Ufanisi wa injini joto. ufanisi wa injini joto - Mfumo

hali halisi ya kisasa zinahitaji injini joto operesheni pana. jitihada mbalimbali kuchukua nafasi yao na motors umeme wakati wanaendelea kushindwa. matatizo yanayohusiana na mkusanyiko wa nguvu katika mifumo ya uhuru, ni kutatuliwa kwa shida kubwa.

Bado matatizo muhimu za viwanda teknolojia nishati ya betri kulingana na matumizi yao ya muda mrefu. Kasi tabia ya magari ya umeme ni mbali na wale wa magari, injini mwako ndani.

hatua ya kwanza katika viumbe wa injini mseto unaweza kikubwa kupunguza uzalishaji noxious katika maeneo ya mji mkuu, kutatua matatizo ya mazingira.

historia kidogo

uwezekano wa mabadiliko ya nishati ya mvuke ndani ya nishati kinetic imekuwa inajulikana tangu zamani. 130 BC: Mwanafalsafa Geron Aleksandriysky kuwasilishwa kwa toy watazamaji mvuke - eolipil. Sphere kujazwa na mvuke, akaenda katika mzunguko chini ya ushawishi vikiwemo jets yake. mfano hii ya turbine kisasa mvuke wakati wa maombi haupatikani.

Kwa miaka mingi na maendeleo ya karne Mwanafalsafa ilikuwa kuchukuliwa tu toy fun. Katika 1629 Italia D. Branca iliyoundwa turbine kimakusudi. Wanandoa kwenye dhana diski zinazotolewa na vile.

Tangu wakati huo alianza maendeleo ya haraka ya injini ya mvuke.

injini joto

mabadiliko ya nishati ya ndani ya mafuta katika nishati ya mwendo wa sehemu mashine na taratibu kutumika katika injini joto.

Kuu ya maeneo ya mashine: heater (mfumo wa kupokea nishati kutoka nje), mwili kufanya kazi (hufanya athari na faida), jokofu.

heater ni iliyoundwa kwa ajili ya maji ya kufanya kazi kujilimbikiza hisa ya kutosha ya nishati ya ndani kwa ajili ya kazi muhimu. Friji inachukua mbali nishati ya ziada.

tabia kuu ya ufanisi inaitwa ufanisi wa injini joto. wingi hii inaonyesha sehemu gani ya nishati expended katika inapokanzwa alitumia kufanya kazi muhimu. ufanisi zaidi, uendeshaji faida ya mashine, lakini thamani hii inaweza kisichozidi 100%.

Hesabu ya ufanisi

Hebu heater nje alipewa nishati sawa na Q _1. Vyombo vya mwili nia kazi A, wakati nishati kutokana jokofu alikuwa Q _2.

Kulingana na uamuzi, sisi mahesabu ya thamani ufanisi:

η = A / S _1. Sisi kudhani kwamba A = Q ₁ - Q _2.

Hivyo ufanisi wa injini ya joto, formula ya unaotolewa na η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / S _1, inaruhusu slutsatser:

• Ufanisi hawawezi kisichozidi 1 (au 100%);
• kuongeza wingi hii lazima kuongezeka kwa ama nishati zilizopatikana kutoka heater, au upungufu wa nishati kutokana jokofu;
• kuongeza heater nguvu kufikia mabadiliko ya ubora wa mafuta,
• kupunguza nishati, inatoa jokofu, kuruhusu kufikia kubuni sifa za injini.

bora joto injini

Je kuundwa injini kama inawezekana, ufanisi wa ambayo itakuwa ni ya kiwango cha juu (katika bora - sawa na 100%)? Kupata jibu la swali hili alijaribu Kifaransa mwanafizikia na mhandisi vipaji Sadi Carnot. Mwaka 1824 mahesabu yake ya kinadharia kuhusu michakato zinazotokea katika gesi walikuwa huru.

wazo msingi ilivyo katika mashine bora inaweza kuchukuliwa mwenendo kubadilishwa taratibu na gesi bora. Kuanzia na upanuzi wa isothermally gesi katika joto T _1. kiasi cha joto required kwa lengo hili, - Q _1. Baada gesi bila kupanua joto (mchakato adiabatic). Baada ya kufikia joto T _2, gesi ni Komprimerade isothermally kwa kupitisha jokofu nishati Q _2. gesi kurudi hali yake ya awali ni kazi adiabatically.

ufanisi wa bora Carnot joto injini na hesabu kamili ni uwiano wa hali ya joto tofauti kati ya joto na kifaa baridi na joto, ambayo ina heater. Inaonekana kama hii: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Uwezekano mafuta ufanisi wa mashine, ambayo formula ina aina: η = 1 - T ₂ / T _1, inategemea tu juu ya thamani ya heater na baridi joto na inaweza kuwa zaidi ya 100%.

Zaidi ya hayo, uhusiano huu itawezesha moja kuthibitisha kuwa ufanisi wa injini joto inaweza kuwa sawa na umoja tu wakati friji kabisa zero joto. Kama inajulikana, thamani hii ni haliwezi kupatikana.

mahesabu ya kinadharia Carnot kuruhusu kuamua ufanisi upeo wa joto injini za kubuni yoyote.

theorem kuthibitika Carnot ni kama ifuatavyo. Holela joto injini chini ya hali yoyote na uwezo wa kuwa na ufanisi zaidi kuliko maadili hiyo ya bora ufanisi joto injini.

Mfano wa kutatua tatizo

MFANO 1. Nini ufanisi wa bora injini joto, wakati heater joto ni 800 C na joto la jokofu 500 ^C hapa chini?

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

ufumbuzi:

Kwa ufafanuzi: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Sisi hawakupewa joto la jokofu, lakini ΔT = (T ₁ - T _2), kwa hiyo:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

Jibu: ufanisi = 46%.

Mfano 2 Kuamua ufanisi wa bora injini joto, kama kutokana na nishati alipewa moja kilojuli heater kazi muhimu kazi 650 J. ni joto ya heater wa joto injini kama coolant joto -. 400 K?

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

ufumbuzi:

Katika kazi hii, ni ufungaji mafuta, ufanisi ambayo inaweza kuwa mahesabu na formula:

η = A / S _1.

Kuamua joto ya heater kutumia formula ufanisi wa bora injini joto:

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

Maonyesho mabadiliko ya hisabati, sisi kupata:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / S _1).

Sisi kukokotoa:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Jibu: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

hali halisi

bora joto injini iliyoundwa na mchakato bora. kazi ni kazi tu katika michakato isothermal, ni hufafanuliwa kama eneo imepakana na graph ya Carnot mzunguko.

Kwa kweli, kujenga mazingira kwa mtiririko wa mabadiliko ya hali ya gesi katika mchakato, bila kuandamana mabadiliko katika hali ya joto haiwezi. Hakuna vifaa vile, ambayo kuwatenga joto kubadilishana na vitu jirani. Adiabatic mchakato inakuwa vigumu kufanya. Katika kesi ya joto kubadilisha gesi joto lazima lazima kubadilika.

ufanisi wa mashine ya joto iliyoundwa katika hali halisi tofauti kiasi kikubwa kutoka ufanisi bora wa injini. Kumbuka kuwa mtiririko wa mchakato katika injini ya kweli hutokea kwa kasi kwamba tofauti ya ndani ya joto nishati ya kufanya kazi Dutu katika mchakato wa mabadiliko ya kiasi yake hayawezi fidia na kuingia kwa wingi kwa joto wingi wa heater na kurudi baridi.

Mitambo mingine joto

injini Real kazi kwa mzunguko tofauti:

• Otto mzunguko wa mara kwa mara kiasi mchakato na mabadiliko adiabatic, kujenga imefungwa kitanzi,
• Dizeli mzunguko isobar, adiabatic, isochore, adiabatic,
• gesi turbine: mchakato zinazotokea katika shinikizo mara kwa mara, adiabatic kubadilishwa kufunga kitanzi.

Kujenga taratibu msawazo katika injini ya kweli (kwa kuwaleta karibu na bora) katika teknolojia ya kisasa ni haiwezekani. Ufanisi wa injini joto ni kiasi kikubwa chini, hata na hali hiyo joto kama katika mazingira bora joto.

Lakini si lazima kupunguza jukumu hesabu formula ufanisi wa Carnot mzunguko, kama ilivyo, inakuwa kumbukumbu hatua katika mchakato wa kuboresha ufanisi wa injini ya kweli.

Njia za mabadiliko ufanisi

Kwa njia ya kulinganisha injini bora na halisi joto, ni lazima ieleweke kwamba joto ya mwisho ya jokofu hawezi kuwa kiholela. Kwa kawaida jokofu kuamini anga. Kupiga joto la anga Unaweza hesabu tu kukadiria. Uzoefu unaonyesha kuwa coolant joto ni kutolea nje gesi katika injini, kama hufanyika katika injini mwako (hufupishwa kama DVS).

DIC - ya kawaida katika ulimwengu wetu wa injini joto. Ufanisi joto injini katika kesi hii inategemea joto kuundwa kwa kuchoma mafuta. tofauti muhimu kutoka injini ya mvuke DIC ni fusion heater kazi na kuendesha mwili kifaa katika mchanganyiko hewa mafuta. Burning mchanganyiko inajenga shinikizo kwa sehemu kusonga ya injini.

Kuongeza kazi gesi joto ni mafanikio, kwa kiasi kikubwa kubadilisha vipengele ya mafuta. Kwa bahati mbaya, ni vigumu kufanya bila kikomo. nyenzo yoyote ya ujenzi wa chumba cha injini mwako ina hatua yake ya kiwango. upinzani joto ya vifaa vile - tabia ya msingi ya injini, pamoja na kiasi kikubwa kuathiri ufanisi.

ufanisi Maadili injini

Kama tunaona mvuke turbine, joto ya kufanya kazi mvuke inlet ambayo ni sawa na 800 K, na kutolea nje gesi - 300 K, ufanisi wa mashine ni sawa na 62%. Katika hali halisi, hata hivyo, thamani hii hayazidi 40%. kupunguza huu hutokea kutokana na upungufu joto wakati wa joto turbine makazi.

thamani ya juu ya ufanisi wa injini mwako ndani hayazidi 44%. Kuongeza thamani hii - suala la karibuni. Kubadilisha tabia za vitu, mafuta - hii ni tatizo juu ya ni inaajiri akili mbora wa viumbe.