Heat engine: një cikël, puna efikasitetit. Problemet mjedisore të makinave termike. Çfarë është kjo - një motor ideal ngrohjes?

Nevoja për përdorimin e energjisë mekanike në prodhimin ka çuar në shfaqjen e makinave termike.

Njësia e nxehtësisë engines

motor ngrohjes (motor ngrohje) - një pajisje për konvertimin e energjisë të brendshme në energji mekanike.

Çdo motor ngrohjes ka një ngrohës, lëngun e punës (me gaz ose avull), e cila si rezultat i ngrohjes ka punë (rrotullohet në bosht turbinë, lëvizjet pistoni, dhe kështu me radhë) dhe një frigorifer. Figura më poshtë tregon një diagram të motorit ngrohjes.

Bazat hapat e ngrohjes engines

Çdo funksionimi motor ngrohjes për shkak të motorit. Për të bërë punën që ai e nevojshme për të në të dyja anët e motorit pistoni ose turbinë blades të ishte diferenca e presionit. Ky dallim është arritur në të gjithë motorët e ngrohjes si vijon: temperatura e punës lëngu është rritur me qindra ose mijëra gradë në krahasim me temperaturën e ambientit. Në turbinat me gaz dhe motorët me djegie të brendshme (ICE) është një rritje e temperaturës për shkak të faktit se karburantit është djegur në motor. Frigorifer mund të veprojë atmosferë apo pajisje për qëllime të veçanta për ftohje dhe kondensimit me avull shpenzuar.

cikli Carnot

Cikli (proces ciklik) - një grup i ndryshimeve kusht gazit, duke rezultuar në të është kthyer në gjendjen fillestare (mund të kryejnë punë). Në 1824, fizikan francez Sadi Carnot ka treguar se ajo është e dobishme për të ciklit motor ngrohjes (cikël Carnot), i cili përbëhet nga dy proceseve - izotermike dhe adiabatic. Figura më poshtë tregon një grafik e ciklit Carnot: 1-2 dhe 3-4 - izoterm, 2-3 dhe 4-1 - adiabatic.

Në përputhje me ligjin e ruajtjes së energjisë punës së motorëve të nxehtësisë e cila kryen engine është:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ ku Q - sasia e ngrohjes së e cila është e marrë nga ngrohës, dhe ₂ Q - sasia e nxehtësisë që është dërguar tek frigorifer.
Efikasiteti është raporti i operacionit një motor ngrohjes i cili ekzekuton motor me sasinë e nxehtësisë e cila është marrë nga ngrohës:

η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1.

Në "Mendime mbi fuqisë lëvizëse të zjarrit dhe në makinat që janë në gjendje të zhvillojnë këtë forcë" (1824) e përshkroi një motor ngrohjes Carnot nën emrin "ideal motor ngrohjes me një gaz ideal, i cili është një organ të punës." Për shkak të ligjeve të termodinamikës mund të llogarisim efikasitetin (maksimumi i mundshëm) me ngrohjes motor ngrohës cila ka një T temperaturës _1, dhe një frigorifer të paturit e një T temperaturë _2. Carnot ngrohjes engine efikasiteti është:

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

Sadi Karno provuar se një makinë e dëshiruar termike vërtetë, e cila operon me një ngrohës me temperaturë T ₁ dhe kondensator në një T temperaturë ₂ nuk është në gjendje të ketë efikasitet të cilat do të kalojë efikasitetin e motorit ngrohjes (ideal).

motor me djegie të brendshme (ICE)

Katër-goditje me djegie të brendshme motori përbëhet nga një ose më shumë nga cilindra, pistoni, mekanizmi maniak, futje dhe shkarkimi valvulat, ndezë.

Operativ Cikli përbëhet nga katër goditje:

1) thithje - përzierje e karburantit kalon nëpërmjet valvulës në cilindrit;
2) kompresimit - të dyja valvulat mbyllur;
3) goditje - djegia shpërthyese e përzierjes djegshëm;
4) i shkarkimit - gazrat në atmosferë.

turbinë me avull

Energjia konvertimit turbinë me avull ndodh për shkak të diferencës presionit të avullit të ujit në gji dhe dalje.
Fuqia e turbinave me avull moderne arrijnë 1300 MW.

Disa teknike parametrat e avull turbinë 1200 MW

• Presioni i avullit (të freskëta) - 23.5 MPa.
• Temperatura avull - 540 ° C.
• rrjedha avull turbinë - 3600 m / h.
• Shpejtësia Rotor - 3000 rev / min.
• Presioni avullit në kondensator - 3.6 kPa.
• turbinë Koha - 47.9 m.
• Masiv turbinë - 1900 m.

Motori ngrohjes përbëhet nga një turbinë kompresor ajri, dhomës me djegie dhe gazit. Operacioni: adiabatically ajri është thithur në kompresor, kështu që temperatura e tij është ngritur në 200 ° C ose më shumë. Tjetra, ajri i ngjeshur hyn në dhomën e djegies, ku presioni i lartë i dhënë njëkohësisht lëndë djegëse të lëngshme - vajguri naftë photogen. Gjatë djegies së karburantit ajrit të nxehtë në një temperaturë prej 1500-2000 ° C, ajo zgjeron dhe rrit shpejtësinë e saj. Ajri lëviz me shpejtësi të lartë, si dhe produktet e djegies janë të drejtuara në turbinë. Pas kalimi nga faza në fazë me djegie turbine blades japin saj kinetike energjisë. Pjesë e energjisë të marrë nga turbinë është rrotullimi kompresor; pjesa e mbetur është konsumuar në rotorit gjenerator, avioni rotorit ose një anije detare, një rrotë automjeteve.

Turbinë me gaz mund të përdoret, përveç rrotullimit të rrotave të makinave dhe avionëve helikave ose anije, si një motor reaktiv. Ajrit dhe djegies produktet janë hidhet me shpejtësi të madhe nga turbinë me gaz, kështu që fut jet që ndodh gjatë këtij procesi, mund të përdoret për të lëvizur ajrin (aeroplan) dhe ujë (anije) e anijeve, transportin hekurudhor. Për shembull, motorët turbohelikë kanë avionë AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "Dream"). Kështu, "Dream" me një shpejtësi fluturimi prej 700-850 km / h është i aftë të mbante 250 ton mallra më shumë se një distancë prej pothuajse 15.000 kilometra. Kjo është avioni më i madh i transportit në botë.

Problemet mjedisore të makinave termike

ndikim të madh në klimën është gjendja e atmosferës, në veçanti, prania e dioksidit të karbonit dhe avujt e ujit. Kështu, ndryshimi në përmbajtje dioksidit të karbonit çon në një rritje apo ulje në efektin serë, në të cilën dioksidit të karbonit absorbon një pjesë të nxehtësisë që rrezaton në hapësirën e tokës, vonesa në rritjen e atmosferë dhe në këtë mënyrë temperaturën e sipërfaqes dhe atmosferë më të ulët. Fenomeni i efektit serë luan një rol vendimtar në zbutjen e klimës. Në mungesë të saj, temperatura mesatare e planetit nuk do të jetë +15 ° C dhe më të ulët nga 30-40 ° C.

në botë tani ka më shumë se 300 milion lloje të ndryshme të automjeteve, të cilat krijojnë më shumë se gjysmën e të gjithë ndotjes së ajrit.

Mbi 1 vit në atmosferë nga forca termike nga djegia e karburantit eshte percaktuar 150 milion ton oksidet e squfurit, 50 milion ton të oksidit të nitrogjenit, 50 milion ton hirit, 200 milion ton monoksidit të karbonit, 3 milion ton Feona.

Përbërja e atmosferës përfshin ozonit, e cila mbron të gjithë jetën në tokë, nga efektet e dëmshme të rrezeve ultravjollcë. . Në vitin 1982, George Farman, eksploruesi britanik, u zbulua gjatë Antarctica ozonit vrimë - një reduktim të përkohshëm të ozonit në atmosferë. Në kulmin e vrima e ozonit 7 tetor 1987 sasia e ozonit në të ka rënë në 2 herë. Ozone hole ndoshta si rezultat i faktorëve antropogjenë, përfshirë përdorim në industrinë e klorit që përmbajnë freoneve që kanë (CFC), të cilat shkatërrojnë shtresën e ozonit. Megjithatë, studimi 1990. nuk e ka konfirmuar këtë pikëpamje. Më shumë gjasa, shfaqja e vrima e ozonit nuk është e lidhur me aktivitetin njerëzor dhe është një proces i natyrshëm. Në vitin 1992 dhe mbi vrima e ozonit Arktik u zbulua.

Nëse mbledhur të gjithë shtresën e ozonit atmosferik në sipërfaqen e Tokës dhe trash atë në dendësinë e ajrit në presion atmosferik dhe një temperaturë prej 0 ° C, atëherë trashësi mburojë ozonit është vetëm 2-3 mm! Kjo është e tërë mburojë.

A bit e historisë ...

• Korrik 1769. Në Paris Meudon parkut ushtarak inxhinier NZ Kyunyo për "wagon zjarrit", e cila ishte e pajisur me një motor me avull dy-cilindër, çuan disa dhjetëra metra.
• 1885. Karl Benz, një inxhinier gjerman, ndërtuar katër-rrota makinave benzine fuqinë e parë Motorwagen e 0.66 kW, e cila 29 janar 1886 mori një patentë. makinë me shpejtësi arriti 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, një shpikës gjerman, karrocë prodhuar e fuqisë me motor 2.9 kW (4 horsepowers) e makinës. Shpejtësia maksimale e automjetit arrin 10 km / h, kapaciteti në modele të ndryshme është nga 2 deri në 5 ton.
• 1899. Belg K. Zhenattsi në makinën e tij, "Jamet Contant" ( "asnjëherë të kënaqur") për herë të parë kaloi vijën shpejtësinë 100 kilometra.

Shembuj të zgjidhjen e problemeve

Problem 1. Temperatura e ngrohës motorit ideal ngrohjes është e barabartë me 2000 K, dhe temperatura frigorifer - 100 ° C. Për të përcaktuar efikasitetin.

zgjidhje:
Formula që përcakton efikasitetin e një motor ngrohjes (maksimum):

n = T ₁ T ₂ / T _1.
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

A: motor efikasitetit - 81%.

Problem 2. Motori ngrohjes 200 kJ e ngrohjes është marrë nga djegia e karburantit, dhe u transferua në pije freskuese 120 kJ nxehtësi. Çfarë është efikasiteti i motorit?

zgjidhje:
Formula për përcaktimin e efikasitetit është si vijon:

n = Q1 - Q2 / Q1.
N = (2 · 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 · 10 ⁵ J = 0.4.

A: Efikasiteti termik i motorit - 40%.

Problem 3. Çfarë është efikasiteti i motorit ngrohjes nëse lëngu të punës pas marrjes së shumës së Heater ngrohjes 1.6 MJ kryejnë punën e 400 kJ? Cila është sasia e ngrohjes është transferuar në frigorifer?

zgjidhje:
Efikasitetit mund te percaktohet nga formula

N = A / Q _1.

n = 0.4 x 10 ⁶ J / 1.6 x 10 ⁶ J = 0.25.

Transmetohet frigorifer ngrohjes sasia mund të përcaktohet nga formula

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 x 10 ⁶ J - 0.4 x 10 ⁶ J = 1.2 x 10 ⁶ J.
A: Motori ngrohjes ka një efikasitet prej 25%; Sasia e nxehtësisë transferuar në frigorifer - 1.2 · 10 ⁶ J.