Tokia yra daugelio tipų mašinų darbassvarbus rodiklis, kaip šilumos variklio efektyvumas. Kiekvienais metais inžinieriai siekia sukurti pažangesnę įrangą, kuri, naudojant mažiau degalų, suteiktų maksimalų rezultatą iš jo naudojimo.
Prieš suprasdamas, kas yra efektyvumas(efektyvumas), turite suprasti, kaip veikia šis mechanizmas. Nežinant jo veikimo principų, neįmanoma sužinoti šio rodiklio esmės. Šilumos variklis yra prietaisas, veikiantis naudojant vidinę energiją. Bet kuris šilumos variklis, paverčiantis šiluminę energiją į mechaninę energiją, naudoja medžiagų šiluminį plėtimąsi kylant temperatūrai. Kietojo kūno varikliuose galima pakeisti ne tik medžiagos tūrį, bet ir kėbulo formą. Tokio variklio veikimui taikomi termodinamikos dėsniai.
Norint suprasti, kaip terminisvariklį, turite atsižvelgti į jo dizaino pagrindus. Kad prietaisas veiktų, reikalingi du korpusai: karštas (šildytuvas) ir šaltas (šaldytuvas, aušintuvas). Šiluminių variklių veikimo principas (šilumos variklių efektyvumas) priklauso nuo jų tipo. Dažnai garų kondensatorius veikia kaip šaldytuvas, o bet koks krosnyje degantis kuras yra šildytuvas. Idealaus šilumos variklio efektyvumas nustatomas pagal šią formulę:
Efektyvumas = (šildymas - aušinimas) / šildymas. x 100%.
Be to, tikro variklio efektyvumas niekadagalės viršyti pagal šią formulę gautą vertę. Be to, šis rodiklis niekada neviršys aukščiau nurodytos vertės. Siekiant pagerinti efektyvumą, dažniausiai šildytuvo temperatūra yra padidinama, o šaldytuvo temperatūra - žemesnė. Abu šiuos procesus ribos faktinės įrangos eksploatavimo sąlygos.
Veikiant šilumos varikliuidarbas atliekamas, nes dujos pradeda prarasti energiją ir atvėsta iki tam tikros temperatūros. Pastarasis paprastai yra keliais laipsniais aukščiau aplinkinės atmosferos. Tai yra šaldytuvo temperatūra. Toks specialus įtaisas yra skirtas aušinimui, po kurio kondensuojasi išmetamieji garai. Ten, kur yra kondensatorių, šaldytuvo temperatūra kartais būna žemesnė nei aplinkos temperatūra.
Šilumos variklyje kūnas kaitinamas irplėtra negali skirti visos savo vidinės energijos darbui atlikti. Dalis šilumos kartu su išmetamosiomis dujomis ar garais bus perduota į šaldytuvą. Ši šiluminės vidinės energijos dalis neišvengiamai prarandama. Degant kurui, darbinis skystis gauna tam tikrą šilumos kiekį iš šildytuvo1... Tuo pačiu metu jis vis tiek atlieka darbą A, kurio metu dalį šilumos energijos perduoda į šaldytuvą: Q2<Q1.
Efektyvumas apibūdina variklio efektyvumą galios keitimo ir perdavimo metu. Šis rodiklis dažnai matuojamas procentais. Efektyvumo formulė:
η * A / Qx100%, kur Q yra išeikvota energija, A yra naudingas darbas.
Remdamiesi energijos išsaugojimo dėsniu, galime daryti išvadą, kad efektyvumas visada bus mažesnis už vienybę. Kitaip tariant, niekada nebus daugiau naudingo darbo, nei jam išleista energija.
Variklio efektyvumas yra naudingo darbo ir šildytuvo tiekiamos energijos santykis. Tai gali būti pateikiama kaip tokia formulė:
η = (Q1-Q2) / Q1, kur Q1 Ar gaunama šiluma iš šildytuvo, ir Q2 - atiduota į šaldytuvą.
Šilumos variklio darbas apskaičiuojamas pagal šią formulę:
A = | QX| - | QSu|, kur A yra darbas, QX - iš šildytuvo gaunamos šilumos kiekis, QSu - aušintuvui suteikiamos šilumos kiekis.
Šilumos variklio efektyvumas (formulė):
| QX| - | QSu|) / | QX| = 1 - | QSu| / | QX|
Tai lygi variklio atlikto darbo ir gaunamos šilumos kiekio santykiui. Perduodant dalį šilumos energijos prarandama.
Didžiausias šiluminio variklio naudingumo koeficientas pastebimas esant„Carnot“ įrenginys. Taip yra dėl to, kad šioje sistemoje tai priklauso tik nuo absoliučios šildytuvo (Tn) ir aušintuvo (Tx) temperatūros. Šilumos variklio, veikiančio pagal Karno ciklą, efektyvumas nustatomas pagal šią formulę:
(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.
Šiais laikais yra daugybė šiluminių variklių, kurie veikia skirtingais principais ir skirtingais degalais. Visi jie turi savo efektyvumą. Tai apima:
• vidaus degimo variklis (stūmoklis),kuris yra mechanizmas, kai dalis degimo kuro cheminės energijos paverčiama mechanine energija. Tokie įtaisai gali būti dujiniai ir skysti. Skiriami 2 ir 4 taktų varikliai. Jie gali turėti nepertraukiamą darbo ciklą. Pagal kuro mišinio paruošimo metodą tokie varikliai yra karbiuratorius (su išoriniu mišinio susidarymu) ir dyzelinas (su vidiniu). Pagal energijos keitiklių tipus jie skirstomi į stūmoklius, reaktyvinius, turbininius, kombinuotus. Tokių mašinų efektyvumas neviršija 0,5.
• Stirling variklis - įtaisas, kuriame veikiakūnas yra uždaroje erdvėje. Tai savotiškas išorinio degimo variklis. Jo veikimo principas yra pagrįstas periodišku kūno aušinimu / šildymu gaunant energiją dėl pasikeitusio jo tūrio. Tai vienas efektyviausių variklių.
• Turbininis (rotacinis) variklis su išoriniu degalų deginimu. Tokie įrenginiai dažniausiai būna šiluminėse elektrinėse.
• Turbininė (rotacinė) ICE naudojama šiluminėse elektrinėse piko režimu. Ne taip įprasta kaip kiti.
• Sukuria turbinos sraigto variklisdalis traukos. Likusią dalį jis gauna iš išmetamųjų dujų. Jo konstrukcija yra rotacinis variklis (dujų turbina), ant kurio veleno sumontuotas sraigtas.
• Raketų, turboreaktyviniai ir reaktyviniai varikliai, kuriuos traukia išmetamos dujos.
• Kietojo kūno varikliuose kietasis kuras naudojamas kaip kuras. Dirbant keičiasi ne jo tūris, o forma. Naudojant įrangą, naudojamas itin mažas temperatūrų skirtumas.
Ar įmanoma padidinti šiluminio variklio efektyvumą?Atsakymo reikia ieškoti termodinamikoje. Ji tiria skirtingų rūšių energijos tarpusavio virsmus. Nustatyta, kad neįmanoma visos turimos šilumos energijos paversti elektrine, mechanine ir pan. Tuo pačiu metu jų pavertimas šilumine energija vyksta be jokių apribojimų. Tai įmanoma dėl to, kad šiluminės energijos pobūdis yra pagrįstas netvarkingu (chaotišku) dalelių judėjimu.
Kuo daugiau kūnas įkais, tuo greičiau jie busjudinti jo sudedamąsias molekules. Dalelių judėjimas taps dar nepastovesnis. Be to, visi žino, kad tvarką galima lengvai paversti chaosu, kurį labai sunku užsisakyti.
