L'efficienza dei motori termici. L'efficienza di un motore termico – Formula

realtà moderne richiedono motori termici vasta operazione. Numerosi tentativi di sostituirli con motori elettrici mentre in fase guasto. I problemi associati con l'accumulo di potenza in sistemi autonomi, sono risolti con grande difficoltà.

Ancora problemi rilevanti di produzione di tecnologia delle batterie di potenza in base al loro uso a lungo termine. caratteristiche di velocità dei veicoli elettrici sono lontani da quelli in automobili, motori a combustione interna.

I primi passi nella creazione di motori ibridi possono ridurre significativamente le emissioni nocive nelle aree metropolitane, risolvere i problemi ambientali.

Un po 'di storia

La possibilità di trasformazione dell'energia del vapore in energia cinetica è stato conosciuto fin dai tempi antichi. 130 aC: Filosofo Geron Aleksandriysky presentato al giocattolo di vapore pubblico – eolipil. Sfera piena di vapore, è entrato in rotazione sotto l'influenza che emana dai suoi getti. Questo prototipo della moderna turbina a vapore al momento della domanda non è stata trovata.

Per molti anni e lo sviluppo filosofo secolo è stato considerato solo un giocattolo divertente. Nel 1629 l'italiano D. Branca creata una turbina proattivo. Coppie messi in moto il disco palettato.

Da quel momento ha iniziato il rapido sviluppo dei motori a vapore.

motore termico

La trasformazione di energia interna del carburante in energia di movimento di parti di macchine e meccanismi utilizzati nei motori termici.

parti principali di macchine: un riscaldatore (sistema ricevente energia dall'esterno), il corpo di lavoro (esegue un effetto benefico), frigorifero.

Il riscaldatore è progettato per il fluido di lavoro di accumulare abbastanza azione dell'energia interna per lavoro utile. Frigo toglie l'energia in eccesso.

La caratteristica principale di efficienza è chiamato l'efficienza dei motori termici. Questa quantità mostra la parte di energia spesa nel riscaldamento della speso per svolgere un lavoro utile. Maggiore è l'efficienza, il funzionamento vantaggioso della macchina, ma questo valore non può superare il 100%.

Calcolo dell'efficienza

Lasciare riscaldatore energia acquisita esternamente uguale a Q _1. Strumenti corpo impegnato lavoro A, mentre la data frigorifero energia era Q _2.

In base alla determinazione, si calcola il valore di efficienza:

η = A / Q _1. Partiamo dal presupposto che A = Q ₁ – Q _2.

Quindi l'efficienza del motore termico, la cui formula è data da η = (Q ₁ – Q ₂₎ / Q ₁ = 1 – Q ₂ / Q _1, consente le seguenti conclusioni:

• Efficienza non può superare 1 (o 100%);
• per massimizzare questa quantità deve aumentare sia l'energia ottenuta da un riscaldatore, o una diminuzione di energia in frigorifero;
• aumentare la potenza di riscaldamento realizzare un cambiamento di qualità del carburante;
• ridurre il consumo energetico, dà il frigorifero, permettono di raggiungere le caratteristiche di progettazione dei motori.

Un motore termico ideale

È la creazione di un tale motore possibile, la cui efficacia sarebbe il massimo (in un ideale – pari al 100%)? Trovare la risposta a questa domanda ha cercato di fisico francese e di un ingegnere di talento Sadi Carnot. Nel 1824 sono stati rilasciati i suoi calcoli teorici sui processi che avvengono nei gas.

L'idea di base incorporata nella macchina ideale può essere considerato processi reversibili condotta con gas ideale. Partendo con l'espansione del gas isotermicamente alla temperatura T _1. La quantità di calore necessaria per questo scopo, – Q _1. Dopo gas senza espansione termica (un processo adiabatico). Dopo aver raggiunto la temperatura T _2, il gas viene compresso isotermicamente facendo passare il frigorifero energia Q _2. il ritorno di gas al suo stato originale viene eseguita adiabatico.

L'efficienza di un motore termico ideale Carnot con il calcolo esatto è il rapporto tra la differenza di temperatura tra il dispositivo di riscaldamento e raffreddamento a una temperatura, che ha un riscaldatore. Ecco come si presenta: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

Possibile efficienza termica della macchina, che ha la forma formula: η = 1 – T ₂ / T _1, dipende solo dal valore della temperatura del riscaldatore e cooler e non può essere superiore al 100%.

Inoltre, questo rapporto permette di dimostrare che l'efficienza dei motori termici può essere uguale all'unità solo quando il frigorifero zero assoluto temperatura. Come è noto, questo valore è irraggiungibile.

calcoli teorici Carnot permettono di determinare la massima efficienza di un motore termico di qualsiasi progetto.

Il teorema dimostrato di Carnot è la seguente. motore termico arbitraria in alcun caso in grado di avere rendimento superiore gli stessi valori di un rendimento ideale motore termico.

Un esempio di soluzione dei problemi

ESEMPIO 1. Nei efficienza di un motore termico ideale, quando la temperatura del riscaldatore è di 800 C e ^la temperatura del frigorifero 500 ^C sotto?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1.073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

soluzione:

Per definizione: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

Non ci hanno dato temperatura del frigorifero, ma AT = (T ₁ – T _2), quindi:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Risposta: efficienza = 46%.

Esempio 2. determinare l'efficienza di un motore termico ideale, se a causa dell'energia acquisita riscaldatore uno kilojoule svolto lavoro utile 650 J. Qual è la temperatura del riscaldatore del motore termico se la temperatura del liquido di raffreddamento -. 400 K?

Q = ₁ 1 = 1000 kJ J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η – ?, T ₁ =?

soluzione:

In questo compito, è un impianto termico, la cui efficienza può essere calcolata con la formula:

η = A / Q _1.

Per determinare la temperatura del riscaldatore con efficienza formula di un motore termico ideale:

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

Esecuzione di trasformazioni matematiche, si ottiene:

T ₁ = T ₂ / (1-η).

T ₁ = T ₂ / (1-A / Q _1).

Calcoliamo:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Risposta: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

condizioni reali

Un motore termico ideale progettata con i processi ideali. Il lavoro viene eseguito solo nei processi isotermici, è definita come la zona delimitata dal grafico del ciclo di Carnot.

Infatti, per creare le condizioni per il flusso di gas di cambiamenti di stato del processo, senza accompagnare variazioni di temperatura non può essere. Nessuna di tali materiali, che escluderebbero lo scambio termico con gli oggetti circostanti. processo adiabatico diventa impossibile effettuare. Nel caso di temperatura gas di scambio termico, deve necessariamente cambiare.

L'efficienza di macchine termiche create in condizioni reali differiscono significativamente dalla efficienza dei motori ideale. Si noti che il flusso dei processi nei motori reali accade così velocemente che la variazione dell'energia termica interna della sostanza di lavoro in fase di modificarne il volume non può essere compensato da afflusso di quantità di calore di un riscaldatore e un ritorno raffreddamento.

Altri motori termici

motori reali operano su diversi cicli:

• ciclo Otto processo volume costante con variazione adiabatica, creando un circuito chiuso;
• ciclo Diesel isobare, adiabatica, isocora, adiabatica;
• una turbina a gas: processo avviene a pressione costante, adiabatica sostituito chiude il ciclo.

Crea un processi di equilibrio nei motori reali (per avvicinarli al ideale) della tecnologia moderna non è possibile. Efficienza dei motori termici è notevolmente inferiore, anche con le stesse condizioni di temperatura come nella regolazione di calore ideale.

Ma non è necessario ridurre l'efficienza formula di calcolo ruolo del ciclo di Carnot, così com'è, diventa un punto di riferimento nel processo per migliorare l'efficienza dei motori reali.

Modi per cambiare l'efficienza

Attraverso il confronto dei motori termici ideale e reale, va notato che l'ultima temperatura del frigorifero non può essere arbitraria. Di solito frigorifero credere l'atmosfera. Per prendere la temperatura dell'atmosfera può calcoli solo approssimativi. L'esperienza dimostra che la temperatura del refrigerante è il gas di scarico in motori, come avviene nei motori a combustione interna (abbreviato come DVS).

DIC – il più comune nel nostro mondo di motore termico. motore termico efficienza in questo caso dipende dalla temperatura creato da combustione di carburante. La differenza essenziale da motori a vapore DIC è le funzioni di riscaldamento e fusione del corpo del dispositivo che opera in una miscela aria-carburante. Bruciando miscela crea pressione sulle parti mobili del motore.

Aumentando la temperatura del gas di lavoro viene raggiunta, alterare significativamente le proprietà del carburante. Purtroppo, è impossibile da fare senza limiti. Qualsiasi materiale di costruzione della camera di combustione del motore ha il suo punto di fusione. La resistenza termica di tali materiali – la caratteristica fondamentale del motore, così da incidere significativamente l'efficienza.

l'efficienza del motore Valori

Se consideriamo la turbina a vapore, la temperatura del vapore di lavoro di ingresso che è uguale a 800 K, e il gas di scarico – 300 K, l'efficienza della macchina è pari al 62%. In realtà, però, questo valore non supera il 40%. Tale riduzione si verifica a causa di perdita di calore durante il riscaldamento alloggiamento della turbina.

Il valore più alto l'efficienza dei motori a combustione interna non superi il 44%. L'aumento di questo valore – la questione del futuro prossimo. La modifica delle proprietà dei materiali, combustibili – questo è un problema su cui impiega le migliori menti del genere umano.