Učinkovitost toplotnih motorjev. Izkoristek toplotnega stroja - formula

Video: 21.10 Toplotni stroji in njihova učinkovitost. Carnotov cikel

Sodobni realnost zahteva toplotnim motorjem široko operacijo. Številni poskusi, da jih bodo zamenjali z električnimi motorji medtem ko doživlja neuspeh. Težave, povezane s kopičenjem moči v avtonomni sistemi, so rešili z velikimi težavami.

Še vedno pomembni problemi proizvodnje tehnologije moči baterije, ki temelji na njihovi dolgotrajni uporabi. značilnosti hitrosti električnih vozil, so daleč od tistih, ki v avtomobilih, motorjih z notranjim izgorevanjem.

Prvi koraki v oblikovanju hibridnih motorjev, lahko bistveno zmanjša škodljive emisije v mestnih območjih, reševanje okoljskih problemov.

Malo zgodovine

Možnost preoblikovanja energije pare v kinetično energijo, je znan že iz antičnih časov. 130 BC: Filozof Heron predstavljeno občinstvo parni igrače - eolipil. Krogla napolnjen s paro, je prišel v rotaciji pod vplivom, ki izvira iz njenih curki. Ta prototip sodobnega parno turbino v času uporabe ni bilo mogoče najti.

Že vrsto let in razvoju stoletja filozof se je zdelo samo zabavna igrača. Leta 1629 je italijanski D. Branca ustvaril proaktivno turbino. Pari sprožili disk opremljena z rezili.

Od tega trenutka je začel hiter razvoj parnih strojev.

toplotni stroj

preoblikovanje notranja energija goriva v energijo gibanja strojnih delov in mehanizmov, ki se uporabljajo v toplotnih motorjih.

Glavni deli strojev: grelnik (sistem prejema energijo od zunaj), delovno telo (izvede ugoden učinek), hladilnik.

Grelnik je namenjen za delovno tekočino, da se kopičijo dovolj zaloge notranje energije za koristno delo. Hladilnik je odvečno energijo.

Glavna značilnost učinkovitosti se imenuje učinkovitosti toplotnih motorjev. Ta količina kaže, kateri del energije porabila za ogrevanje izrabljeno opravljati koristno delo. Čim višja je učinkovitost, prednostno delovanje naprave, vendar ta vrednost ne sme preseči 100%.

Izračun učinkovitosti

Naj grelec zunaj pridobljeno energijo, ki je enaka Q_1. Orodja telo storjeno dela A, medtem ko je energija dati hladilnik je Q_2.

Temelji na ugotavljanju, smo izračunali vrednost učinkovitosti:

&eta- = A / Q₁. Domnevamo, da je A = Q₁ - Q_2.

Zato izkoristek toplotnega stroja, formula ima obliko &eta- = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂/ Q₁ To vodi do naslednjih sklepov:

• Učinkovitost ne sme presegati 1 (oziroma 100%);
• povečati ta količina mora povečati bodisi dobljeni iz grelcem energije ali zmanjšanje določenega energije hladilnika;
• narašča grelec moč doseči spremembo kakovosti goriva;
• zmanjšanje porabe energije, daje hladilnik, omogočajo doseganje projektnih lastnosti motorjev.

Idealna toplotni stroj

Je ustvarjanje takšnega motorja je mogoče, učinkovitost, ki bi bila največja (v ideal - enaka 100%)? Najti odgovor na to vprašanje je poskušala francoski fizik in nadarjeni inženir Sadi Carnot. Leta 1824 so bili objavljeni njegovi teoretični izračuni o procesih, ki se pojavljajo v plinih.

Video fiziko. Termodinamika: Toplotni stroji. Center za spletno učenje "Foxford"

Osnovna ideja zapisana v idealnem stroju se lahko šteje obnašanjem reverzibilne procese z idealnega plina. Začenši s širjenjem izotermno plina pri temperaturi T₁. Količina toplote, potrebna za ta namen, - Q_1. po brez plina razteguje izmenjavo toplote (Adiabatni proces). Po dosegu temperature T₂, plin je stisnjen izotermno s prehajanjem hladilnik energije Q₂. povratek plina v prvotno stanje se izvede adiabatsko.

Učinkovitost idealni Carnotov toplotni motor s točno izračuna je razmerje temperaturno razliko med segrevanjem in naprave ohlajanje na temperaturo, ki ima grelec. To izgleda takole: &ETA - = (T₁ - T₂) / T_1.

Možna izkoristek toplotnega stroja, formula se glasi: &eta- = 1 - T₂/ T₁, To je odvisno le od vrednosti grelec in nižjih temperaturah in ne sme biti večja od 100%.

Poleg tega nam ta odnos omogoča, da dokaže, da se učinkovitost toplotnih motorjev je enaka eni samo takrat, ko hladilnika absolutno nič temperature. Kot je znano, je ta vrednost nedosegljiva.

Teoretični izračuni Carnot omogoča, da določi maksimalno učinkovitost toplotnega motorja katerega koli oblikovanja.

Dokazana Carnotov izrek je, kot sledi. Samovoljno toplotni stroj pod nobenim pogojem imeti učinkovitost višja od enake vrednosti idealnega učinkovitosti toplote motorja.

Video: Demo različica izpit iz fizike 2016. Quest A10. Učinkovitost toplotne motorja

Primer reševanja problemov

PRIMER 1. Kaj izkoristek idealnega toplotnega stroja, ko je temperatura grelca 800^oC in temperatura hladilnika 500^oOd spodaj?

T₁= 800^oZ K = 1073, T = 500^oC = 500 K, &eta- -?

raztopina:

Po definiciji: &ETA - = (T₁ - T₂) / T_1.

Nismo glede temperature hladilnika, ki pa T = (T₁ - T₂), Tukaj:

&eta- = T / T₁ K = 500 / 0,46 = 1073K.

Odgovor: Učinkovitost = 46%.

Primer 2. Ugotavljanja učinkovitosti idealnega toplotnega stroja, če zaradi energije pridobila eno kilodžul grelec opravili koristno delo 650 J. Kolikšna je temperatura grelca toplotnega motorja, če se temperatura hladilne tekočine. - 400 K?

Q₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T₂ = 400 K, &eta- - ?, T₁ =?

raztopina:

Pri tej nalogi, da je toplotna namestitev in katerih učinkovitost lahko izračunamo po formuli:

&eta- = A / Q_1.

Za določitev temperature peči z uporabo učinkovitosti formulo idealnega toplotnega stroja:

&eta- = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂/ T_1.

Performing matematičnih transformacij, dobimo:

Video Fizika: priprava na izpit. Ciklov. toplotni stroji

T₁ = T₂ / (1- &eta-).

T₁ = T₂ / (1 A / Q₁).

Izračunamo:

&eta- = 650 J / 1000 J = 0,65.

T₁ K = 400 / (1 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

odgovoriti: &eta- = 65% T₁ = 1142,8 K

dejanske razmere

Idealna toplotni motor zasnovan z idealnimi procesi. Delo se izvaja samo v izotermalne procesih, je opredeljeno kot območje, ki ga omejujejo graf cikla Carnot.

Dejstvo je, da ustvari pogoje za pretok statusnih sprememb plina v postopku, ne da spremlja spremembe v temperaturi, ki ne more biti. Ni take snovi, ki bi izključujejo izmenjave toplote z okoliških objektov. adiabatno proces je nemogoče izvesti. Pri temperaturi izmenjavo toplote plina mora nujno spremeniti.

Učinkovitost toplotnih naprav, ustvarjenih v realnih pogojih bistveno razlikujejo od idealne učinkovitosti motorjev. Upoštevajte, da je tok procesov v realnih iskalnikih se zgodi tako hitro, da je sprememba notranje toplotne energije delovne snovi v procesu spreminjanja njenega obsega ni mogoče nadomestiti z dotoka toplote količine grelec in hladilnik vrnitvi.

Drugi toplotni stroji

Real motorji delujejo na različnih ciklov:

• Otto cikel Postopek konstanten volumen z adiabatni sprememb, ki ustvarja zaprto zanko;
• Diesel Isobar cikel, adiabatno, Isochore, adiabatno;
• Plinska turbina: Postopek, ki se pojavljajo pri stalnem tlaku, adiabatno nadomesti zapira zanko.

Izdelaj procese ravnotežnih realnih motorjev (da bi jim približati idealu) v sodobne tehnologije ni mogoče. Učinkovitost toplotnih motorjev je bistveno nižji, celo z enakimi temperaturnih pogojih kot v idealnem okolju toplote.

Ampak ne zmanjšujejo učinkovitost vloge formuli za izračun Carnotov cikel, ker da postane referenčna točka v procesu za izboljšanje učinkovitosti pravih motorjev.

Načini za spreminjanje učinkovitosti

Skozi primerjavo idealnih in dejanskih toplotnih motorjev, je treba opozoriti, da je zadnji temperatura hladilnika ne more biti poljubna. Ponavadi hladilnik verjamejo vzdušje. Da bi temperature ozračja lahko le približne izračune. Izkušnje kažejo, da je temperatura hladilne tekočine izpušni plin v motorjih, kot se to zgodi pri motorjih z notranjim zgorevanjem (skrajšano DVS).

DIC - najbolj pogosti v našem svetu toplote motorja. Toplotni izkoristek motorja v tem primeru odvisna od temperature pri zgorevanju goriva ustvaril. Bistvena razlika od DIC parnih motorjih je grelnik funkcije fuzijo in dejanski organ priprava mešanice zraka in goriva. Burning mešanico ustvarja pritisk na gibljivih delov motorja.

Dvig temperature delovnega plina doseže bistveno spreminjanje lastnosti goriva. Na žalost je nemogoče narediti brez omejitev. Vsak material gradnje zgorevanjem komore ima tališče. Toplotna upornost takih materialov - osnovna značilnost motorja, kot tudi znatno vpliva na učinkovitost.

vrednosti izkoristka motorja

Če menimo parna turbina, delovni vstopna temperatura pare je enaka 800 K in izpušnih plinov - 300 K, učinkovitost naprave je enaka 62%. V resnici pa je ta vrednost ne presega 40%. To znižanje nastane zaradi izgube toplote v ohišju ogrevanje turbine.

Najvišja vrednost učinkovitosti motorjev z notranjim izgorevanjem ne presega 44%. Povišanje te vrednosti - vprašanje v bližnji prihodnosti. Spreminjanje lastnosti materialov, goriva - to je problem, v katerem zaposluje najboljše glavah človeštva.