Daudzu veidu mašīnu darbu raksturo šādisvarīgs rādītājs kā siltuma dzinēja efektivitāte. Katru gadu inženieri cenšas radīt progresīvākas tehnoloģijas, kas ar mazāku degvielas patēriņu dotu maksimālu rezultātu no tās izmantošanas.
Pirms saprast, kas ir efektivitāte(efektivitāte), jums ir jāsaprot, kā šis mehānisms darbojas. Nezinot tā darbības principus, nav iespējams noskaidrot šī rādītāja būtību. Siltuma motors ir ierīce, kas darbojas, izmantojot iekšējo enerģiju. Jebkurš siltuma dzinējs, kas siltumenerģiju pārvērš mehāniskā enerģijā, paaugstinātas temperatūras ietekmē izmanto vielu termisko izplešanos. Cietvielu motoros ir iespējams ne tikai mainīt vielas tilpumu, bet arī korpusa formu. Šāda motora darbība ir pakļauta termodinamikas likumiem.
Lai saprastu, kā termiskādzinējs, jums jāapsver tā dizaina pamati. Lai ierīce darbotos, nepieciešami divi korpusi: karsts (sildītājs) un auksts (ledusskapis, dzesētājs). Siltuma dzinēju darbības princips (siltumdzinēju efektivitāte) ir atkarīgs no to veida. Bieži vien tvaika kondensators darbojas kā ledusskapis, un jebkura veida degviela, kas deg krāsnī, ir sildītājs. Ideāla siltuma dzinēja efektivitāti nosaka pēc šādas formulas:
Efektivitāte = (sildīšana - dzesēšana) / sildīšana. x 100%.
Šajā gadījumā reāla motora efektivitāte nekadspēs pārsniegt vērtību, kas iegūta saskaņā ar šo formulu. Arī šis indikators nekad nepārsniegs iepriekš norādīto vērtību. Lai palielinātu efektivitāti, visbiežāk tiek paaugstināta sildītāja temperatūra un samazināta ledusskapja temperatūra. Abus šos procesus ierobežos faktiskie iekārtas darbības apstākļi.
Siltuma motora darbības laikādarbs tiek veikts, jo gāze sāk zaudēt enerģiju un atdziest līdz noteiktai temperatūrai. Pēdējais parasti ir vairākus grādus virs apkārtējās atmosfēras. Šī ir ledusskapja temperatūra. Šāda īpaša ierīce ir paredzēta dzesēšanai, kam seko izplūdes tvaika kondensācija. Ja ir kondensatori, ledusskapja temperatūra dažreiz ir zemāka par apkārtējās vides temperatūru.
Siltuma mašīnā korpuss, kad tas tiek uzkarsēts unpaplašināšanās nespēj visu savu iekšējo enerģiju veltīt darbu veikšanai. Daļa siltuma tiek nodota ledusskapī kopā ar izplūdes gāzēm vai tvaiku. Šī iekšējās siltumenerģijas daļa neizbēgami tiek zaudēta. Degvielas sadegšanas laikā darba šķidrums no sildītāja saņem noteiktu daudzumu siltuma Q1... Tajā pašā laikā tas joprojām veic darbu A, kura laikā daļu siltumenerģijas pārnes uz ledusskapi: Q2<Q1.
Efektivitāte raksturo motora efektivitāti enerģijas pārveidē un pārvadē. Šo rādītāju bieži mēra procentos. Efektivitātes formula:
η * A / Qx100%, kur Q ir iztērētā enerģija, A ir noderīgs darbs.
Pamatojoties uz enerģijas saglabāšanas likumu, mēs varam secināt, ka efektivitāte vienmēr būs mazāka par vienotību. Citiem vārdiem sakot, nekad nebūs noderīgāka darba, nekā tam iztērētā enerģija.
Motora efektivitāte ir lietderīgā darba attiecība pret sildītāja piegādāto enerģiju. To var attēlot kā šādu formulu:
η = (Q1-Q2) / Q1, kur Q1 Vai no sildītāja saņemtais siltums un Q2 - iedod ledusskapī.
Siltuma dzinēja darbu aprēķina, izmantojot šādu formulu:
A = | QX| - | QAr|, kur A ir darbs, QX - no sildītāja saņemtā siltuma daudzums, QAr - dzesētājam piešķirtā siltuma daudzums.
Siltuma dzinēja efektivitāte (formula):
| QX| - | QAr|) / | QX| = 1 - | QArQX|
Tas ir vienāds ar motora veiktā darba un saņemtā siltuma daudzuma attiecību. Daļa siltumenerģijas tiek zaudēta šīs pārsūtīšanas laikā.
Maksimālā siltuma dzinēja efektivitāte tiek novērota plkstCarnot ierīce. Tas ir saistīts ar faktu, ka šajā sistēmā tas ir atkarīgs tikai no sildītāja (Tn) un dzesētāja (Tx) absolūtās temperatūras. Siltuma dzinēja efektivitāti, kas darbojas saskaņā ar Karnota ciklu, nosaka pēc šādas formulas:
(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.
Mūsdienās ir daudz veidu siltuma dzinēju, kas darbojas pēc dažādiem principiem un dažādām degvielām. Viņiem visiem ir sava efektivitāte. Tie ietver sekojošo:
• iekšdedzes dzinējs (virzulis),kas ir mehānisms, kurā daļa sadegšanas degvielas ķīmiskās enerģijas tiek pārveidota par mehānisko enerģiju. Šādas ierīces var būt gāzes un šķidras. Izšķir 2 un 4 taktu motorus. Viņiem var būt nepārtraukts darba cikls. Saskaņā ar degvielas maisījuma sagatavošanas metodi šādi dzinēji ir karburators (ar ārēju maisījuma veidošanos) un dīzeļdegviela (ar iekšējo). Pēc enerģijas pārveidotāju veidiem tos iedala virzuļos, strūklās, turbīnās, kombinētos. Šādu mašīnu efektivitāte nepārsniedz 0,5.
• Stirling motors - ierīce, kurā darbojasķermenis atrodas slēgtā telpā. Tas ir sava veida ārdedzes dzinējs. Tās darbības princips ir balstīts uz periodisku ķermeņa atdzišanu / sildīšanu ar enerģijas saņemšanu tā tilpuma izmaiņu dēļ. Tas ir viens no efektīvākajiem dzinējiem.
• Turbīnas (rotācijas) dzinējs ar degvielas ārējo degšanu. Šādas iekārtas visbiežāk atrodamas termoelektrostacijās.
• Turbīnas (rotācijas) iekšdedzes dzinējs tiek izmantots termoelektrostacijās maksimuma režīmā. Nav tik izplatīta kā citi.
• Izveido turbīnas dzenskrūves dzinējsdaži no vilces. Pārējo viņš iegūst no izplūdes gāzēm. Tās konstrukcija ir rotācijas dzinējs (gāzes turbīna), uz kura vārpstas ir uzstādīts dzenskrūve.
• Raķešu, turboreaktīvo dzinēju un reaktīvo dzinēju dzinēji, kas saņem izplūdes gāzu atgriešanās vilci.
• Cietvielu motori izmanto cieto vielu kā degvielu. Strādājot, mainās nevis tā tilpums, bet gan forma. Darbinot iekārtu, tiek izmantota ārkārtīgi neliela temperatūras starpība.
Vai ir iespējams palielināt siltuma dzinēja efektivitāti?Atbilde jāmeklē termodinamikā. Viņa pēta dažādu enerģijas veidu savstarpējās transformācijas. Ir konstatēts, ka visu pieejamo siltumenerģiju nav iespējams pārveidot par elektrisko, mehānisko utt. Tajā pašā laikā to pārveidošana par siltumenerģiju notiek bez jebkādiem ierobežojumiem. Tas ir iespējams, pateicoties tam, ka siltumenerģijas raksturs ir balstīts uz nesakārtotu (haotisku) daļiņu kustību.
Jo vairāk ķermenis uzsilst, jo ātrāk viņi to darīspārvietot tās sastāvdaļas. Daļiņu kustība kļūs vēl nepastāvīgāka. Līdz ar to visi zina, ka kārtību var viegli pārvērst par haosu, kuru ir ļoti grūti pasūtīt.
