Eficiența motoarelor termice. Eficiența unui motor termic - Formula

realități moderne necesită motoare termice de funcționare largă. Numeroase încercări de a le înlocui cu motoare electrice în timp ce în curs de eșec. Problemele asociate cu acumularea de putere în sistemele autonome, sunt rezolvate cu mare dificultate.

Încă probleme relevante de tehnologia de fabricare a bateriei de alimentare bazată pe utilizarea lor pe termen lung. Caracteristicile de viteză ale vehiculelor electrice sunt departe de cele din autoturisme, motoare cu ardere internă.

Primii pași în crearea de motoare hibride poate reduce semnificativ emisiile nocive în zonele metropolitane, rezolvarea problemelor de mediu.

Un pic de istorie

Posibilitatea de transformare a energiei aburului în energie cinetică a fost cunoscută încă din cele mai vechi timpuri. 130 BC: Filozof Geron Aleksandriysky prezentat la jucărie de abur audiență - eolipil. Sferă umplut cu abur, a intrat în mișcarea de rotație sub influența care emană din jeturi ei. Acest prototip al turbinei cu abur moderne, la momentul depunerii cererii nu este găsit.

Timp de mulți ani și de dezvoltare secol filozof a fost considerat doar o jucărie distractiv. În 1629 italian D. Branca a creat o turbină proactivă. Cuplurile pus în mișcare discul prevăzut cu lame.

Din acel moment a început dezvoltarea rapidă a motoarelor cu aburi.

motor termic

Transformarea energiei interne a combustibilului în energie de mișcare a pieselor de mașini și a mecanismelor utilizate în motoare termice.

Principalele componente ale masini: un sistem de încălzire (sistem de recepție de energie din exterior), corpul de lucru (realizează un efect benefic), frigider.

Sistemul de încălzire este conceput pentru fluidul de lucru pentru a acumula stoc suficient energiei interne pentru muncă utilă. Frigider ia departe excesul de energie.

Caracteristica principală a eficienței este numit eficiența motoarelor termice. Această cantitate arată ce parte din energia consumată în încălzirea Uzat pentru a efectua o muncă utilă. Cu cat mai mare eficienta, exploatarea avantajoasă a mașinii, dar această valoare nu poate depăși 100%.

Calculul eficienței

Lăsați încălzitor energie dobândită în exterior egal cu Q _1. Instrumente organism comise de muncă A, în timp ce a fost dat frigiderul de energie Q _2.

Pe baza determinării, vom calcula valoarea de eficiență:

η = A / Q _1. Presupunem că A = Q ₁ - Q _2.

Prin urmare, eficiența motorului termic, formula care este dat de η = _(Q1 - _Q2) / Q ₁ = 1 - _Q2 / _Q1, permite următoarele concluzii:

• Eficiența nu poate depăși 1 (sau 100%);
• pentru a maximiza această cantitate trebuie să crească fie energia obținută de la o sursă de încălzire, sau o scădere a energiei dat frigider;
• creșterea puterii de încălzire atinge o schimbare a calității combustibilului;
• reduce consumul de energie, oferă frigider, permit obținerea unor caracteristici de proiectare ale motoarelor.

Un motor termic ideală

Este crearea unui astfel de motor este posibil, eficiența care ar fi maximul (într-un ideal - egal cu 100%)? Găsiți răspunsul la această întrebare au încercat să fizicianul francez și un inginer talentat Sadi Carnot. In 1824 au fost eliberați calculele teoretice despre procesele care au loc în gazele.

Ideea de bază încorporate în aparat ideal poate fi considerate procese reversibile de comportament cu gaz ideal. Începând cu extinderea izoterm gaz la temperatura T _1. Cantitatea de căldură necesară în acest scop, - Q _1. După gaz fără expansiune termică (un proces adiabatic). După atingerea temperaturii T _2, gazul este comprimat izoterm prin trecerea energiei Q frigider _2. întoarcerea gazelor la starea inițială se realizează adiabatic.

Eficiența unui motor termic ideală Carnot cu calculul exact este raportul dintre diferența de temperatură dintre încălzire și dispozitivul de răcire la o temperatură, care are un încălzitor. Se pare ca acest lucru: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

eficiență termică posibilă a mașinii, care formula are forma: η = 1 - T ₂ / T _1, depinde numai de valoarea temperaturilor încălzitorului și reci și nu poate fi mai mare de 100%.

Mai mult decât atât, această relație permite o să dovedească faptul că eficiența motoarelor termice poate fi egal cu unitatea numai atunci când frigider zero absolut temperatura. După cum se știe, această valoare este imposibil de atins.

Calculele teoretice Carnot permit determinarea eficienței maxime a unui motor termic de orice design.

Teorema dovedita Carnot este după cum urmează. motor termic Arbitrare în nici un caz în măsură să aibă o eficiență mai mare decât aceleași valori ale unui eficiență ideală a motorului termic.

Un exemplu de rezolvare a problemelor

Exemplul 1. Ce eficiență a unui motor termic ideală, când temperatura încălzitorului este de 800 C și temperatura frigiderului 500 ^C de mai jos?

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

soluţie:

Prin definiție: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Nu s- au dat temperatura frigiderului, dar = AT (T ₁ - T _2), prin urmare:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Raspuns: Eficiența = 46%.

Exemplul 2. Se determină eficiența unui motor termic ideală, în cazul în care datorită energiei dobândite de un kj încălzitor efectuat o muncă utilă 650 J. Care este temperatura încălzitorului motorului termic dacă temperatura lichidului de răcire. - 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

soluţie:

În această sarcină, este o instalație termică, din care eficiența poate fi calculat prin formula:

η = A / Q _1.

Pentru a determina temperatura încălzitorului folosind formula eficiența unui motor termic ideală:

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

Efectuarea transformări matematice, obținem:

T ₁ = T ₂ / (1 - η).

T ₁ = T ₂ / (1 A / Q _1).

Calculăm:

η = 650 J / 1000 J = 0.65.

T = 400 K ₁ / (1 650 J / 1000 J) = 1,142.8 K.

Raspuns: η = 65%, T ₁ = 1,142.8 K.

condițiile reale

Un motor termic ideal de proiectat cu procesele ideale. Lucrarea se efectuează numai în procesele izoterme, acesta este definit ca fiind zona delimitată de graficul ciclului Carnot.

De fapt, pentru a crea condițiile pentru fluxul modificărilor de stare a gazului în proces, fără a însoți schimbările de temperatură nu poate fi. Nu există astfel de materiale, care ar exclude schimbul de căldură cu obiectele din jur. proces adiabatic devine imposibil de realizat. În cazul temperaturii gazelor de schimb de căldură trebuie să se schimbe în mod necesar.

Eficiența mașinilor termice create în condiții reale diferă în mod semnificativ de eficiența ideală a motoarelor. Rețineți că fluxul de procese în motoarele reale se întâmplă atât de repede încât variația energiei termice interne a substanței de lucru în procesul de schimbare a volumului său nu poate fi compensată prin afluxul de cantitatea de căldură a unui încălzitor și un retur mai rece.

Alte motoare termice

Motoarele Real operează pe diferite cicluri:

• ciclu Otto proces volum constant cu schimbarea adiabatică, creând o buclă închisă;
• ciclu diesel izobar, adiabatic, isochore, adiabatică;
• o turbină cu gaz: proces are loc la presiune constantă, adiabatic înlocuit închide bucla.

Creați un echilibru procese în motoarele reale (pentru a le aduce mai aproape de idealul) în tehnologia modernă nu este posibilă. Eficiența motoarelor termice este semnificativ mai mic, chiar și cu aceleași condiții de temperatură ca în setarea de căldură ideală.

Dar nu este necesar să se reducă rolul de calcul formula eficienta a ciclului Carnot, așa cum este, ea devine un punct de referință în procesul de îmbunătățire a eficienței motoarelor reale.

Modalități de schimbare a eficienței

Prin compararea motoarelor termice ideale și reale, trebuie remarcat faptul că ultima temperatura frigiderului nu poate fi arbitrară. De obicei, frigider cred atmosfera. Pentru a lua temperatura atmosferei poate doar calcule aproximative. Experiența arată că temperatura lichidului de răcire este gazul de eșapament în motoarele, așa cum se întâmplă în motoarele cu ardere internă (abreviat ca DVS).

DIC - cea mai frecventă în lumea noastră a motorului termic. Eficiența motorului termic în acest caz depinde de temperatura creată prin arderea combustibilului. Diferența esențială de la motoarele cu aburi DIC este fuziunea Boilerul funcționează și corpul dispozitivului care funcționează într-un amestec aer-combustibil. Arderea amestecului creează presiune pe părțile mobile ale motorului.

Ridicarea temperaturii gazului de lucru se realizează, schimbă în mod semnificativ proprietățile carburantului. Din păcate, este imposibil să se facă fără limită. Orice material de construcție a camerei de ardere a motorului are punctul de topire. Rezistența termică a acestor materiale - caracteristica de bază a motorului, precum și să afecteze în mod semnificativ eficiența.

Eficiența motorului Valori

Dacă luăm în considerare turbina cu abur, temperatura de admisie a aburului de lucru care este egală cu 800 K, iar gazele de evacuare - 300 K, eficiența mașinii este egală cu 62%. În realitate, însă, această valoare nu depășește 40%. Această reducere are loc din cauza pierderilor de căldură în timpul carcasa turbinei de încălzire.

Cea mai mare valoare a eficienței motoarelor cu ardere internă să nu depășească 44%. Creșterea acestei valori - problema viitorul apropiat. Modificarea proprietăților materialelor, combustibil - aceasta este o problemă peste care folosește cele mai luminate minți ale omenirii.