Effektiviteten hos en värmemotor. Effektivitet för en värmemotor - bestämningsformel

Arbetet i många typer av maskiner kännetecknas av sådanaen viktig indikator som en värmemotors effektivitet. Varje år strävar ingenjörerna efter att skapa mer avancerad utrustning som med mindre bränsle skulle ge maximalt resultat av dess användning.

Värm motorn

Innan du förstår vad effektivitet är(effektivitet), måste du förstå hur denna mekanism fungerar. Utan kunskap om principerna för dess handling kan essensen av denna indikator inte klargöras. En värmemotor är en enhet som fungerar med intern energi. Varje värmemotor som omvandlar termisk energi till mekanisk energi använder den termiska expansionen av ämnen med ökande temperatur. I solid-state-motorer är inte bara en förändring i volym av ett ämne möjligt, utan också en kroppsform. Verkan av en sådan motor är underkastad termodynamikens lagar.

Princip för verksamheten

För att förstå hur termisk fungerarmotor, måste du ta hänsyn till grunderna i dess design. För att enheten ska fungera behövs två karosser: varm (värmare) och kall (kyl, kylare). Principen för drift av värmemotorer (värmemotorernas effektivitet) beror på deras typ. Ofta är kylskåpet en ångkondensor, och värmaren är vilken typ av bränsle som brinner i ugnen. Effektiviteten hos en idealisk värmemotor hittas med följande formel:

Effektivitet = (Tnagrev. - Tkholod.) / Tnagrev. x 100%.

При этом КПД реального двигателя никогда не kommer att kunna överskrida värdena som erhållits enligt denna formel. Dessutom kommer denna indikator aldrig att överskrida värdet ovan. För att öka effektiviteten, ökar du ofta temperaturen på värmaren och minskar temperaturen på kylskåpet. Båda dessa processer kommer att begränsas av de faktiska driftsförhållandena för utrustningen.

Värmemotoreffektivitet (formel)

Under drift av värmemotornarbetet är gjort eftersom gasen börjar tappa energi och svalnar till en viss temperatur. Den senare ligger vanligtvis flera grader över den omgivande atmosfären. Detta är kylskåpets temperatur. En sådan speciell anordning är konstruerad för kylning följt av kondens av avgaserna. Där kondensatorer finns är kylskåpstemperaturen ibland lägre än omgivningstemperaturen.

I en värmemotor, kroppen vid uppvärmning ochexpansion kan inte ägna all sin interna energi till att göra jobbet. En del av värmen överförs till kylskåpet tillsammans med avgaserna eller ångan. Denna del av den termiska inre energin går oundvikligen förlorad. Under förbränningen av bränsle får arbetsvätskan en viss mängd värme Q från värmaren₁... Samtidigt utför den fortfarande arbete A, under vilket den överför en del av den termiska energin till kylskåpet: Q₂<Q₁.

Effektivitet kännetecknar motorns effektivitet vid kraftomvandling och transmission. Denna indikator mäts ofta i procent. Effektivitetsformel:

η * A / Qx100%, där Q är energiförbrukning, är A användbart arbete.

Baserat på lagen om energibesparing kan vi dra slutsatsen att effektiviteten alltid kommer att vara mindre än enhet. Med andra ord kommer det aldrig att finnas mer användbart arbete än den energi som spenderas på det.

Motoreffektivitet är förhållandet mellan användbart arbete och den energi som tillförs värmaren. Det kan representeras i form av denna formel:

η = (Q₁-Q₂) / Q₁där Q₁ Är värmen mottagen från värmaren och Q₂ - ges till kylskåpet.

Värmemotordrift

Arbetet som utförs av en värmemotor beräknas enligt följande formel:

A = | F_X| - | F_C|, där A är arbete, Q_X - den mängd värme som tas emot från värmaren, Q_C - mängden värme som ges till kylaren.

Värmemotorns verkningsgrad (formel):

| F_X| - | F_C|) / | F_X| = 1 - | Q_C| / | F_X|

Det är lika med förhållandet mellan det arbete som utförs av motorn och den mottagna värmen. En del av den termiska energin går förlorad under denna överföring.

Carnot-motor

Den maximala verkningsgraden för en värmemotor observeras vidCarnot-enhet. Detta beror på att det i detta system bara beror på värmaren (Tn) och kylaren (Tx). Effektiviteten för en värmemotor som arbetar enligt Carnot-cykeln bestäms av följande formel:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Lagarna om termodynamik gjorde det möjligt att beräknamaximal effektivitet som är möjlig. För första gången beräknades denna indikator av den franska forskaren och ingenjören Sadi Carnot. Han uppfann en värmemotor som drivs på idealgas. Det fungerar i en cykel med 2 isotermer och 2 adiabat. Principen för dess drift är ganska enkel: en värmekontakt förs till kärlet med gas, vilket resulterar i att arbetsvätskan expanderar isotermiskt. Samtidigt fungerar den och tar emot en viss mängd värme. Sedan isoleras fartyget. Trots detta fortsätter gasen att expandera, men redan adiabatiskt (utan värmeväxling med miljön). Vid denna tidpunkt sjunker temperaturen till kylskåpets temperatur. För närvarande är gasen i kontakt med kylskåpet, vilket resulterar i att den ger en viss mängd värme under isometrisk kompression. Sedan isoleras fartyget igen. I detta fall komprimeras gasen adiabatiskt till sin ursprungliga volym och tillstånd.

arter

Numera finns det många typer av värmemotorer som arbetar på olika principer och på olika bränslen. De har alla sin egen effektivitet. Dessa inkluderar följande:

• Förbränningsmotor (kolv),vilket är en mekanism där en del av det brinnande bränslets kemiska energi omvandlas till mekanisk energi. Sådana anordningar kan vara gas och vätska. Man skiljer mellan 2- och 4-taktsmotorer. De kan ha en kontinuerlig arbetscykel. Enligt metoden för framställning av en blandning av bränsle är sådana motorer förgasare (med extern blandningsbildning) och diesel (med intern). Efter typer av energiomvandlare är de uppdelade i kolv, jet, turbin, kombinerat. Effektiviteten hos sådana maskiner överstiger inte 0,5.

• Stirling-motor - en anordning där den fungerarkroppen är i ett slutet utrymme. Det är en slags yttre förbränningsmotor. Dess funktionsprincip baseras på periodisk kylning / uppvärmning av kroppen med mottagande av energi på grund av en förändring i dess volym. Det är en av de mest effektiva motorerna.

• Turbinmotor (roterande) med extern förbränning av bränsle. Sådana installationer finns oftast i termiska kraftverk.

• Turbin (roterande) ICE används vid termiska kraftverk i toppläge. Inte lika vanligt som andra.

• Turbin-skruvmotorn skapas på grund av skruvenen del av dragkraften. Resten får han från avgaserna. Dess design är en roterande motor (gasturbin), på vars axel en luftpropeller är monterad.

Andra typer av värmemotorer

• Raket-, turbojet- och jetmotorer som får tryck från avgaserna.

• Solid state-motorer använder en solid kropp som bränsle. När du arbetar är det inte dess volym som förändras utan dess form. Vid användning av utrustningen används en extremt liten temperaturskillnad.

Hur du kan förbättra effektiviteten

Är det möjligt att öka effektiviteten hos en värmemotor?Svaret måste sökas inom termodynamik. Hon studerar de ömsesidiga omvandlingarna av olika typer av energi. Det har fastställts att det är omöjligt att omvandla all tillgänglig termisk energi till elektrisk, mekanisk osv. Samtidigt sker deras omvandling till termisk energi utan några begränsningar. Detta är möjligt på grund av att värmeenergins natur bygger på den orörda (kaotiska) rörelsen hos partiklar.

Ju mer kroppen värms upp, desto snabbare blir deflytta dess ingående molekyler. Partikelrörelser kommer att bli ännu mer kaotiska. Tillsammans med detta vet alla att ordning lätt kan förvandlas till kaos, vilket är mycket svårt att beställa.