Šilumos sistemų efektyvumas. Esant šilumos variklio efektyvumas - Formulės

Šiuolaikines realijas reikalauja šiluminiais varikliais platų operaciją. Daugybė bandymų juos pakeisti elektros variklių, o išgyvena nesėkmę. Problemos, susijusios su elektros energijos kaupimosi autonominių sistemų, yra sprendžiami su dideliu sunkumų.

Vis dar aktuali, gamybos problemų, akumuliatorių technologija, pagrįsta jų ilgalaikį naudojimą. Greičio charakteristikos elektrinių transporto priemonių yra toli nuo tų automobilių, vidaus degimo variklių.

Pirmieji žingsniai į hibridinių variklių kūrimo gali žymiai sumažinti kenksmingų išmetamųjų dujų kiekį didmiesčių, sprendžiant aplinkosaugos problemas.

Šiek tiek istorijos

Transformacijos energijos garų į kinetinę energiją galimybė buvo žinoma nuo seniausių laikų. 130 BC: Filosofas Geron Aleksandriysky pristatytas auditorijai garo žaislas - eolipil. Sfera alsuoja garais, atėjo į sukimosi apsvaigus sklindančius nuo jos purkštukai. Tai šiuolaikinio garo turbiną prie prašymo pateikimo metu prototipas nerastas.

Jau daugelį metų ir amžiaus filosofas plėtros manyta tiesiog įdomus žaislas. 1629 Italijos D. Branca sukūrė aktyvaus turbiną. Poros išjudinti pateikto disko su ašmenimis.

Nuo to momento prasidėjo sparti garvežių.

šiluminis variklis

Transformacijos vidaus energijos kuro į judėjimo mašinų dalys ir mechanizmų, naudojamų energijos šiluminiais varikliais.

Pagrindiniai mašinų dalys: šildytuvas (sistema gauna energiją iš išorės), darbo kūno (atlieka teigiamą poveikį), šaldytuvas.

Šildytuvas skirtas darbo skystis kaupiasi pakankamai atsargų vidaus energijos naudingų darbų. Šaldytuvas atima energijos perteklių.

Pagrindinis bruožas efektyvumo vadinamas šilumos sistemų efektyvumą. Šis kiekis rodo, kokia dalis energijos išeikvojo šildymo panaudotas atlikti naudingą darbą. Tuo didesnis veiksmingumas, naudinga, kad aparatas, bet ši vertė negali viršyti 100%.

Apskaičiavimas efektyvumo

Tegul šildytuvas išoriškai įgytas energiją, lygią _Q1. Įrankiai kūno įsipareigojusi dirbti, o energijos suteikta šaldytuvas buvo K _2.

Remiantis nustatymo, mes galime apskaičiuoti efektyvumo vertę:

η = A / _Q1. Mes manyti, kad A = _Q1 - _Q2.

Taigi ir šilumos variklio efektyvumas, kurio formulė yra apskaičiuojama pagal formulę η = (Q _{1-2 Q)} / _Q1 = 1 - _Q2 / _Q1, leidžia šias išvadas:

• Efektyvumas negali viršyti 1 (arba 100%);
• padidinti šį kiekį turi padidinti arba energijos, gautos iš šildytuvo, arba energijos tikro šaldytuvo sumažėjimas;
• padidinti šildytuvas galia pasiekti kuro kokybės pokyčius;
• sumažinti energijos, suteikia šaldytuvas, leidžia pasiekti dizaino bruožus variklių.

Idealus šilumos variklis

Ar įmanoma tokio variklio sukūrimas, kurių efektyvumas būtų maksimalus (Idealiame - lygus 100%)? Rasti atsakymą į šį klausimą bandė prancūzų fizikas ir talentingas inžinierius Sadi Carnot atsakymą. 1824 jo teoriniai skaičiavimai apie procesus, vykstančius dujų buvo paleistas.

Pagrindinė idėja įkūnyta ideali mašina gali būti laikoma elgesio dvipusius procesus su idealiųjų dujų. Pradedant plečiantis dujų izotermiškai esant temperatūrai T _1. Šilumos, reikalingos šiam tikslui suma, - Q _1. Po to, kai Dujų be plėsti šilumos (adiabatiniu procesas). Pasiekus temperatūra T _2, dujų yra suspaustas izotermiškai išlaikius šaldytuvo energijos _Q2. dujų grįžimas į pradinę būseną atliekamas adiabatiškai.

Idealios Karno šilumos varikliui kartu su tiksliai apskaičiuoti efektyvumas yra temperatūrų skirtumo tarp šildymo ir šaldymo įrenginį, iki temperatūros, kuri turi šildytuvą santykis. Atrodo, kad tai: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Įmanoma Šiluminis efektyvumas turi būti mašina, kuri formulė yra tokios formos: η = 1 - T ₂ / T _1, priklauso tik nuo radiatoriaus ir žemesnėje temperatūroje vertės ir gali būti ne didesnis kaip 100%.

Be to, šis ryšys suteikia galimybę vieną įrodyti, kad šilumos sistemų efektyvumas gali būti lygus vienybės tik tada, kai šaldytuvas absoliutus nulis temperatūrą. Kaip žinoma, ši vertė yra nepasiekiamas.

Teorinės skaičiavimai Karno leidžia nustatyti maksimalų efektyvumą šiluminio variklio bet kokį dizainą.

Patikrinta Carnot teorema yra taip. Savavališkas šiluminis variklis jokiomis aplinkybėmis turėti efektyvumą didesnės nei tų pačių vertybių idealus šilumos variklio efektyvumą.

Problemos pavyzdys sprendžiant

PAVYZDYS 1. Kas efektyvumas idealios šilumos variklio, kai šildytuvas temperatūra yra 800 C, ^o iš šaldytuvo žemiau 500 ^C temperatūros?

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

sprendimas:

Pagal apibrėžimą: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Mes nebuvo suteikta temperatūrą šaldytuve, bet ΔT = (T ₁ - _T2), taigi:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

Atsakymas: efektyvumas = 46%.

Pavyzdys 2. Nustatomas idealaus šilumos variklio efektyvumą, jei dėl to, kad energijos įsigytas vienas kilodžaulių šildytuvas atliekamas naudinga darbo 650 J. Kas yra šilumos, jei aušinimo skysčio temperatūra šildytuvo temperatūra -. 400 K?

_Q1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

sprendimas:

Į šią užduotį, tai yra terminį įrenginį, kurių efektyvumas gali būti apskaičiuojamas pagal formulę:

η = A / _Q1.

Siekiant nustatyti šildytuvo naudojant formulę efektyvumą idealaus šilumos variklio temperatūra:

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

Atliekant matematinius transformacijas, gauname:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / _Q1).

Mes apskaičiuojame:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Atsakymas: η = 65% T ₁ = 1142,8 K.

faktinės sąlygos

Idealus šilumos variklis suprojektuotas su idealiomis procesus. Darbas yra atliekamas tik izoterminio procesų, ji yra apibrėžiama kaip zona, kuris ribojasi su į Karno ciklo diagramoje.

Tiesą sakant, sudaryti sąlygas dujų būsenos pasikeitimus proceso srauto sąlygas, be kartu temperatūros pokyčiai negali būti. Nėra tokios medžiagos, kuri būtų išskirtos šilumos mainus su aplinkinių objektų. Adiabatic procesas tampa neįmanoma atlikti. Šilumos mainų dujų temperatūros atveju būtinai turi keistis.

Šiluminių mašinų sukurtų realiomis sąlygomis efektyvumas smarkiai skiriasi nuo idealaus efektyvumo sistemose. Atkreipkite dėmesį, kad procesų srautas realių variklių atsitinka taip greitai, kad vidaus šiluminės energijos darbo medžiaga, atsižvelgiant į kintančias jo apimtį procese kitimas negali būti kompensuojamas antplūdžio šilumos kiekio šildytuvo ir aušintuvo mainais.

Kitos šilumos varikliai

Nekilnojamasis varikliai veikia skirtingų ciklų:

• Otto ciklas pastovus tūris procesas su adiabatiniu kaitos, sukuriant uždarą kilpą;
• Dyzelinio ciklo Izobāra, adiabatinis, Isochore, adiabatinis;
• dujų turbinos: procesas vyksta esant pastoviam slėgiui, adiabatinis pakeičiamas uždaro kilpa.

Sukurti pusiausvyrą procesų realių sistemų (priartinti jas prie idealo) šiuolaikinės technologijos yra neįmanoma. Efektyvumas šiluminiais varikliais yra gerokai mažesnė, net su tais pačiais temperatūros sąlygomis kaip ir idealus šilumos nustatymas.

Bet tai nėra būtina sumažinti vaidmuo skaičiavimo formulė efektyvumą , kad Karno ciklą, nes ji yra, ji tampa atskaitos tašką procese, siekiant pagerinti realias variklių efektyvumą.

Būdų, kaip pakeisti efektyvumą

Per palyginus idealus ir faktinių šilumos sistemų, reikėtų pažymėti, kad paskutinis temperatūra šaldytuve negali būti savavališkai. Paprastai šaldytuvas tiki atmosferą. Imtis atmosferos galima tik apytiksliai skaičiavimai temperatūrą. Patirtis rodo, kad aušinimo skysčio temperatūra yra išmetamųjų dujų variklių, kaip tai atsitinka vidaus degimo varikliuose (sutrumpintai DVS).

DIK - labiausiai paplitęs mūsų pasaulyje šilumos variklis. Efektyvumo šilumos variklis šiuo atveju priklauso nuo temperatūros sukurta deginant kurą. Esminis skirtumas nuo DIČ garo varikliai yra sulietų šildytuvas funkcijos ir valdymo įtaiso kūno, esantys oro-kuro mišinio. Degimo mišinys sukuria spaudimą judančių dalių variklio.

Geriau darbo dujų temperatūra pasiekiama žymiai keičiant kuro savybėmis. Deja, tai neįmanoma padaryti be jokių apribojimų. Bet kurį iš statybos variklio degimo kameroje medžiaga turi jo lydymosi temperatūrą. Šiluminė varža tokių medžiagų - pagrindinė charakteristika variklio, taip pat didelės įtakos efektyvumą.

Vertybės variklis efektyvumas

Jei mes atsižvelgti į garo turbiną, darbiniam garų įleidimo angą, kuri yra lygi 800 K temperatūrai ir išmetamųjų dujų - 300 K temperatūra, mašinos efektyvumo yra lygus 62%. Iš tikrųjų, tačiau ši vertė neviršija 40%. Šis sumažinimas atsiranda dėl šilumos nuostolių per šildymo turbinos korpuse.

Didžiausia vertė vidaus degimo variklių efektyvumas neviršija 44%. Didinti šį vertė - apie netolimoje ateityje klausimą. medžiagų savybių keitimas, kuro - tai problema, per kurį dirba geriausi protus žmonijai.