КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя - формула определения. Формулы двигателя кпд


2QM.ru: КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя - формула определения

Работу многих видов машин характеризует такой важный показатель, как КПД теплового двигателя. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при меньших затратах топлива давала бы максимальный результат от его использования.

Содержание статьи

Устройство теплового двигателя

Прежде чем разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного действия), необходимо понять, как же работает этот механизм. Без знания принципов его действия нельзя выяснить сущность этого показателя. Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Любая тепловая машина, превращающая тепловую энергию в механическую, использует тепловое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных двигателях возможно не только изменение объема вещества, но и формы тела. Действие такого двигателя подчинено законам термодинамики.

Принцип функционирования

Для того чтобы понять, как же работает тепловой двигатель, необходимо рассмотреть основы его конструкции. Для функционирования прибора необходимы два тела: горячее (нагреватель) и холодное (холодильник, охладитель). Принцип действия тепловых двигателей (КПД тепловых двигателей) зависит от их вида. Зачастую холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — любой вид топлива, сгорающий в топке. КПД идеального теплового двигателя находится по такой формуле:

КПД = (Тнагрев. - Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.

При этом КПД реального двигателя никогда не сможет превысить значения, полученного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превысит вышеупомянутого значения. Чтобы повысить КПД, чаще всего увеличивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными условиями работы оборудования.

КПД теплового двигателя (формула)

При функционировании теплового двигателя совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некой температуры. Последняя, как правило, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое специальное устройство предназначено для охлаждения с последующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника иногда ниже температуры окружающей среды.

В тепловом двигателе тело при нагревании и расширении не способно отдать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вместе с выхлопными газами или паром. Эта часть тепловой внутренней энергии неизбежно теряется. Рабочее тело при сгорании топлива получает от нагревателя определенное количество теплоты Q1. При этом оно еще совершает работу A, в ходе которой передает холодильнику часть тепловой энергии: Q2<Q1.

КПД характеризует эффективность двигателя в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель часто измеряется в процентах. Формула КПД:

η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — полезная работа.

Исходя из закона сохранения энергии, можно сделать вывод, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.

КПД двигателя — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде такой формулы:

η = (Q1-Q2)/ Q1, где Q1 — теплота, полученная от нагревателя, а Q2 — отданная холодильнику.

Работа теплового двигателя

Работа, совершаемая тепловым двигателем, рассчитывается по такой формуле:

A = |QH| - |QX|, где А — работа, QH — количество теплоты, получаемое от нагревателя, QX — количество теплоты, отдаваемое охладителю.

КПД теплового двигателя (формула):

|QH| - |QX|)/|QH| = 1 - |QX|/|QH|

Он равняется отношению работы, которую совершает двигатель, к количеству полученной теплоты. Часть тепловой энергии при этой передаче теряется.

Двигатель Карно

Максимальное КПД теплового двигателя отмечается у прибора Карно. Это обусловлено тем, что в указанной системе он зависит только лишь от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, определяется по следующей формуле:

(Тн - Тх)/ Тн = - Тх - Тн.

Законы термодинамики позволили высчитать максимальный КПД, который возможен. Впервые этот показатель вычислил французский ученый и инженер Сади Карно. Он придумал тепловую машину, которая функционировала на идеальном газу. Она работает по циклу из 2 изотерм и 2 адиабат. Принцип ее работы довольно прост: к сосуду с газом подводят контакт нагревателя, вследствие чего рабочее тело расширяется изотермически. При этом оно функционирует и получает определенное количество теплоты. После сосуд теплоизолируют. Несмотря на это, газ продолжает расширяться, но уже адиабатно (без теплообмена с окружающей средой). В это время его температура снижается до показателей холодильника. В этот момент газ контактирует с холодильником, вследствие чего отдает ему определенное количество теплоты при изометрическом сжатии. Потом сосуд снова теплоизолируют. При этом газ адиабатно сжимается до первоначального объема и состояния.

Разновидности

В наше время существует много типов тепловых двигателей, которые работают по разным принципам и на различном топливе. У всех у них свой КПД. К ним относятся следующие:

• Двигатель внутреннего сгорания (поршневой), представляющий собой механизм, где часть химической энергии сгорающего топлива переходит в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные двигатели. У них может быть рабочий цикл непрерывного действия. По методу приготовления смеси топлива такие двигатели бывают карбюраторными (с внешним смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превышает показателя в 0,5.

• Двигатель Стирлинга — прибор, в котором рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью двигателя внешнего сгорания. Принцип его действия основан на периодическом охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие изменения его объема. Это один из самых эффективных двигателей.

• Турбинный (роторный) двигатель с внешним сгоранием топлива. Такие установки чаще всего встречаются на тепловых электрических станциях.

• Турбинный (роторный) ДВС используется на тепловых электрических станциях в пиковом режиме. Не так сильно распространен, как другие.

• Турбиновинтовой двигатель за счет винта создает некоторую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный двигатель (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.

Другие виды тепловых двигателей

• Ракетные, турбореактивные и реактивные двигатели, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.

• Твердотельные двигатели используют в качестве топлива твердое тело. При работе изменяется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования используется предельно малый перепад температуры.

Как можно повысить КПД

Возможно ли повышение КПД теплового двигателя? Ответ нужно искать в термодинамике. Она изучает взаимные превращения разных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся тепловую энергию преобразовать в электрическую, механическую и т. п. При этом преобразование их в тепловую происходит без каких-либо ограничений. Это возможно из-за того, что природа тепловой энергии основана на неупорядоченном (хаотичном) движении частиц.

Чем сильнее разогревается тело, тем быстрее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще более беспорядочным. Наряду с этим все знают, что порядок можно легко превратить в хаос, который очень трудно упорядочить.

2qm.ru

Тепловой баланс двигателя автомобиля: уровнение, формула КПД |

В теории двигателестроения много внимания уделяется газообмену и распределению тепла в процессе работы ДВС. Немаловажный аспект в понимании работы – тепловой баланс двигателя.

Тепловым балансом называют соотношение количества теплоты, выполнившее полезную работу, к теплоте, растраченной впустую. Под напрасной растратой подразумеваются потери теплоты на нагрев элементов окружающей среды. Топливный баланс может быть составлен в процентном соотношении либо в единицах энергии (калориях, джоулях). В зависимости от преследуемых целее, уравнение теплового баланса позволяет подсчитать соотношение общего количества теплоты на 1 час работы, фиксированный цикл, на 1 кг израсходованного вещества либо на единицу получаемой продукции.

В области техники понятие применяется для анализа и изучения различного рода тепловых процессов, происходящих в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, печах и т.д. Полученные из уравнения данные позволяют рассчитать коэффициент полезного действия как всего агрегата в целом, так и отдельных элементов установки. Иными словами, расчет теплового баланса позволяет нам узнать, насколько эффективно внутри двигателя происходит сгорание топливовоздушной смеси (ТПВС).

Тепловой баланс может быть выражен в форме уравнения, одна часть которого будет показывать приход тепла в систему, а вторая – потери и расход. Для лучшего наглядного представления значения легко трансформируются в диаграммы и таблицы.

Левая часть уравнения теплового баланса (Q) — общее количество теплоты, подведенного в двигатель с горючим, вторая часть показывает распределение теплотворной способности топлива, где

  • Qe –количество полезного тепла. Показывает количество теплоты, израсходовавшейся на преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Это и будет эффективно расходованная энергия.
  • Qохл –тепло, растраченное на обогрев антифриза. В двигателях с воздушным охлаждением этот параметр будет обозначать потери на нагрев воздуха.
  • Qгаз–количество теплоты, вышедшее из двигателя вместе с отработавшими газами.
  • Qхим –потери тепла вследствие неполноты сгорания топлива.
  • Qост –остаточные потери, не учтенные в остальных пунктах.
  • Qм –передавая смазочным материалам теплота.

Если говорить о процентном выражении, то Q – 100% полученного тепла. Процентное соотношение общего количества тепла к каждому виду потерь можно получить по формуле:

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

sibloma.ru

Тепловой баланс двигателя автомобиля: уровнение, формула КПД

В теории двигателестроения много внимания уделяется газообмену и распределению тепла в процессе работы ДВС. Немаловажный аспект в понимании работы – тепловой баланс двигателя.

Базовые понятия

Тепловым балансом называют соотношение количества теплоты, выполнившее полезную работу, к теплоте, растраченной впустую. Под напрасной растратой подразумеваются потери теплоты на нагрев элементов окружающей среды. Топливный баланс может быть составлен в процентном соотношении либо в единицах энергии (калориях, джоулях). В зависимости от преследуемых целее, уравнение теплового баланса позволяет подсчитать соотношение общего количества теплоты на 1 час работы, фиксированный цикл, на 1 кг израсходованного вещества либо на единицу получаемой продукции.В области техники понятие применяется для анализа и изучения различного рода тепловых процессов, происходящих в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, печах и т.д. Полученные из уравнения данные позволяют рассчитать коэффициент полезного действия как всего агрегата в целом, так и отдельных элементов установки. Иными словами, расчет теплового баланса позволяет нам узнать, насколько эффективно внутри двигателя происходит сгорание топливовоздушной смеси (ТПВС).

Уравнение

Тепловой баланс может быть выражен в форме уравнения, одна часть которого будет показывать приход тепла в систему, а вторая – потери и расход. Для лучшего наглядного представления значения легко трансформируются в диаграммы и таблицы.

Левая часть уравнения теплового баланса (Q) — общее количество теплоты, подведенного в двигатель с горючим, вторая часть показывает распределение теплотворной способности топлива, где

  • Qe – количество полезного тепла. Показывает количество теплоты, израсходовавшейся на преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Это и будет эффективно расходованная энергия.
  • Qохл – тепло, растраченное на обогрев антифриза. В двигателях с воздушным охлаждением этот параметр будет обозначать потери на нагрев воздуха.
  • Qгаз – количество теплоты, вышедшее из двигателя вместе с отработавшими газами.
  • Qхим – потери тепла вследствие неполноты сгорания топлива.
  • Qост – остаточные потери, не учтенные в остальных пунктах.
  • Qм – передавая смазочным материалам теплота.

Если говорить о процентном выражении, то Q – 100% полученного тепла. Процентное соотношение общего количества тепла к каждому виду потерь можно получить по формуле:

(QHp = Q)

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

Борьба с потерями

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

Поделиться "Тепловой баланс двигателя автомобиля: уровнение, формула КПД"

mttunost.ru

Формула кпд через мощность. КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя

Как найти коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия показывает отношение пригодной работы, которая выполняется механизмом либо устройством, к затраченной. Зачастую за затраченную работу принимают число энергии, которое потребляет устройство для того, дабы исполнить работу.

Вам понадобится

  • — автомобиль;
  • — термометр;
  • — калькулятор.
Инструкция

1. Для того дабы рассчитать показатель полезного действия (КПД) поделите пригодную работу Ап на работу затраченную Аз, а итог умножьте на 100% (КПД=Ап/Аз?100%). Итог получите в процентах.

2. При расчете КПД теплового мотора, пригодной работой считайте механическую работу, исполненную механизмом. За затраченную работу берите число теплоты, выделяемое сгоревшим топливом, которое является источником энергии для мотора.

3. Пример. Средняя сила тяги мотора автомобиля составляет 882 Н. На 100 км пути он потребляет 7 кг бензина. Определите КПД его мотора. Вначале обнаружьте пригодную работу. Она равна произведению силы F на расстояние S, преодолеваемое телом под ее воздействием Ап=F?S. Определите число теплоты, которое выделится при сжигании 7 кг бензина, это и будет затраченная работа Аз=Q=q?m, где q – удельная теплота сгорания топлива, для бензина она равна 42?10^6 Дж/кг, а m – масса этого топлива. КПД мотора будет равен КПД=(F?S)/(q?m)?100%= (882?100000)/( 42?10^6?7)?100%=30%.

4. В всеобщем случае дабы обнаружить КПД, всякий тепловой машины (мотора внутреннего сгорания, парового мотора, турбины и т.д.), где работа выполняется газом, имеет показатель полезного действия равный разности теплоты отданной нагревателем Q1 и полученной холодильником Q2, обнаружьте разность теплоты нагревателя и холодильника, и поделите на теплоту нагревателя КПД= (Q1-Q2)/Q1. Тут КПД измеряется в дольных единицах от 0 до 1, дабы перевести итог в проценты, умножьте его на 100.

5. Дабы получить КПД безукоризненной тепловой машины (машины Карно), обнаружьте отношение разности температур нагревателя Т1 и холодильника Т2 к температуре нагревателя КПД=(Т1-Т2)/Т1. Это предельно допустимый КПД для определенного типа тепловой машины с заданными температурами нагревателя и холодильника.

6. Для электродвигателя обнаружьте затраченную работу как произведение мощности на время ее выполнения. Скажем, если электродвигатель крана мощностью 3,2 кВт поднимает груз массой 800 кг на высоту 3,6 м за 10 с, то его КПД равен отношению пригодной работы Ап=m?g?h, где m – масса груза, g?10 м/с? убыстрение свободного падения, h – высота на которую подняли груз, и затраченной работы Аз=Р?t, где Р – мощность мотора, t – время его работы. Получите формулу для определения КПД=Ап/Аз?100%=(m?g?h)/(Р?t) ?100%=%=(800?10?3,6)/(3200?10) ?100%=90%.

Показатель пригодного действия (КПД) — это показатель производительности какой либо системы, будь то мотор автомобиля, машина либо другой механизм. Он показывает, как результативно данная система использует получаемую энергию. Вычислить КПД дюже легко.

Инструкция

1. Почаще каждого КПД вычисляется из соотношения пригодно применяемой системой энергии ко каждой суммарно полученной энергии в определенный интервал времени. Стоит подметить, что КПД не имеет определенных единиц измерения. Впрочем, в школьной программе эту величину измеряют в процентах. Данный показатель, исходя из выше указанных данных, вычисляется по формуле:? = (A/Q)*100%, где ? («эта») — это желанный КПД, A — пригодная работа системы, Q — суммированные затраты энергии, A и Q измеряются в Джоулях.

2. Указанный выше метод вычисления КПД не является исключительным, потому что пригодная работа системы (A) вычисляется по формуле:A = Po-Pi, где Po — подведенная системе энергия извне, Pi — потери энергии при работе системы. Развернув числитель указанной выше формулы, ее дозволено записать в дальнейшем виде:? = ((Po-Pi)/Po)*100%.

3. Дабы вычисление КПД было больше внятным и наглядным, дозволено разглядеть примеры.Пример 1: Пригодная работа системы равна 75 Дж, сумма затраченной для ее работы энергии составляет 100 Дж, требуется обнаружить КПД данной системы. Для решения этой задачи примените самую первую формулу:? = 75/100 = 0.75 либо 75%Ответ: КПД предложенной системы составляет 75%.

4. Пример 2: Подводимая для работы мотора энергия составляет 100 Дж, потери энергии при работе этого мотора 25 Дж, нужно вычислить КПД. Для решения предложенной задачи воспользуйтесь 2-й формулой подсчета желанного показателя:? = (100-25)/100 = 0.75 либо 75%. Результаты в обоих примерах получились идентичные, чай во втором случае были больше детально разобраны данные числителя.

Обратите внимание! Многие типы современных моторов (скажем, ракетный мотор либо турбовоздушный) имеют несколько ступеней своей работы, и для всей ступени существует свой КПД, тот, что исчисляется по всякий из указанных формул. Но дабы обнаружить всеобщий показатель, понадобится перемножить все знаменитые КПД на всех этапах работы данного мотора:? = ?1*?2*?3*…*?.

Полезный совет КПД не может быть огромнее единице, чай во время работы всякий системы неминуемо появляются потери энергии.

Попутные перевозки представляют собой разновидность транспортных перевозок, состоящую в загрузке транспортного средства, осуществляющего холостой пробег. Обстановки, когда транспорт вынужден передвигаться без груза, встречаются довольно зачастую, причем, как до , так и позже позже выполнения намеченного транспортного заказа. Для предприятия вероятность взять добавочный груз обозначает, как минимум, снижение финансовых потерь.

Инструкция

1. Оцените результативность применения попутных грузоперевозок реально для вашего предприятия. Значимым моментом, тот, что следует уяснить, является тот факт, что попутный груз может быть перевезен в то время, когда транспорт вынужденно перемещается порожняком позже осуществления первичной (стержневой) транспортной заявки. Если в деятельности вашего предприятия такие обстановки встречаются регулярно, отважно выбирайте такой метод оптимизации перевозок.

2. Оцените, какой попутный груз по массе и габаритам может перевезти ваше транспортное средство. Попутный груз может быть экономически выигрышным даже в том случае, если часть грузового пространства вашего автомобиля окажется не занятой.

3. Продумайте, из каких точек основного маршрута вы сумеете взять попутный груз. Комфортнее каждого, если такой груз вы можете получить в финальной точке планового маршрута и довезти его до места, где расположено ваше транспортное предприятие. Но такая обстановка может встретиться не неизменно. Следственно разглядите также вероятность некоторого отклонения от маршрута, просчитав, разумеется, экономическую рациональность такого метаморфозы.

4. Узнаете, не требуется ли обратная перевозка груза предприятию, в которое вы делаете плановую грузоперевозку. В этом случае значительно п

xn----7sbeb3bupph.xn--p1ai

КПД теплового двигателя. КПД теплового двигателя

Работу многих видов машин охарактеризовывает таковой принципиальный показатель, как КПД термического мотора. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при наименьших издержек горючего давала бы наибольший итог от его использования.

Устройство термического мотора

До того как разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного деяния), нужно осознать, как работает этот механизм. Без познания принципов его деяния нельзя узнать суть этого показателя. Термическим движком именуют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Неважно какая термическая машина, превращающая термическую энергию в механическую, употребляет термическое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных движках может быть не только лишь изменение объема вещества, да и формы тела. Действие такового мотора подчинено законам термодинамики.

Принцип функционирования

Для того чтоб осознать, как работает термический движок, нужно разглядеть базы его конструкции. Для функционирования прибора нужны два тела: горячее (нагреватель) и прохладное (холодильник, охладитель). Принцип деяния термических движков (КПД термических движков) находится в зависимости от их вида. Часто холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — хоть какой вид горючего, сгорающий в топке. КПД безупречного термического мотора находится по таковой формуле:

КПД = (Тнагрев. — Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.

При всем этом КПД реального мотора никогда не сумеет превысить значения, приобретенного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превзойдет вышеупомянутого значения. Чтоб повысить КПД, в большинстве случаев наращивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными критериями работы оборудования.

КПД термического мотора (формула)

При функционировании термического мотора совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некоторой температуры. Последняя, обычно, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое особое устройство создано для остывания с следующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника время от времени ниже температуры среды.

В термическом движке тело при нагревании и расширении не способно дать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вкупе с выхлопными газами либо паром. Эта часть термический внутренней энергии безизбежно пропадает. Рабочее тело при сгорании горючего получает от нагревателя определенное количество теплоты Q1. При всем этом оно еще совершает работу A, в процессе которой передает холодильнику часть термический энергии: Q2<Q1.

КПД охарактеризовывает эффективность мотора в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель нередко измеряется в процентах. Формула КПД:

η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — нужная работа.

Исходя из закона сохранения энергии, можно прийти к выводу, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.

КПД мотора — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде таковой формулы:

η = (Q1-Q2)/ Q1, где Q1 — теплота, приобретенная от нагревателя, а Q2 — отданная холодильнику.

Работа термического мотора

Работа, совершаемая термическим движком, рассчитывается по таковой формуле:

A = |QH| — |QX|, где А — работа, QH — количество теплоты, получаемое от нагревателя, QX — количество теплоты, отдаваемое охладителю.

КПД термического мотора (формула):

|QH| — |QX|)/|QH| = 1 — |QX|/|QH|

Он приравнивается отношению работы, которую совершает движок, к количеству приобретенной теплоты. Часть термический энергии при этой передаче пропадает.

Движок Карно

Наибольшее КПД термического мотора отмечается у прибора Карно. Это обосновано тем, что в обозначенной системе он зависит только только от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД термического мотора, работающего по циклу Карно, определяется по последующей формуле:

(Тн — Тх)/ Тн = — Тх — Тн.

Законы термодинамики позволили рассчитать наибольший КПД, который вероятен. В первый раз этот показатель вычислил французский ученый и инженер Сади Карно. Он вымыслил термическую машину, которая работала на безупречном газу. Она работает по циклу из 2 изотерм и 2 адиабат. Принцип ее работы достаточно прост: к сосуду с газом подводят контакт нагревателя, вследствие чего рабочее тело расширяется изотермически. При всем этом оно работает и получает определенное количество теплоты. После сосуд теплоизолируют. Невзирая на это, газ продолжает расширяться, но уже адиабатно (без термообмена с окружающей средой). В это время его температура понижается до характеристик холодильника. В этот момент газ контактирует с холодильником, вследствие чего дает ему определенное количество теплоты при изометрическом сжатии. Позже сосуд опять теплоизолируют. При всем этом газ адиабатно сжимается до начального объема и состояния.

Разновидности

В наше время существует много типов термических движков, которые работают по различным принципам и на различном горючем. У всех у их собственный КПД. К ним относятся последующие:

• Бензиновый двигатель (поршневой), представляющий из себя механизм, где часть хим энергии сгорающего горючего перебегает в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные движки. У их может быть рабочий цикл непрерывного деяния. По способу изготовления консистенции горючего такие движки бывают карбюраторными (с наружным смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их делят на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превосходит показателя в 0,5.

• Движок Стирлинга — прибор, в каком рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью мотора наружного сгорания. Принцип его деяния основан на повторяющемся охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие конфигурации его объема. Это один из самых действенных движков.

• Турбинный (роторный) движок с наружным сгоранием горючего. Такие установки в большинстве случаев встречаются на термических электростанциях.

• Турбинный (роторный) ДВС употребляется на термических электростанциях в пиковом режиме. Не так очень всераспространен, как другие.

• Турбиновинтовой движок за счет винта делает некую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный движок (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.

Другие виды термических движков

• Ракетные, турбореактивные и реактивные движки, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.

• Твердотельные движки употребляют в качестве горючего жесткое тело. При работе меняется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования употребляется максимально малый перепад температуры.

Как можно повысить КПД

Может быть ли увеличение КПД термического мотора? Ответ необходимо находить в термодинамике. Она изучает обоюдные перевоплощения различных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся термическую энергию конвертировать в электронную, механическую и т. п. При всем этом преобразование их в термическую происходит без каких-то ограничений. Это может быть из-за того, что природа термический энергии базирована на неупорядоченном (беспорядочном) движении частиц.

Чем посильнее разогревается тело, тем резвее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще больше хаотичным. Вместе с этим все знают, что порядок можно просто перевоплотить в хаос, который очень тяжело упорядочить.

tipsboard.ru