с висока скорост малко по-рано), сместа се запалва чрез електрическа искра, генерирани от искра. сила на налягането на газа # 150; горещи продукти на горенето на горивния смес # 150; Той е натискане на буталото надолу. Движението на буталото се предава на коляновия вал, и това се прави полезна работа. Производство на работа и разширяване, продуктите на горенето се охлаждат и тяхното налягане спадне (края на инсулт до близко до атмосферното).
IV цикъл # 150; освобождаване (отработени). Отваря изпускателния клапан 3 и отработените газове на продуктите от горенето изхвърлени през шумозаглушителя в атмосферата.
Заради четирите такта само една трета работи върху превозни средства, за да се получи равномерно работата на двигателя се поставя четири, шест или повече цилиндри, монтирани на общ вал, така че на всеки етап най-малко един цилиндър изпълнява работна инсулт.
По-икономичен дизелов двигател, който работи на евтини степени на гориво. В цилиндъра не се абсорбира горими смес и атмосферния въздух. Произведени 11 # 150; 12-кратно компресиране на въздух. температурата се повишава до 600 150 #; 700 ° С В началото на третия ход инжектори, сгъстен въздух, гориво се впръсква в цилиндъра, което се дължи на много висока температура се възпламенява. Изгаряне тук продължава значително по-дълго, отколкото в двигател с карбуратор.

Фиг. 5.5 илюстрира работния цикъл на двигателя с вътрешно горене от гледна точка на газ срещащи се в тях методи за карбуратор двигател (вляво) на:

изхвърляне на продуктите на горенето (продължение изпускателната)

4. Идеално топлинен двигател.
Под идеален означава двигател с вътрешно горене, който има максимална ефективност за дадени стойности на Т1 и Т2 на нагревателя на хладилника.
От втория закон на термодинамиката, че дори идеален топлинен двигател, работещ без загуби ефективност главно под 100% и се изчислява по формулата:

Работната среда в идеален топлинен двигател е идеален газ, и като работи на цикъла на Карно (фигура 5.6.):

бавно се разширява при температура Т1. газ получава топлина от Q1 нагревател

внезапно се разширява, газът се охлажда до температура Т2

бавно свиване при температура Т2. газ дава топлина Q2 хладилник

рязко намалява, газът се загрява до температура Т1