Joto injini: mzunguko, ufanisi wa kazi. matatizo ya mazingira ya mashine mafuta. Ni nini - bora joto injini?

haja kwa ajili ya matumizi ya nishati ya mitambo katika uzalishaji imesababisha kuibuka kwa mashine joto la mwili.

kitengo cha injini joto

Joto injini (joto injini), - kifaa kwa kugeuza nishati ndani katika nishati mitambo.

Yoyote injini joto ina heater, maji kufanya kazi (gesi au mvuke), ambayo hufanya kazi kwa joto (na kusababisha mzunguko wa turbine shimoni, hatua piston, na kadhalika) na jokofu. takwimu hapa chini linaonyesha mchoro wa injini joto.

Misingi hatua wa injini joto

Kila joto utendaji injini kutokana na injini. Kwa kufanya kazi alihitaji upande wa injini piston au turbine vile alikuwa shinikizo tofauti. tofauti hii ni kupatikana katika injini zote joto kama ifuatavyo: kazi maji ya joto ni kuongezeka kwa mamia au maelfu ya digrii ikilinganishwa na joto la kawaida. Katika mitambo ya gesi na mitambo ya mwako ndani (ICE) ni kuongezeka kwa joto kutokana na ukweli kwamba mafuta ni kuchomwa ndani ya injini. Jokofu wanaweza kutenda anga au kifaa maalum kusudi baridi na kondensorpannor mvuke alitumia.

Carnot mzunguko

Mzunguko (mzunguko mchakato) - seti ya mabadiliko ya gesi hali, na kusababisha ni akarudi hali awali (anaweza kufanya kazi). Mwaka 1824, Kifaransa mwanafizikia Sadi Karno umeonyesha kuwa ni faida kwa joto injini mzunguko (Carnot mzunguko), ambayo kuna njia mbili - isothermal na adiabatic. takwimu hapa chini linaonyesha graph ya Carnot mzunguko: 1-2 na 3-4 - isotherm, 2-3 na 4-1 - adiabatic.

Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa kazi nishati ya mitambo ya joto ambayo hufanya injini ni:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ ambapo Q - kiasi cha joto ambayo ni kupokea kutoka heater, na ₂ Q - kiasi cha joto kwamba ni kutupwa na jokofu.
Ufanisi ni uwiano wa joto injini operesheni A ambayo executes injini wingi wa joto ambayo ni kupatikana kutoka heater:

η = A / S = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / S _1.

Katika "Mawazo juu ya nguvu ya kuendesha moto na kwenye mashine ambazo zinaweza kuendeleza nguvu hii" (1824) alielezea Carnot joto injini chini ya jina "bora joto injini na gesi bora, ambalo ni mwili kufanya kazi." Kutokana na sheria ya Thermodynamics inaweza mahesabu ufanisi (upeo iwezekanavyo) na joto injini heater ambayo ina joto T _1, na friji kuwa joto T _2. Carnot joto injini ufanisi ni:

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

Sadi Karno imeonekana kuwa taka mafuta mashine ya kweli, ambayo inafanya kazi na heater na hali ya joto T ₁ na condenser katika joto T ₂ ni uwezo wa kuwa na ufanisi ambayo kisichozidi ufanisi wa injini joto (bora).

Injini mwako ndani (ICE)

Nne kiharusi injini mwako ndani inajumuisha silinda moja au zaidi, piston, utaratibu crank, ulaji na kutolea nje valves, cheche.

mzunguko wa uendeshaji lina stroke nne:

1) sucking - mchanganyiko kuwaka hupitia valve ndani ya silinda,
2) za kubana - valves wote kufungwa;
3) kiharusi - mwako kulipuka ya mchanganyiko kuwaka;
4) Exhaust - kutolewa gesi kutolea nje katika anga.

turbine

turbine nishati uongofu hutokea kutokana na tofauti ya shinikizo mvuke wa maji katika ghuba na plagi.
Nguvu ya mitambo ya kisasa ya mvuke kufikia 1,300 MW.

Baadhi ya vigezo ya kiufundi ya turbine 1200 MW

• Mvuke (safi) - 23.5 MPA.
• Steam joto - 540 ° C.
• Steam mtiririko turbine - 3600 m / h.
• Rotor kasi - 3000 rev / min.
• mvuke shinikizo katika condenser - 3.6 kPa.
• turbine Urefu - 47.9 m.
• Misa turbine - 1900 m.

Thermal mashine lina compressor hewa, combustor na gesi turbine. OPERATION: adiabatically hewa huvutwa hadi kwenye kujazia, hivyo joto yake ni kufufuka kwa 200 ° C au zaidi. Kisha, USITUMIE hewa inaingia chumba mwako ambapo shinikizo wakati huo huo hutolewa mafuta maji - mafuta ya taa mafuta photogen mafuta. Wakati wa mwako wa mafuta ya hewa joto na joto ya 1500-2000 ° C, inatanuka na kuongezeka kasi yake. hewa hatua kwa kasi ya, na bidhaa mwako ni moja kwa moja katika turbine. Baada ya mabadiliko kutoka hatua kwa vile hatua mwako turbine kutoa nishati yake kinetic. Sehemu ya nishati kupokelewa na turbine ni kujazia mzunguko; sehemu iliyobaki ni zinazotumiwa katika jenereta rotor, rotor ndege au chombo bahari, gari gurudumu.

gesi turbine zinaweza kutumika, badala ya ndege ya mzunguko na magurudumu ya gari au panga boyi ya meli, kama injini ya ndege. Hewa na mwako gesi ni ejected kwa kasi ya kutoka gesi turbine, hivyo ndege kutia ambayo inatokana katika mchakato huu inaweza kutumika na hoja ya ndege (ndege) na maji (meli) meli, reli usafiri. Kwa mfano, injini turboprop na ndege AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "Dream"). Hivyo, "Dream" katika ndege kasi ya 700-850 km / h uwezo wa kubeba tani 250 ya mizigo juu ya umbali wa karibu 15,000 kilomita. Ni kubwa ya usafiri wa ndege duniani.

matatizo ya mazingira ya mashine mafuta

Kubwa athari kwa hali ya hewa hali ya hewa, hasa mbele ya dioksidi kaboni na mvuke wa maji. Hivyo, mabadiliko katika maudhui carbon dioxide inaongoza kwa ongezeko au upungufu katika athari chafu, ambapo carbon dioxide kufyonza baadhi ya joto kwamba kusambaa katika nafasi duniani, kuchelewa katika ongezeko anga na hivyo joto ardhi na anga za chini. uzushi wa athari chafu ina jukumu muhimu katika kukabiliana ya hali ya hewa. Kutokana na kukosekana kwa wake, joto la wastani wa dunia hakutaka +15 ° C na chini kwa 30-40 ° C.

duniani sasa kuna zaidi ya milioni 300 aina mbalimbali za magari, ambayo kujenga zaidi ya nusu ya uchafuzi kila hewa.

Zaidi ya mwaka 1 katika anga katika nguvu mafuta kutoka mwako wa mafuta ni zilizotengwa tani milioni 150 ya oksidi za sulfuri, tani milioni 50 wa oksidi nitrojeni, tani milioni 50 za majivu, tani milioni 200 ya monoksidi kaboni, tani milioni 3 Feona.

muundo wa anga pamoja na ozoni, ambayo hulinda maisha yote duniani kutokana na uharibifu unaofanywa rays ultraviolet. . Mwaka 1982, John Farman, mtembezi wa Uingereza, iligunduliwa juu Antaktika ozoni shimo - kupunguza muda wa ozoni yaliyomo katika anga. Katika kilele cha ozoni shimo 7 Oktoba 1987 kiasi cha ozoni ndani yake imepungua katika mara 2. Ozone shimo pengine ilitokana na sababu anthropogenic, ikiwa ni pamoja na matumizi katika sekta ya klorini zenye freons (CFC), ambayo kuharibu ozoni safu. Hata hivyo, utafiti wa 1990. haijathibitishwa mtazamo huu. Uwezekano mkubwa zaidi, kuibuka kwa shimo ozoni hauhusiani na shughuli za binadamu, na ni utaratibu wa kawaida. Mwaka 1992, ozoni shimo iligunduliwa juu Arctic.

Kama kukusanya wote anga ozoni safu ya uso wa dunia na mzito kwa wiani wa hewa katika shinikizo anga na joto ya 0 ° C, basi ozoni ngao unene ni tu 2-3 mm! Hiyo ni ngao kwa ujumla.

kidogo ya historia ...

• July 1769. Katika Paris Meudon park kijeshi mhandisi NZ Kyunyo na "moto gari", ambayo ilikuwa na vifaa na injini mbili silinda mvuke, alimfukuza makumi kadhaa ya mita.
• 1885. Karl Benz, mhandisi wa Ujerumani, umejengwa kwanza tairi nne petroli gari Motorwagen nguvu ya 0.66 kW, ambayo Januari 29, 1886 kupatikana patent. Machine kasi mara 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, Ujerumani mvumbuzi, viwandani Trolley gari nguvu 2.9 kW (4 horsepowers) ya gari. kasi upeo wa gari fika 10 km / h, uwezo katika mifano mbalimbali ni kutoka tani 2 hadi 5.
• 1899. Ubelgiji K. Zhenattsi katika gari lake, "Jamet Contant" ( "kamwe kuridhika") kwa mara ya kwanza shilingi 100 kilomita line kasi.

Mifano ya matatizo ya kutatua

Tatizo 1. joto ya heater bora injini joto ni sawa hadi 2000 K, na joto jokofu - 100 ° C. Kuamua ufanisi.

ufumbuzi:
formula kwamba huamua ufanisi wa injini joto (upeo):

N = T ₁ T ₂ / T _1.
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

: Injini ufanisi - 81%.

Tatizo 2. joto injini 200 KJ wa joto mara kupatikana kwa mwako wa mafuta, na kuhamishiwa baridi 120 KJ joto. ni ufanisi wa injini ni nini?

ufumbuzi:
formula kwa kuamua ufanisi ni ya fomu:

N = Q1 - Q2 / Q1.
N = (2 × 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0.4.

: Ufanisi wa mafuta ya injini - 40%.

Tatizo 3. Ni nini ufanisi wa injini ya joto, wakati maji ya kazi kutoka heater baada ya kupokea kiasi cha joto la 1.6 MJ akifanya kazi 400 KJ? kiasi cha joto alihamishiwa jokofu ni nini?

ufumbuzi:
Ufanisi iweze kutambulika kwa formula

N = A / S _1.

N = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25.

Zinaa jokofu joto kiasi inaweza kuamua na formula

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0.4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
: Injini joto ina ufanisi wa 25%; wingi wa joto kuhamishiwa jokofu - 1.2 · 10 ⁶ J.