Betjening af mange typer maskiner er karakteriseret ved en så vigtig indikator som effektiviteten af en varmemotor. Hvert år stræber ingeniører efter at skabe mere avanceret udstyr, der til lavere brændstofomkostninger ville give det maksimale resultat af dets brug.
Varmemotorenhed
Før du forstår, hvad effektivitet er, er det nødvendigt at forstå, hvordan denne mekanisme fungerer. Uden at kende principperne for dens handling er det umuligt at finde ud af essensen af denne indikator. En varmemotor er en enhed, der virker ved at bruge intern energi. Enhver varmemotor, der omdanner termisk energi til mekanisk energi, bruger den termiske udvidelse af stoffer med stigende temperatur. I solid-state motorer er det muligt ikke kun at ændre stofvolumen, men også kroppens form. Driften af en sådan motor er underlagt termodynamikkens love.
Driftsprincip
For at forstå, hvordan en varmemotor fungerer, er det nødvendigt at overveje det grundlæggendehans designs. Til driften af enheden er der brug for to kroppe: varmt (varmelegeme) og koldt (køleskab, køler). Princippet om drift af varmemotorer (effektiviteten af varmemotorer) afhænger af deres type. Ofte fungerer dampkondensatoren som et køleskab, og enhver form for brændstof, der brænder i ovnen, fungerer som et varmelegeme. Effektiviteten af en ideel varmemotor findes ved følgende formel:
Efficiency=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Samtidig kan effektiviteten af en rigtig motor aldrig overstige den værdi, der opnås ifølge denne formel. Denne indikator vil heller aldrig overstige ovenstående værdi. For at øge effektiviteten skal du oftest øge temperaturen på varmeren og reducere temperaturen i køleskabet. Begge disse processer vil være begrænset af udstyrets faktiske driftsforhold.
Varmemotoreffektivitet (formel)
Under driften af en varmemotor arbejdes der, da gassen begynder at tabe energi og afkøles til en vis temperatur. Sidstnævnte er norm alt et par grader over den omgivende atmosfære. Dette er køleskabets temperatur. En sådan speciel enhed er designet til afkøling med efterfølgende kondensering af udstødningsdampen. Hvor der er kondensatorer, er køleskabets temperatur nogle gange lavere end den omgivende temperatur.
I en varmemotor er kroppen, når den opvarmes og udvides, ikke i stand til at give al sin indre energi til at udføre arbejde. Noget af varmen vil blive overført til køleskabet sammen med udstødningsgasser eller damp. Denne deltermisk indre energi går uundgåeligt tabt. Under brændstofforbrænding modtager arbejdslegemet en vis mængde varme Q1 fra varmeren. Samtidig udfører den stadig arbejde A, hvor den overfører en del af den termiske energi til køleskabet: Q2<Q1.
EFFICIENCY karakteriserer motorens effektivitet inden for energiomdannelse og transmission. Denne indikator måles ofte som en procentdel. Effektivitetsformel:
ηA/Qx100 %, hvor Q er den forbrugte energi, A er det nyttige arbejde.
Baseret på loven om energibevarelse kan vi konkludere, at effektiviteten altid vil være mindre end én. Med andre ord, der vil aldrig være mere nyttigt arbejde end den energi, der bruges på det.
Motoreffektivitet er forholdet mellem nyttigt arbejde og den energi, der leveres af varmeren. Det kan repræsenteres som følgende formel:
η=(Q1-Q2)/ Q1, hvor Q 1 - varme modtaget fra varmeren, og Q2 - givet til køleskabet.
Varmemotordrift
Arbejdet udført af en varmemotor beregnes ved hjælp af følgende formel:
A=|QH| - |QX|, hvor A er arbejde, QH er mængden af varme, der modtages fra varmelegemet, QX - mængden af varme, der gives til køleren.
Varmemotoreffektivitet (formel):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Det er lig med forholdet mellem det arbejde, der udføres af motoren, og mængden afvarme. En del af den termiske energi går tabt under denne overførsel.
Carnot-motor
Den maksimale effektivitet af en varmemotor er noteret på Carnot-enheden. Dette skyldes det faktum, at det i dette system kun afhænger af den absolutte temperatur på varmeren (Тн) og køleren (Тх). Effektiviteten af en varmemotor, der kører i henhold til Carnot-cyklussen, bestemmes af følgende formel:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Termodynamikkens love tillod os at beregne den maksimale effektivitet, der er mulig. For første gang blev denne indikator beregnet af den franske videnskabsmand og ingeniør Sadi Carnot. Han opfandt en varmemotor, der kørte på ideel gas. Det virker på en cyklus med 2 isotermer og 2 adiabater. Princippet for dets drift er ret simpelt: en varmekontakt bringes til beholderen med gas, som et resultat af hvilken arbejdsfluidet udvider sig isotermisk. Samtidig fungerer den og modtager en vis mængde varme. Efter at beholderen er termisk isoleret. På trods af dette fortsætter gassen med at udvide sig, men allerede adiabatisk (uden varmeveksling med miljøet). På dette tidspunkt falder dens temperatur til køleskabet. I dette øjeblik er gassen i kontakt med køleskabet, som følge heraf giver den en vis mængde varme under isometrisk kompression. Derefter varmeisoleres beholderen igen. I dette tilfælde komprimeres gassen adiabatisk til dens oprindelige volumen og tilstand.
varianter
I vores tid er der mange typer varmemotorer, der fungerer efter forskellige principper og forskellige brændstoffer. De har alle deres egen effektivitet. Disse omfatterfølgende:
• Forbrændingsmotor (stempel), som er en mekanisme, hvor en del af den kemiske energi i det brændende brændstof omdannes til mekanisk energi. Sådanne anordninger kan være gas og væske. Der er 2-takts og 4-takts motorer. De kan have en kontinuerlig driftscyklus. Ifølge metoden til fremstilling af en blanding af brændstof er sådanne motorer karburator (med ekstern blandingsdannelse) og diesel (med intern). Ifølge typerne af energikonvertere er de opdelt i stempel, jet, turbine, kombineret. Effektiviteten af sådanne maskiner overstiger ikke 0,5.
• Stirlingmotor - en enhed, hvor arbejdsvæsken er i et lukket rum. Det er en slags ekstern forbrændingsmotor. Princippet for dets drift er baseret på periodisk afkøling/opvarmning af kroppen med produktion af energi på grund af en ændring i dens volumen. Det er en af de mest effektive motorer.
• Turbine (roterende) motor med ekstern forbrænding af brændstof. Sådanne installationer findes oftest i termiske kraftværker.
• Turbine (roterende) ICE bruges på termiske kraftværker i spidsbelastningstilstand. Ikke så almindeligt som andre.
• En turbopropmotor genererer noget af trykket på grund af propellen. Resten kommer fra udstødningsgasser. Dens design er en roterende motor (gasturbine), på hvis aksel en propel er monteret.
Andre typer varmemotorer
• Raket-, turbojet- og jetmotorer, der får stød fra rekyludstødningsgasser.
• Solid-state motorer bruger faste stoffer som brændstof. Når man arbejder, er det ikke dens volumen, der ændrer sig, men dens form. Driften af udstyret bruger en ekstrem lav temperaturforskel.
Sådan forbedres effektiviteten
Er det muligt at øge effektiviteten af en varmemotor? Svaret skal søges i termodynamik. Den studerer de gensidige transformationer af forskellige typer energi. Det er blevet fastslået, at det er umuligt at omdanne al tilgængelig termisk energi til elektrisk, mekanisk osv. Samtidig sker deres omdannelse til termisk energi uden nogen begrænsninger. Dette er muligt på grund af det faktum, at arten af termisk energi er baseret på den uordnede (kaotiske) bevægelse af partikler.
Jo mere kroppen opvarmes, jo hurtigere vil molekylerne, der udgør den, bevæge sig. Partikelbevægelse vil blive endnu mere uregelmæssig. Sammen med dette ved alle, at orden nemt kan vendes til kaos, hvilket er meget svært at bestille.
