Thermal цикъл машина, ефективността на работата
Необходимостта от използване на механична енергия в производството е довело до появата на термични машини.
Единицата на топлинните машини
Загрява двигател (топлинен двигател), - устройство за превръщане на вътрешната енергия в механична енергия.
Всяко топлинен двигател има нагревател, работния флуид (газ или пара), който изпълнява работа чрез нагряване (в резултат на въртене на вала на турбината, се движи бутало, и т.н.) и хладилник. Фигурата по-долу показва схема на топлинен двигател.
Основи на стъпки от топлинните машини
Всеки функциониране топлинен двигател се дължи на двигателя. За да се свърши работата, че трябва да от двете страни на лопатките на бутални двигатели или турбини е различно налягане. Тази разлика се постига във всички топлинни двигатели, както следва: температурата работна течност се увеличава до стотици или хиляди градуса в сравнение с температурата на околната среда. В газови турбини и двигатели с вътрешно горене (ДВГ) е повишаване на температурата се дължи на факта, че горивото се изгаря в двигателя. Хладилник може да действа атмосфера или специално устройство цел за охлаждане и кондензиране на отработено парата.
цикъл на Карно
Цикъл (цикличен процес) - набор от промени състояние газ, в резултат на което той се връща в първоначалното състояние (може да изпълнява работата). През 1824, френски физик Сади Карно показва, че е изгодно да цикъл топлинен двигател (цикъл на Карно), който се състои от два процеса - на изотермични и адиабатно. Фигурата по-долу показва графика на цикъл на Карно: 1-2 и 3-4 - изотерма, 2-3 и 4-1 - адиабатно.
В съответствие със закона за запазване на енергията работата на топлинните машини, които изпълнява на двигателя е:
където Q1 - количество топлина, която се получава от нагревателя, и Q2 - количеството топлина, която се изпраща в хладилника.
Ефикасността е съотношението на операция на топлинен двигател, който изпълнява двигателя на количеството топлина, което се получава от нагревателя:
В "Мисли за двигателната сила на огъня и за машини, които са в състояние да развие тази сила" (1824), описани по-Карно топлинен двигател под името "идеален топлинен двигател с идеален газ, който е работен орган." Благодарение на законите на термодинамиката може да се изчисли ефективността (максималният възможен) на топлина двигател с нагревателя, който има температура Т1. и температура хладилник с T2. Карно топлинната ефективност на двигателя е:
Сади Карно доказано, че желаната топлинна реална машина, която работи с нагревател с температура Т1 и Т2 температура хладилник една не е способен като ефективността на което ще надвишава ефективността на топлинния двигател (идеално).
Двигател с вътрешно горене (ДВГ)
Четиритактов двигател с вътрешно горене включва един или повече цилиндри, а буталните механизъм манивела, всмукателните, изпускателните клапани, искра.
работния цикъл се състои от четири удара:
1) за смучене - горими смес преминава през клапана на цилиндъра;
2) Компресиране - двата клапана затворени;
3) ход - експлозивен горенето на горивния смес;
4) Изпускателна - освободи отработените газове в атмосферата.
парна турбина
енергия превръщането на парна турбина се дължи на разликата на налягането на водните пари на входа и изхода.
Мощност на съвременните парни турбини достигне 1300 MW.
Някои технически параметри на парна турбина 1200 MW
- Налягане (чист) - 23,5 МРа.
- Парна температура - 540 ° С
- Парна турбина поток - 3600 m / час.
- скорост на ротора - 3000 об / мин.
- Налягането на парите в кондензатора - 3,6 кРа.
- турбина Дължина - 47.9 m.
- Маса турбина - 1900 m.
Газовата турбина може да се използва, освен въртене равнина и колелата на превозното средство или витлата на кораба, като реактивен двигател. Въздушни и горивни газове се изхвърлят при висока скорост от газовата турбина, така тяга на струята, който възниква в този процес може да се използва да се движат въздухоплавателно средство (самолет) и вода (кораб) кораби, железопътния транспорт. Например, турбовитлови двигатели имат самолети Ан-24, Ан-124 ( "Руслан"), Ru-225 ( "Мечта"). По този начин, "Мечта", при скорост на полета на 700-850 км / ч може да носи 250 тона товари на разстояние от почти 15000 km. Това е най-големият транспортен самолет в света.
Екологични проблеми на термични машини
Голям въздействие върху климата е атмосферни условия, по-специално присъствието на въглероден диоксид и водна пара. Следователно, промяната на съдържанието на въглероден диоксид води до увеличаване или намаляване на парниковия ефект, в които въглероден диоксид абсорбира част от топлината, която се излъчва в пространството земята, забавяне на увеличенията на атмосферата и по този начин температурата на повърхността и долната атмосферата. Феноменът на парниковия ефект играе решаваща роля за смекчаване на изменението. В отсъствие на средната температура на планетата не би +15 ° С и по-ниска от 30-40 ° С
в света в момента има повече от 300 милиона различни видове превозни средства, които създават повече от половината от всички замърсяването на въздуха.
Ако събиране на цялата атмосферно озоновия слой в земната повърхност и сгъстяване на плътността на въздуха при атмосферно налягане и температура от 0 ° С, след дебелина озон щит е само 2-3 mm! Това е цялата щит.
Малко история.
Примери за решаване на проблеми
решение:
Формулата, която определя ефикасността на топлинен двигател (максимално):
ефективността на двигателя - 81%: а.
Задача 2. В топлинен двигател 200 кДж на топлина се получава чрез изгаряне на гориво, и се прехвърля в охладител 120 кДж топлина. Каква е ефективността на двигателя?
решение:
Формулата за определяне на ефективността е от вида:
N = Q1 - Q2 / Q1.
N = (2 х 10 5 J - 1.2 х 10 5 J) / 2 х 10 5 J = 0.4.
A: топлинната ефективност на двигателя - 40%.
Задача 3. Каква е ефективността на топлинната двигателя, когато работният флуид от нагревателя, след като получи количеството топлина от 1,6 MJ извършва операция 400 кДж? Какво е количеството топлина се пренася в хладилника?
решение:
Ефикасността може да бъде определена чрез формулата
N = 0,4 · 10 6 J / 1,6 · 10 6 J = 0,25.
Предавани количество хладилник топлина може да се определя по формулата
Q1 - А = Q2.
Q2 = 1,6 · 10 6 J - 0,4 · 10 6 J = 1,2 · 10 6 J.
A: двигател топлина има ефективност от 25%; количество топлина прехвърля в хладилника - 1,2 · 10 6 J.
