Що таке теплоносія для двигуна

Про парові двигуни

Хронологія цього винаходу веде свій відлік від епохи Архімеда, який вигадав гармату, що стріляла за допомогою пари. Потім слідує низка славних імен, які пропонували свої проекти. Найбільш ефективним варіантом пристрою належить російському винахіднику Івану Сззуновни. На відміну від своїх попередників, він запропонував безперервний курс робочого валу завдяки використанню альтернативної роботи 2 циліндрів.

Згоряння палива та утворення пари у парових машин відбувається поза робочою камерою. Таким чином, вони називаються зовнішніми двигунами згоряння.

Для того ж принципу утворюється робоча рідина у парових та газових турбінах. Їх далекий прототип з’явився м’яч, повернувши пором. Автор цього механізму був вченим Героном, який створив свої автомобілі та пристрої в стародавній Олександрії.

Машини парові.

Основною перевагою парової машини є його відносна простота та хороші тягові характеристики незалежно від швидкості роботи. Це дозволяє обійтися без редуктора, що вигідно відрізняє такий двигун від двигуна внутрішнього згоряння, який на малих обертах не додає потужності. Тому парова машина дуже зручна як тяговий двигун, наприклад, на паровозах. До серйозних недоліків парових машин включають їх низьку ефективність, відносно низьку максимальну швидкість, високу вагу та постійне паливо та споживання води. (Раніше потрібен значний час, щоб паровий котел дав пару і двигун запрацював; сучасні котли дозволяють швидко запустити двигун.)

Для чого служить нагрівач теплового двигуна

Теплові машини в термодинаміці це періодично діючі теплові двигуни та холодильні машини (термокомпресори). Різновидом холодильних машин є теплові насоси.

Пристрої, які роблять механічну роботу через внутрішню енергію палива, називаються термічними машинами (теплові двигуни). Для функціонування теплової машини потрібні наступні компоненти: 1) джерело тепла з більш високим рівнем температури T1, 2) джерела тепла з нижчим рівнем температури T2, 3) Робоча рідина. Інакше сказати: будь-які теплові машини (теплові двигуни) складаються з нагрівача, холодильника та робочого тіла.

В якості робочого тіла використовуються газ або пара, оскільки вони добре стискаються, і в залежності від типу двигуна може бути паливо (бензин, гас), водяна пара та ін. Нагрівач передає робочому тілу деяку кількість теплоти (Q1), і його внутрішня енергія збільшується, рахунок цієї внутрішньої енергії відбувається механічна робота (А), потім робоче тіло віддає деяку кількість теплоти холодильнику (Q2) і при цьому охолоджується до початкової температури. Описана схема являє собою цикл операцій двигуна та є загальним, у реальних двигунах роль нагрівача та холодильника може виконувати різні пристрої. Холодильник може служити навколишнім середовищем.

Оскільки в двигуні частина енергії робочої рідини передається до холодильника, ясно, що енергія, отримана ним з нагрівача, йде на роботу. Відповідно, ефективність двигуна (ефективність) дорівнює співвідношенню досконалої роботи (а) до кількості тепла, отриманої ним з нагрівача (Q1):

Двигун внутрішнього згоряння (DVS)

Є два типи двигунів внутрішнього згоряння (DVS): карбюратор і дизель. У карбюраторному двигуні робоча суміш (суміш палива з повітрям) готується за межами двигуна в спеціальному пристрої, і з нього надходить у двигун. У дизельному двигуні горюча суміш готується в самому двигуні.

MOC складається з циліндра, в якому рухається поршня; У циліндрі є два клапани, через одну з яких горюча суміш допускається до циліндра, а через інші вихлопні гази виготовляються з циліндра. Поршень за допомогою кривошипного механізму підключається до колінчастого валу, який потрапляє в обертання під час прогресуючого руху поршня. Циліндр закритий кришкою.

Робочий цикл DVS включає в себе чотири годинники: вхід, стиснення, переміщення роботи, випуск. Під час входу поршня рухається вниз, тиск у циліндрі зменшується, а горюча суміш підключається через клапан (у двигуні карбюратора) або повітря (у дизельному двигуні). Клапан закритий в цей час. Наприкінці прибирання горючої суміші закривається клапан.

Під час другого годинника поршень рухається, клапани закриті, і робоча суміш або повітря стискується. У цьому випадку температура газу підвищується: горюча суміш у карбюраторному двигуні нагрівають до 300-350 ° С, а повітря в дизельному двигуні до 500-600 ° С. Наприкінці стиснення такт у карбюраторному двигуні, іскра розкидається, а горюча суміш запалюється. У дизельному двигуні в циліндр впорскується паливо, і суміш, що утворилася, самозаймається.

При спалюванні горючої суміші, газ розширюється і штовхає поршень і колінчастий вал, підключений до нього, виконує механічну роботу. Це призводить до того, що газ охолоджується.

Коли поршень приходить до нижньої точки, тиск у ньому зменшиться. Коли поршень рухається вгору, відкривається клапан, і випуск вихлопного газу відбувається. Наприкінці цього такт клапан закривається.

Парова турбіна

Парова турбіна є насадженим на вал диском, на якому укріплені лопаті. На лопаті надходить пара. Пара, нагріта до 600 °С, прямує в сопло і в ньому розширюється. З розширенням пари її внутрішня енергія перетворюється в кінетичну енергію напрямного руху струменя. Струмінь пари надходить із сопла на лопаті турбіни і передає їм частину своєї кінетичної енергії, приводячи турбіну у обертання. Зазвичай турбіни мають кілька дисків, кожному з яких передається частина енергії пари. Обертання диска передається до валу, з яким підключено електричний генератор.

Питома теплота згоряння палива

При згорянні різного палива однакової маси виділяється різна кількість теплоти. Наприклад, добре відомо, що природний газ є енергетично більш вигідним паливом, ніж дрова. Це означає, що для отримання однієї і тієї ж кількості теплоти, маса дров, які потрібно спалити, повинна бути істотно більшою за масу природного газу. Тому різні види палива з енергетичної точки зору характеризуються цінністю, що називається конкретним теплого спалювання палива.

READ  Що таке таймер затримки на пральній машині

Питома теплота згоряння палива. фізична величина, що показує, скільки теплоти виділяється при повному згорянні палива масою 1 кг.

Специфічна тепла горіння позначається буквою Q, її одиниця становить 1 Дж/кг.

Значення питомої теплоти визначають експериментально. Найбільшу питому теплоту згоряння має водень, найменшу – порох.

Специфічне згоряння масла. 4,410 7 j/кг. Це означає, що з повним згорянням 1 кг масла, кількість тепла 4,410 7 j. У загальному випадку, якщо маса палива дорівнює m, то кількість теплоти Q, що виділяється при його повному згоранні, дорівнює добутку питомої теплоти згоряння палива q на його масу:

Q = qm.

Конспект уроку з фізики у 8 класі Теплові машини. ДВЗ. Питома теплота згоряння.

Конспект уроку фізики в 10 класі: «Принципи дії теплового двигуна. Ефективність теплових двигунів

Зверніть увагу, що відповідно до Федерального закону російських 273-ФЗ “Про освіту в Російській Федерації” в організаціях, що займаються освітньою діяльністю, навчання та навчання студентів з АБС, як у поєднанні з іншими студентами, так і в окремих класах або групах.

10 клас Фізика Урок 4

Тема: Принципи теплового двигуна. Ефективність теплових двигунів.

Тип: вивчення уроку нового матеріалу. Мета: розширити в учнів знання про теплові двигуни та принципи їх дії;

Навчіться застосовувати знання про теплові двигуни, щоб пояснити робочий цикл теплового двигуна; Розглянемо вирішення проблем з використанням знань про ефективність теплового двигуна.

Вчитель та студенти вітають один одного.

II. Перевірка домашнього завдання

Учитель вибірково займає 2-3 ноутбуки студентів, щоб перевірити домашню роботу.

III. Актуалізація підтримуючих знань студентів

Вчитель проводить фронтальне опитування: . Що таке термодинаміка? Чи може механічна енергія пропадати безвісти? Скільки ми знаємо законів термодинаміки? Як звучить перший закон термодинаміки? Хто відкрив другий закон термодинаміки? Як звучить другий закон термодинаміки? Який процес називають адіабатним?

IV. Мотиваційний етап уроку. Постановка теми та цілей уроку

Вчитель записує на дошці тему уроку.

Теплові двигуни. це пристрої, які перетворюють внутрішню енергію палива в механічну роботу.

Будь-який термічний двигун включає три основні елементи: нагрівач, робочий орган двигуна та холодильник. Робота всіх циклічних теплових двигунів. Кожен цикл складається з різних процесів: отримання енергії від нагрівача, робочий інсульт, передача невикористаної енергії до холодильника.

Вчитель під час історії може зробити схематичний ескіз на дошці:

Ефективність називається співвідношенням корисної роботи, що виконується цим двигуном, до кількості тепла, отриманої з нагрівача:

– Кількість тепла, отриманого з нагрівача – Кількість тепла, що віддається холодильнику = – Робота, виконана двигуном за цикл.

Знаючи владу та час двигуна, ви можете знайти роботу, виконану для циклу: a = nt. Знаючи, що ми можемо знайти ефективність теплового двигуна: =.

У XIX столітті французький інженер Sadi Carno Scientist (1796-1832) описав ідеалізована теплова машина з ідеальним газом як робоча рідина. Тепер такий тепловий двигун називається двигуном Carno.

На початку циклу робоча рідина та нагрівач мають однакову температуру T1 (точка 1 на графі), отримуючи кількість тепла від нагрівача. газ ізотермічно розширюється і входить у стан 2, потім газ адіабатно розширюється окремо і переходить у стан 3, при цьому його температура знижується до Т2 (температури холодильника). Після цього під дією зовнішніх сил газ є ізотермічно скорочується до стану 4, в той же час ДСП. Нарешті, газ стискається Адіабато від штату 4 до початкового стану 1. У цьому випадку його температура підвищується і спина стає рівною T1.

Carno Cycle, найбільш ефективний цикл всіх можливих двигунів, і має максимальну ефективність.

Будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівачем, що має температуру. і холодильник з температурою. не може мати ефективність, що перевищує ефективність ідеальної теплової машини.

Максимальна ефективність ефективності:

– Температура нагрівача; – Температура холодильника.

Що таке AdBlue ⁉️ Для чого потрібна система SCR в дизельних двигунах⁉️

Формула CPD показує, що тепловий двигун, тим більш ефективний, тим більша різниця в температурах нагрівача та холодильника. Лише при температурі двигуна, що дорівнює абсолютному нулю, ККД дорівнюватиме 1. Але температура холодильника практично не може бути нижчою за температуру навколишнього повітря. Можна збільшити температуру нагрівача, однак будь-який матеріал, твердий має обмежену термостійкість або термостійкість. При нагріванні він поступово втрачає свої пружні властивості, а за досить високої температури – плавиться. Зараз основні зусилля інженерів спрямовані на підвищення ККД двигунів, за рахунок зменшення тертя частин, втрат палива, внаслідок його неповного згоряння, тощо.д. Реальні можливості для підвищення ефективності тут все ще великі. Підвищена ефективність теплових двигунів і наближаючись до максимально можливого. найважливішого технічного завдання.

Термічні двигуни. парові турбіни встановлюються на всіх АЕС, щоб виробляти високу температуру пар. На всіх видах сучасного транспорту переважно використовуються теплові двигуни: на автомобільному – поршневі двигуни внутрішнього згоряння, на водному – ДВС та парові турбіни, на залізничному – тепловози з дизельними установками, в авіації – поршневі, турбореактивні та реактивні двигуни.

Контрольна робота “Термодинаміка

Температура гелію в запаяній посудині підвищилася з 20°С до 60°С. Маса гелію дорівнює 0,3 кг. Яку кількість теплоти отримав гелій? Специфічна теплоємність гелію 3100 j/(кг · С). )У відповіді вкажіть одиницю виміру)

Питання 9

У якому процесі кількість теплоти, передана газу, дорівнює роботі розширення газу?

Варіанти відповідей

Питання 10

Ідеальний газ передається кількістю тепла таким чином, що в будь-який час перенесена кількість тепла дорівнює змін внутрішньої енергії тіла. Який процес здійснено?

Варіанти відповідей

Питання 11

Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу при ізобаричному розширенні?

Варіанти відповідей

Питання 12

Урок 130 (OSN). Теплові двигуни, ККД теплового двигуна

Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу при стисканні в адіабатичному процесі?

READ  Віск для депіляції в банку

Варіанти відповідей

Питання 13

Перший закон термодинаміки стверджує, що збудувати вічний двигун неможливо. Який сенс цього твердження?

Варіанти відповідей

  • Не можна побудувати двигун, який працював би вічно, бо будь-яка машина з часом зношується та ламається.
  • Неможливо побудувати машину, яка зробить корисну роботу без споживання енергії ззовні та без будь-яких змін всередині машини.
  • Неможливий «вічний рух» ні в природі, ні в техніці. Будь-які тіла без дії зовнішніх сил через деякий час зупиняються.
  • У будь-який час ви не можете побудувати найкращий двигун. Мине час і буде створено ще кращий двигун, ніж зроблено зараз.

Питання 14

Тепловий двигун отримує про нагрівач 100 j тепло для кожного циклу і дає холодильник у 60 j. Що дорівнює ефективності двигуна?

Питання 15

Який найбільший ККД може мати теплова машина з температурою нагрівача 10 00 К і температурою холодильника 300 К ?

Питання 16

Нагрівач теплового двигуна служить для.

Варіанти відповідей

  • Горіння горючих речовин
  • відведення невикористаної енергії робочого тіла
  • Робочий орган теплопередачі
  • Перетворення внутрішньої енергії палива в механічні

Запитання 17

Ідеальна теплова машина була замінена робочою рідиною, а температура холодильника та нагрівача залишалися незмінними. При цьому ККД теплової машини.

Формули коефіцієнта корисної дії

Ми вже з’ясували, що робота газу завжди менша від отриманої теплоти. Щоб відповісти на питання, яку частину отриманого тепла буде працювати, ми будемо фракцію:

Цей дріб позначають грецькою літерою «ця» \(\eta\) і називають коефіцієнтом корисної дії (ККД). Так як цей коефіцієнт дає поняття про те, як співвідносяться робота, виконана газом і отримана ним теплова енергія.

Чисельник цього дробу завжди менший за знаменник, математики такі дроби називають правильними. Якщо ефективність ефективності описується правильною фракцією, це означає, що він не може перевищувати пристрій

Ефективність теплового двигуна не перевищує одиницю, оскільки вона описується правильною фракцією.

Якщо підставити в чисельник вираз для роботи, отримаємо розгорнутий вираз для обчислення ККД:

Права частина рівняння – це два дроби, що мають однакові знаменники. Якщо ви записуєте праву сторону у вигляді окремих фракцій, ви можете отримати таке співвідношення:

Підставимо його у вираз для ККД і отримаємо ще одну формулу:

Відповідно до законів молекулярно-кінетичної теорії, тепло є енергією руху молекул речовини. Нульова енергія відповідає абсолютному нулу температури, ніж вище температура, кількість молекули вище.

Запаси внутрішньої теплової енергії на Землі величезні. Однак, Другий Початок термодинаміки накладає жорстке обмеження на їх використання. Справді, якщо деяка частина внутрішньої енергії буде перетворена на енергію руху макроскопічних тіл, то внутрішня енергія зменшиться, зменшивши температуру молекул. Відповідно до Другого Початку термодинаміки, теплова енергія молекул без додаткових зусиль може переходити тільки від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Для передачі енергії від менш нагрітого тіла до більш нагрітого, потрібно здійснити додаткову роботу.

Рис. 1. Другий початок термодинаміки.

Таким чином, навіть маючи велику внутрішню енергію в навколишньому середовищі, перетворити її на роботу виявляється далеко не завжди можливо. Зрештою, екологічне охолодження повинно відбуватися без більш холодних тіл. І це не може бути.

Тобто, перетворення внутрішньої енергії речовини на роботу можливе лише за наявності потоку тепла, який може бути організований лише за наявності двох тіл з різною температурою. Такі тіла в теорії теплових двигунів називаються Нагрівачем та Холодильником. Нагрівач з нагрівача переходить до холодильника, а виконується корисна робота.

Перетворення енергії у теплових двигунах

Створення парового двигуна відзначив початок наукової та технологічної революції, але самі парові двигуни спочатку були недосконалими. Вони розвивали велику потужність, але споживали надто багато палива.

Якщо порівняти роботу перших двигунів з тягловою силою коня, то виявиться, що кінь набагато ефективніше використовує «паливо» овес і сіно. Вчені зазначили, що тіло “горить” їжа: адже люди та тварини вдихають кисень, а також видихають діоксид вуглецю та водяний пари; Також приходить кам’яна коробка з спалюванням дров.

Урок 130 (осн). Теплові двигуни, ККД теплового двигуна

Саме тоді навчилися рахувати калорії. Енергію їжі оцінили за кількістю теплоти, яка виділиться при її спалюванні. За шкалою “калорійного вмісту” можна порівняти овес, вугілля та бензин. І в цьому масштабі перші парові двигуни були надзвичайно неефективними: лише 1% 2 \% спалених калорій перетворилися на корисну роботу.

Робилися спроби вдосконалити машини, іноді вони давали найкращий ефект, іноді гірший; була потрібна теоретична база для того, щоб досягти найкращого варіанту.

Засновники термодинаміки були перш за все вирішені питання: чи може все тепло, передане паровим двигуном, перетворюється на роботу? У механіці трансформація потенційної енергії в кінетичну може виникнути з дуже низькими втратами. В основному запобігає тертя, але в багатьох завданнях тертя можна нехтувати. Уявимо, що ми так само зведемо до нуля тертя поршня про циліндр, непродуктивні втрати теплової енергії. Чи можна уявити ідеальний циклічний двигун, в якому вся теплота переходить в роботу?

По першому початку термодинаміки, теплота витрачається на роботу та збільшення внутрішньої енергії:

Нехай du = 0. Теплота змусила пар розширюватися, пара привела в рух поршень, той здійснив роботу. При цьому температура пари та її внутрішня енергія не змінилася, нехтуємо втратами і припустимо, що вся теплота перейшла в механічну роботу: Q = A

Але ми розглядаємо циклічний двигун. Поршень перемістився, зробивши роботу; тепер його треба повернути у вихідний стан.

Якщо переміщати поршень, стискаючи пару, то доведеться здійснити роботу не меншу, ніж А. Але це означає, що ніхто не стався, а ефективність нуля, навіть за відсутності втрат!

Зменшити роботу над зворотним рухом поршня, що дозволяє змінити внутрішню енергію. Якщо пара охолодити, її тиск зменшиться, і робота з переміщення поршня буде меншою, ніж скоєна в робочому циклі.

Ось ця різниця робіт і буде корисною віддачею двигуна.

READ  Дошка контролю двигуна з пральної машини

На графіку p(v) прямий і зворотний хід поршня показаний лініями abc і cda, що утворюють замкнуту фігуру. Площа замкнутої фігури abcd відповідає корисній роботі. Площа V1ABCV2. це робота прямого інсульту, площа V2cdav1. відповідає операції зворотного.

Таким чином, термічний двигун потрібний не тільки нагрівач, а й холодильник; Найчастіше в ролі холодильника діє середовище, яке передається тепло

В ідеальному випадку виконана за цикл робота відповідає різниці між теплотою, що мало нагріте робоче тіло, і тією теплотою, що залишилася у робочого тіла після охолодження:

Ефективність ідеального двигуна дорівнює співвідношенню роботи до тепла, отриманого з нагрівача:

Ця формула показує межу ККД, яка не може бути перевищена тепловим двигуном при певних параметрах нагрівача та холодильника. Реальна ефективність двигуна залежить від його дизайну, і це завжди менше, ніж ідеальне значення.

Отже, ефективність двигуна завжди менше, ніж одна, оскільки частина теплової енергії повинна бути передана холодильнику. Це відображення другого початку термодинаміки

Одне з формулювання другого початку термодинаміки:

Круглий процес неможливий, єдиним результатом якого буде виробництво роботи через охолодження теплового резервуара. (Такий процес називається процесом Томсона).

Фізична основа теплового двигуна

Здійснення механічної роботи в сучасних машинах та механізмах в основному відбувається за рахунок внутрішньої енергії речовин.

Тепловий двигун. Пристрій, що трансформує внутрішню енергію палива в механічну енергію

Неможливо уявити сучасну цивілізацію без теплових двигунів.

Механічна робота у двигуні відбувається при розширенні робочої речовини, що переміщає поршень у циліндрі. Для циклічного, безперервного двигуна, поршень повертається до початкового положення, т.е. стиск робочої речовини. Легко стиснута речовина. це речовина в газоподібному стані, тому газ або пари використовується як робоча речовина в теплових двигунах.

Операція теплового двигуна складається з періодично повторюваного розширення газу та процесів стиснення. Компресія газу не може бути спонтанним, це відбувається лише під дією зовнішньої сили, наприклад, через енергію, зберігається маховик, коли розширення газу.

Повна механічна робота А складається з роботи розширення газу Арасш та роботи стиснення газу Асж, що здійснюється силами тиску газу при його стисканні. Оскільки при стисканні ДV0, то Асж =. |Асж |0, тому

Для отримання позитивної повної механічної роботи (A0) необхідно, щоб виробництво компресії менше, ніж її розширення.

Зміна об’єму ДV газу при розширенні та стисканні має бути однаковим через циклічність роботи двигуна.

Отже, тиск газу при стисканні має бути меншим за його тиск при розширенні. З таким самим об’ємом газу, тим менша, тим менша температура, тому газ повинен бути охолодженим перед стисненням.Е. контактує з холодильною машиною. тіло, що має нижчу температуру. Для отримання механічної роботи в тепловому двигуні з циклічним процесом розширення газу повинна відбуватися при більш високій температурі, ніж стиснення.

Передумова для циклічного виробництва машинобудування в тепловому двигуні. Наявність нагрівача та холодильника.

Ефективність теплових двигунів

Мета теплового двигуна.- виробляти механічну роботу. Але лише частина тепла, отриманого двигуном, витрачається на роботу.

Неможливість повного перетворення внутрішньої енергії газу на роботу теплових двигунів обумовлена ​​незворотністю процесів у природі. Якщо тепло може спонтанно повернутись від холодильника до нагрівача, внутрішня енергія може бути повністю перетворена на корисну операцію за допомогою будь-якого термічного двигуна.

Відповідно до закону збереження енергії робота, що здійснюється двигуном, дорівнює:

де. кількість теплоти, отримана від холодильника, а. кількість теплоти, віддана холодильнику.

Ефективність теплового двигуна називається співвідношенням роботи. Двигун, виконаний двигуном, до кількості тепла, отриманої з нагрівача:

Так як у всіх двигунів кілька теплоти передається холодильнику, то 1.

Ефективність теплового двигуна пропорційна різниці в температурі нагрівача та холодильника. При

Что такое оппозитный двигатель и как он устроен? | Техническая программа

двигун не може працювати. Максимальне значення ККД теплових двигунів

Закони термодинаміки дозволяють обчислити максимально можливий ККД теплового двигуна, що працює з нагрівачем, що має температуру Т 1. та холодильником з температурою Т 2. Вперше це зробив французький інженер та вчений Саді Карно. Карно придумав ідеальну теплову машину з ідеальним газом як робоче тіло. Кількість теплоти, отримана робочим тілом від нагрівача при ізотермічному розширенні, дорівнює

Аналогічно, при ізотермічному стиску робоче тіло віддало холодильнику

Отже, ефективність теплової машини Carno рівна

З останнього виразу видно, що ККД теплової машини Карно залежить лише від температур нагрівача та холодильника. Крім того, з нього випливає, що ККД може становити 100% тільки в тому випадку, якщо температура холодильника дорівнює абсолютному нулю, що недосяжно. Можна показати, що ККД будь-якої теплової машини, що працює за циклом, відмінним від циклу Карно, буде менше ККД теплової машини Карно, що працює при тих же температурах нагрівача та холодильника.

Передача тепла від нагрівача з робочою рідиною та від робочого тіла Холодильник виникає в циклі карно за відсутності різниці температур. Завдяки цьому цикл Карно звернемо (передача тепла за наявності кінцевої різниці температур завжди необоротна згідно з постулатом Томсона). Але за відсутності різниці температур тепло надсилається нескінченно повільно. Тому потужність теплової машини Carno дорівнює нулю.

About the author

| Denial of responsibility | Contacts |RSS