Funktionen av många typer av maskiner kännetecknas av en så viktig indikator som effektiviteten hos en värmemotor. Varje år strävar ingenjörer efter att skapa mer avancerad utrustning som, till lägre bränslekostnader, skulle ge maxim alt resultat av användningen.
Värmemotorenhet
Innan du förstår vad effektivitet är, är det nödvändigt att förstå hur denna mekanism fungerar. Utan att känna till principerna för dess handling är det omöjligt att ta reda på kärnan i denna indikator. En värmemotor är en enhet som fungerar genom att använda intern energi. Varje värmemotor som omvandlar termisk energi till mekanisk energi använder termisk expansion av ämnen med ökande temperatur. I solid-state-motorer är det möjligt att inte bara ändra materiens volym utan också kroppens form. Driften av en sådan motor är föremål för termodynamikens lagar.
Driftsprincip
För att förstå hur en värmemotor fungerar är det nödvändigt att överväga grundernahans design. För driften av enheten behövs två kroppar: varm (värmare) och kall (kylskåp, kylare). Principen för drift av värmemotorer (värmemotorers effektivitet) beror på deras typ. Ofta fungerar ångkondensorn som ett kylskåp, och alla typer av bränsle som brinner i ugnen fungerar som en värmare. Effektiviteten hos en ideal värmemotor hittas av följande formel:
Efficiency=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Samtidigt kan verkningsgraden för en riktig motor aldrig överstiga värdet som erhålls enligt denna formel. Dessutom kommer denna indikator aldrig att överstiga ovanstående värde. För att öka effektiviteten, öka oftast temperaturen på värmaren och minska temperaturen på kylskåpet. Båda dessa processer kommer att begränsas av utrustningens faktiska driftsförhållanden.
Värmemotoreffektivitet (formel)
Under driften av en värmemotor utförs arbete, eftersom gasen börjar tappa energi och svalnar till en viss temperatur. Den senare ligger vanligtvis några grader över den omgivande atmosfären. Detta är kylens temperatur. En sådan speciell anordning är utformad för kylning med efterföljande kondensering av avgasångan. Där det finns kondensatorer är temperaturen i kylskåpet ibland lägre än den omgivande temperaturen.
I en värmemotor kan kroppen, när den värms upp och expanderas, inte ge all sin inre energi för att utföra arbete. En del av värmen kommer att överföras till kylskåpet tillsammans med avgaser eller ånga. Den här delentermisk inre energi går oundvikligen förlorad. Under bränsleförbränning får arbetskroppen en viss mängd värme Q1 från värmaren. Samtidigt gör den fortfarande arbete A, under vilken den överför en del av värmeenergin till kylskåpet: Q2<Q1.
EFFICIENCY kännetecknar motorns effektivitet inom området energiomvandling och transmission. Denna indikator mäts ofta i procent. Effektivitetsformel:
ηA/Qx100 %, där Q är den förbrukade energin, A är det användbara arbetet.
Baserat på lagen om energibevarande, kan vi dra slutsatsen att effektiviteten alltid kommer att vara mindre än en. Med andra ord, det kommer aldrig att bli mer användbart arbete än den energi som läggs på det.
Motoreffektivitet är förhållandet mellan nyttigt arbete och energin som tillförs av värmaren. Det kan representeras som följande formel:
η=(Q1-Q2)/ Q1, där Q 1 - värme som tas emot från värmaren och Q2 - ges till kylskåpet.
Värmemotordrift
Arbetet som utförs av en värmemotor beräknas med följande formel:
A=|QH| - |QX|, där A är arbete, QH är mängden värme som tas emot från värmaren, QX - mängden värme som ges till kylaren.
Värmemotoreffektivitet (formel):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Det är lika med förhållandet mellan det arbete som utförs av motorn och mängdenvärme. En del av den termiska energin går förlorad under denna överföring.
Carnot-motor
Den maximala verkningsgraden för en värmemotor anges på Carnot-enheten. Detta beror på det faktum att det i detta system endast beror på den absoluta temperaturen hos värmaren (Тн) och kylaren (Тх). Verkningsgraden för en värmemotor som arbetar enligt Carnot-cykeln bestäms av följande formel:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Termodynamikens lagar gjorde det möjligt för oss att beräkna den maximala effektiviteten som är möjlig. För första gången beräknades denna indikator av den franske vetenskapsmannen och ingenjören Sadi Carnot. Han uppfann en värmemotor som gick på idealisk gas. Det fungerar på en cykel med 2 isotermer och 2 adiabater. Principen för dess funktion är ganska enkel: en värmekontakt förs till kärlet med gas, vilket resulterar i att arbetsvätskan expanderar isotermiskt. Samtidigt fungerar den och tar emot en viss mängd värme. Efter att kärlet är värmeisolerat. Trots detta fortsätter gasen att expandera, men redan adiabatiskt (utan värmeväxling med omgivningen). Vid denna tidpunkt sjunker dess temperatur till kylskåpet. I detta ögonblick är gasen i kontakt med kylskåpet, vilket gör att den ger den en viss mängd värme under isometrisk kompression. Därefter värmeisoleras kärlet igen. I detta fall komprimeras gasen adiabatiskt till sin ursprungliga volym och tillstånd.
Varieties
I vår tid finns det många typer av värmemotorer som arbetar på olika principer och på olika bränslen. De har alla sin egen effektivitet. Dessa inkluderarföljande:
• Förbränningsmotor (kolv), som är en mekanism där en del av den kemiska energin i det brinnande bränslet omvandlas till mekanisk energi. Sådana anordningar kan vara gas och vätska. Det finns 2-takts och 4-taktsmotorer. De kan ha en kontinuerlig arbetscykel. Enligt metoden för att förbereda en blandning av bränsle är sådana motorer förgasare (med extern blandningsbildning) och diesel (med intern). Beroende på typerna av energiomvandlare är de indelade i kolv, jet, turbin, kombinerat. Effektiviteten hos sådana maskiner överstiger inte 0,5.
• Stirlingmotor - en anordning där arbetsvätskan befinner sig i ett slutet utrymme. Det är en slags extern förbränningsmotor. Principen för dess funktion är baserad på periodisk kylning/uppvärmning av kroppen med produktion av energi på grund av en förändring i dess volym. Det är en av de mest effektiva motorerna.
• Turbinmotor (roterande) med extern förbränning av bränsle. Sådana installationer finns oftast i värmekraftverk.
• Turbin (roterande) ICE används vid termiska kraftverk i toppläge. Inte lika vanligt som andra.
• En turbopropmotor genererar en del av dragkraften på grund av propellern. Resten kommer från avgaser. Dess design är en roterande motor (gasturbin), på vars axel en propeller är monterad.
Andra typer av värmemotorer
• Raket-, turbojet- och jetmotorer som får dragkraft från rekylavgaser.
• Solid-state-motorer använder fasta ämnen som bränsle. När man arbetar är det inte dess volym som förändras, utan dess form. Driften av utrustningen använder en extremt låg temperaturskillnad.
Hur man förbättrar effektiviteten
Är det möjligt att öka effektiviteten hos en värmemotor? Svaret måste sökas inom termodynamiken. Den studerar de ömsesidiga omvandlingarna av olika typer av energi. Det har konstaterats att det är omöjligt att omvandla all tillgänglig termisk energi till elektrisk, mekanisk, etc. Samtidigt sker deras omvandling till termisk energi utan några begränsningar. Detta är möjligt på grund av det faktum att den termiska energins natur är baserad på den oordnade (kaotiska) rörelsen av partiklar.
Ju mer kroppen värms upp, desto snabbare rör sig molekylerna som den består av. Partikelrörelser kommer att bli ännu mer oberäkneliga. Tillsammans med detta vet alla att ordning lätt kan förvandlas till kaos, vilket är mycket svårt att beställa.
