Topline motora: ciklus, efikasnost rada. ekoloških problema termičkih aparata. Šta je to - idealan topline motor?

Potreba za korištenje mehaničke energije u proizvodnji dovela je do pojave termičkih aparata.

Jedinicu topline motora

Topline motora (toplota motor) - uređaj za pretvaranje unutrašnje energije u mehaničku energiju.

Toplotu motor ima grijanje, radni fluid (plin ili pare), koja obavlja rad grijanja (što dovodi do rotacije osovine turbine, klip se kreće, i tako dalje) i hladnjak. Slika prikazuje dijagram toplote motora.

Osnove korake topline motora

Svaki topline funkcioniranje motora zbog motora. Obaviti posao mu je bilo potrebno da se na obje strane klipa motora ili turbina je razlika pritiska. Ova razlika se postiže u svim topline motora kako slijedi: radni fluid temperatura se povećava za stotine ili tisuće stupnjeva u odnosu na sobnoj temperaturi. U plinskih turbina i motora s unutrašnjim sagorijevanjem (ICE) je povećanje temperature zbog činjenice da se gorivo spaljuje u motor. Hladnjak može djelovati atmosfera ili uređaj za posebne namjene za hlađenje i kondenzacije istrošene pare.

Carnot ciklus

Ciklus (ciklički proces) - skup plin stanja promjena, što je rezultiralo u njoj se vraća na početno stanje (može obavljati rad). 1824., francuski fizičar Sadi Karno pokazala da je prednost na toplinu motora ciklus (Karnot ciklus), koji se sastoji od dva procesa - izotermni i adijabatski. Slika prikazuje grafikon Carnot ciklus: 1-2 i 3-4 - izoterme, 2-3 i 4-1 - adijabatski.

U skladu sa zakonom očuvanja energije rada topline motora koji obavlja motor:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ gdje je Q - količina toplote koja je primio od zrcala, i ₂ Q - količina topline koja je predata frižidera.
Efikasnost je omjer topline motora rad koji izvršava motor na količinu topline koja se dobija iz grijača:

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

U "Misli na motiv moć vatre i na mašinama koje su u stanju da razviju ovu silu" (1824) je opisao toplote motora Carnot pod nazivom "idealne topline motor sa idealnom gasa, što je radno tijelo." Zbog zakona termodinamike može izračunati efikasnost (maksimalno moguće) sa toplotom grijača motora koji ima temperaturu T _1, i hladnjak koji imaju temperaturu T _2. Carnot efikasnost topline motora:

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

Sadi Karno dokazao da željeni termalni pravi stroj, koji radi sa grijača temperature T ₁ i kondenzator na temperaturi T ₂ nije u stanju da se efikasnost koja bi premašiti efikasnost toplote motora (idealno).

motor s unutarnjim izgaranjem (ICE)

motor četverotaktni s unutrašnjim sagorijevanjem se sastoji od jedne ili više cilindara, klip, mehanizam ručica, usisnih i izduvnih ventila, iskra.

Radni ciklus se sastoji od četiri poteza:

1) sisa - zapaljive mješavina prolazi kroz ventil u cilindar;
2) Kompresija - oba ventila zatvorena;
3) moždani udar - eksplozivnog sagorijevanja zapaljivih mješavina;
4) izduvnih gasova - pustite izduvnih gasova u atmosferu.

parna turbina

Pretvorbe energije parne turbine nastaje zbog razlike pritisaka vodene pare na ulazu i izlazu.
Snaga moderne parne turbine do 1.300 MW.

Neke tehničke parametre parne turbine 1.200 MW

• Pritisak pare (svježe) - 23,5 MPa.
• Temperatura pare - 540 ° C.
• Protoka pare turbine - 3600 m / h.
• Brzina rotora - 3000 okr / min.
• Pritisak pare u kondenzator - 3.6 kPa.
• turbina Dužina - 47,9 m.
• Mass turbina - 1900 m.

Termo stroj se sastoji od zračnog kompresora, Combustor i plinske turbine. RAD: adijabatski zrak se usisava u kompresor, tako da je njegova temperatura se podiže na 200 ° C ili više. Zatim je komprimirani zrak ulazi u ložišta gdje pod visokim pritiskom istovremeno Isporučeni tečno gorivo - kerozin photogen lož ulja. Prilikom sagorijevanja goriva zrak zagrijati na temperaturu od 1500-2000 ° C, širi i povećava brzinu. Zrak se kreće velikom brzinom, a proizvodi sagorijevanja su usmjerene u turbinu. Nakon prelaska iz sfere u sferu sagorijevanje turbina dati svoje kinetičke energije. Deo energije primio turbine je rotacija kompresor; preostali dio se troši na rotor generatora, rotora zrakoplova ili morskih plovila, točak vozila.

Gasne turbine mogu se koristiti, osim avion rotacije i točkova vozila ili propelera broda, kao mlazni motor. Zrak i gasove se izbacuje velikom brzinom iz plinske turbine, tako da mlaz potiska koji nastaje u tom procesu može se koristiti za pomicanje zrakoplova (avion) i vode (brod) brodovi, željezničkog saobraćaja. Na primjer, turboprop motori imaju aviona AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "San"). Dakle, "san" brzinom let 700-850 km / h je u stanju da nosi 250 tona tereta na rastojanju od gotovo 15.000 kilometara. To je najveći transportni avion na svijetu.

ekoloških problema termičkih aparata

Veliki uticaj na klimu je atmosferske prilike, pogotovo prisustvo ugljičnog dioksida i vodene pare. Na primjer, mijenja sadržaj ugljičnog dioksida dovodi do povećanja ili smanjenja efekta staklenika, u kojoj je ugljični dioksid apsorbuje neke od topline da je Zemlja zrači u svemir, kašnjenja u atmosferi i na taj način povećava temperaturu površine i donjim slojevima atmosfere. Fenomen efekta staklenika igra ključnu ulogu u ublažavanju klime. U svojoj odsutnosti, prosječna temperatura na planeti ne bi +15 ° C i niža od 30-40 ° C.

u svijetu postoji već više od 300 miliona različitih vrsta vozila, koji stvaraju više od polovine svih zagađenja zraka.

Preko 1 godine u atmosferu iz termoelektrana iz sagorijevanja goriva je izdvojeno 150 miliona tona sumpornih oksida, 50 miliona tona dušikovih oksida, 50 miliona tona pepela, 200 milijuna tona ugljičnog monoksida, 3 milijuna tona Feona.

Sastav atmosfere sadrži ozon koji štiti sav život na Zemlji od štetnog dejstva ultraljubičastih zraka. . Godine 1982. John Farman, britanski istraživač, otkriveno je više od Antarktika ozonske rupe - privremeno smanjenje ozona sadržaja u atmosferi. Na vrhuncu ozonske rupe 7 oktobar 1987 količinu ozona u je smanjen u 2 puta. Ozonske rupe, vjerojatno je nastala kao rezultat antropogenih faktora, uključujući industrijsku upotrebu koji sadrže hlor freona (freona), koji šut ozonski omotač. Međutim, studija 1990. godine. nije potvrdio na more. Najvjerojatnije, pojava ozonske rupe se ne odnosi na ljudske aktivnosti, i to je prirodan proces. 1992. godine, ozonske rupe je otkrivena iznad Arktika.

Ako okupljanja svih atmosferskog ozonski omotač u Zemljinoj površini i zgusnuti ga gustoće zraka na atmosferskom pritisku i temperaturi od 0 ° C, a zatim debljina ozonskog štita je samo 2-3 mm! To je cijeli štit.

Malo povijesti ...

• Juli 1769. U Parizu Meudon parku vojni inženjer NZ Kyunyo u "vatru vagon", koji je bio opremljen sa dva cilindra parnog stroja, vozio nekoliko desetina metara.
• 1885. Karl Benz, njemački inženjer, izgrađena prva četiri točka benzinski automobil Motorwagen snage od 0,66 kW, koji 29. januar 1886 dobio patent. brzina mašina je bila 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, njemački izumitelj, proizveden kolica snaga pogona 2,9 kW (4 konjskih snaga) automobila. Maksimalna brzina vozila dostigne 10 km / h, kapacitet u različitim modelima traje od 2 do 5 tona.
• 1899. Belgijski K. Zhenattsi u svom automobilu, "Jamet Contant" ( "nikad zadovoljan") po prvi put prešla brzinu linije 100 kilometara.

Primjeri rješavanja problema

Problem 1. temperatura grijača idealne topline motora jednaka do 2000 K, a temperatura hladnjak - 100 ° C. Da bi se utvrdila efikasnost.

rješenje:
Formula koja određuje efikasnost toplote motora (maksimalna):

N = T ₁ T ₂ / T _1.
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0,81.

efikasnost motora - 81%: a.

Zadatak 2. Vrućina motor 200 kJ topline je dobijen sagorijevanjem goriva, i prebačen u hladnjakom 120 kJ topline. Kakva je efikasnost motora?

rješenje:
Formula za određivanje efikasnosti je oblika:

N = Q1 - Q2 / Q1.
N = (2 · 10 ⁵ J - 1,2 x 10 ⁵ J) / 2 · 10 ⁵ J = 0,4.

A: Termalni efikasnost motora - 40%.

Problem 3. Koja je efikasnost toplote motora, kada je radni fluid iz grijača nakon prijema količinu toplote od 1,6 MJ izvodi operaciju 400 kJ? Koja je količina toplote prebačen u frižideru?

rješenje:
Efikasnost se može odrediti po formuli

N = A / Q _1.

n = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0,25.

Prenosi količina hladnjak topline može se odrediti po formuli

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1,6 · 10 ⁶ J - 0,4 · 10 ⁶ J = 1,2 · 10 ⁶ J.
A: Sklop motor ima efikasnost od 25%; količina topline prenosi na frižider - 1.2 · 10 ⁶ J.