Varmemotoreffektivitet. Varmemotoreffektivitet - definitionsformel

Arbejdet med mange typer maskiner er kendetegnet ved følgendeen vigtig indikator som effektiviteten af ​​en varmemotor. Hvert år bestræber ingeniører sig på at skabe mere avanceret teknologi, som med mindre brændstofforbrug giver det maksimale resultat af brugen.

Varmemotorenhed

Før du forstår, hvad effektivitet er(effektivitet), skal du 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 fungerer ved hjælp af intern energi. Enhver varmemotor, der omdanner termisk energi til mekanisk energi bruger termisk ekspansion af stoffer med stigende temperatur. I solid state-motorer er det ikke kun muligt at ændre stofvolumenet, men også kroppens form. Virkningen af ​​en sådan motor er underlagt termodynamikens love.

Princippet om at fungere

For at forstå, hvordan den termiskemotor, skal du overveje det grundlæggende i dens design. For at enheden skal fungere, kræves der to kroppe: varm (varmelegeme) og kold (køleskab, køler). Princippet om drift af varmemotorer (effektivitet af varmemotorer) afhænger af deres type. Ofte fungerer en dampkondensator som et køleskab, og enhver form for brændstof, der brænder i en ovn, er et varmelegeme. Effektiviteten af ​​en ideel varmemotor findes ved følgende formel:

Effektivitet = (opvarmning - køling) / opvarmning. x 100%.

Desuden effektiviteten af ​​en rigtig motor aldrigvil være i stand til at overstige den opnåede værdi i henhold til denne formel. Desuden vil denne indikator aldrig overstige ovenstående værdi. For at øge effektiviteten øges ofte varmerens temperatur, og køleskabstemperaturen sænkes. Begge disse processer vil være begrænset af de faktiske driftsforhold for udstyret.

Varmemotoreffektivitet (formel)

Under drift af varmemotorenarbejdet er udført, da gassen begynder at miste energi og køler ned til en bestemt temperatur. Sidstnævnte er normalt flere grader over den omgivende atmosfære. Dette er temperaturen i køleskabet. En sådan speciel enhed er designet til afkøling efterfulgt af kondensering af udstødningsdampen. Hvor kondensatorer er til stede, er køleskabstemperaturen undertiden lavere end den omgivende temperatur.

I en varmemotor, kroppen ved opvarmning ogekspansion er ude af stand til at afsætte al sin interne energi til at udføre arbejdet. Noget af varmen overføres til køleskabet sammen med udstødningsgassen eller dampen. Denne del af den termiske indre energi går uundgåeligt tabt. Under forbrænding af brændstof modtager arbejdsfluidet en vis mængde varme Q fra varmelegemet₁... På samme tid udfører den stadig arbejde A, hvor det overfører en del af den termiske energi til køleskabet: Q₂<Q₁.

Effektivitet karakteriserer motorens effektivitet i kraftomdannelse og transmission. Denne indikator måles ofte i procent. Effektivitetsformel:

η * A / Qx100%, hvor Q er energiforbrug, A er nyttigt arbejde.

Baseret på loven om bevarelse af energi kan vi konkludere, at effektiviteten altid vil være mindre end enhed. Med andre ord vil der aldrig være mere nyttigt arbejde end den energi, der bruges på det.

Motoreffektivitet er forholdet mellem nyttigt arbejde og den energi, som varmeren leverer. Det kan repræsenteres i form af denne formel:

η = (Q₁-Q₂) / Q₁hvor Q₁ Er varmen modtaget fra varmelegemet, og Q₂ - gives til køleskabet.

Varmedrift

Arbejdet udført af en varmemotor beregnes ved hjælp af følgende formel:

A = | Q_X| - | Spørgsmål_C|, hvor A er arbejde, Q_X - den mængde varme, der modtages fra varmelegemet, Q_C - den mængde varme, der gives til køleren.

Varmemotoreffektivitet (formel):

Spørgsmål_X| - | Spørgsmål_C|) / | Q_X| = 1 - | Q_C| / | Q_X|

Det er lig med forholdet mellem det arbejde, motoren udfører, og den modtagne varme. En del af den termiske energi går tabt under denne overførsel.

Carnot motor

Den maksimale effektivitet for en varmemotor overholdes vedCarnot enhed. Dette skyldes, at det i dette system kun afhænger af den varme temperatur (Tn) og køler (Tx). Effektiviteten af ​​en varmemotor, der fungerer i henhold til Carnot-cyklussen, bestemmes af følgende formel:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Lovene om termodynamik gjorde det muligt at beregnemaksimal 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 fungerer i en cyklus med 2 isotermer og 2 adiabater. Princippet for dets drift er ret simpelt: en varmekontakt bringes til beholderen med gas, hvilket resulterer i, at arbejdsfluidet ekspanderer isotermisk. Samtidig fungerer den og modtager en vis mængde varme. Derefter isoleres fartøjet. På trods af dette fortsætter gassen med at ekspandere, men allerede adiabatisk (uden varmeudveksling med miljøet). På dette tidspunkt falder temperaturen til køleskabets temperatur. På dette tidspunkt er gassen i kontakt med køleskabet, hvilket resulterer i, at det giver det en vis mængde varme under isometrisk kompression. Derefter isoleres fartøjet igen. I dette tilfælde komprimeres gassen adiabatisk til dens oprindelige volumen og tilstand.

arter

I dag er der mange typer varmemotorer, der fungerer på forskellige principper og på forskellige brændstoffer. De har alle deres egen effektivitet. Disse inkluderer følgende:

• Forbrændingsmotor (stempel),som er en mekanisme, hvor en del af den kemiske energi fra forbrændingsbrændstoffet omdannes til mekanisk energi. Sådanne enheder kan være gas og væske. Man skelner mellem 2- og 4-takts motorer. De kan have en kontinuerlig arbejdscyklus. Ifølge metoden til fremstilling af brændstofblandingen er sådanne motorer karburator (med dannelse af ekstern blanding) og diesel (med intern). Efter typer af energikonvertere er de opdelt i stempel, jet, turbine, kombineret. Effektiviteten af ​​sådanne maskiner overstiger ikke 0,5.

• Stirling-motor - en enhed, hvor arbejdetkroppen er i et lukket rum. Det er en slags forbrændingsmotor. Dets driftsprincip er baseret på periodisk afkøling / opvarmning af kroppen med modtagelse 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) forbrændingsmotor anvendes på termiske kraftværker i spids tilstand. Ikke så almindeligt som andre.

• Turbinepropelmotoren skabernoget af fremdriften. Resten får han fra udstødningsgasserne. Dens design er en roterende motor (gasturbine), på hvilken akslen en propel er monteret.

Andre typer varmemotorer

• Raket-, turbojet- og jetmotorer, som får kraft fra retur af udstødningsgasser.

• Solid-state-motorer bruger et fast stof som brændstof. Når du arbejder, er det ikke dens volumen, der ændres, men dens form. Ved betjening af udstyret anvendes en ekstrem lille temperaturforskel.

Hvordan du kan forbedre effektiviteten

Er det muligt at øge effektiviteten af ​​en varmemotor?Svaret skal søges inden for termodynamik. Hun studerer de gensidige transformationer af forskellige energityper. Det er fastslået, at det er umuligt at konvertere al tilgængelig termisk energi til elektrisk, mekanisk osv. Desuden 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 bliver deflytte dets sammensatte molekyler. Partikelbevægelse bliver endnu mere uberegnelig. Sammen med dette ved alle, at orden let kan omdannes til kaos, hvilket er meget vanskeligt at bestille.