Driften til mange typer maskiner er preget av en så viktig indikator som effektiviteten til en varmemotor. Hvert år streber ingeniører etter å lage mer avansert utstyr som, til lavere drivstoffkostnader, vil gi maksim alt resultat av bruken.
Varmemotorenhet
Før du forstår hva effektivitet er, er det nødvendig å forstå hvordan denne mekanismen fungerer. Uten å vite prinsippene for handlingen, er det umulig å finne ut essensen av denne indikatoren. En varmemotor er en enhet som fungerer ved å bruke intern energi. Enhver varmemotor som konverterer termisk energi til mekanisk energi bruker termisk ekspansjon av stoffer med økende temperatur. I solid-state-motorer er det mulig ikke bare å endre volumet av materie, men også formen på kroppen. Driften av en slik motor er underlagt termodynamikkens lover.
Driftsprinsipp
For å forstå hvordan en varmemotor fungerer, er det nødvendig å vurdere det grunnleggendedesignene hans. For driften av enheten er det nødvendig med to kropper: varm (varmer) og kald (kjøleskap, kjøler). Prinsippet for drift av varmemotorer (effektiviteten til varmemotorer) avhenger av deres type. Ofte fungerer dampkondensatoren som et kjøleskap, og enhver type drivstoff som brenner i ovnen fungerer som en varmeovn. Effektiviteten til en ideell varmemotor finner du av følgende formel:
Effektivitet=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Samtidig kan effektiviteten til en ekte motor aldri overstige verdien oppnådd i henhold til denne formelen. Denne indikatoren vil heller aldri overstige verdien ovenfor. For å øke effektiviteten, øker oftest temperaturen på varmeren og reduserer temperaturen på kjøleskapet. Begge disse prosessene vil være begrenset av de faktiske driftsforholdene til utstyret.
Varmemotoreffektivitet (formel)
Under driften av en varmemotor jobbes det, da gassen begynner å miste energi og avkjøles til en viss temperatur. Sistnevnte er vanligvis noen få grader over atmosfæren rundt. Dette er temperaturen i kjøleskapet. En slik spesiell enhet er designet for kjøling med påfølgende kondensering av eksosdampen. Der det er kondensatorer, er temperaturen i kjøleskapet noen ganger lavere enn omgivelsestemperaturen.
I en varmemotor er kroppen, når den varmes opp og utvides, ikke i stand til å gi all sin indre energi til å utføre arbeid. Noe av varmen vil bli overført til kjøleskapet sammen med avgasser eller damp. Denne delentermisk indre energi går uunngåelig tapt. Under drivstoffforbrenning mottar arbeidskroppen en viss mengde varme Q1 fra varmeren. Samtidig utfører den fortsatt arbeid A, hvor den overfører deler av den termiske energien til kjøleskapet: Q2<Q1.
EFFICIENCY karakteriserer effektiviteten til motoren innen energikonvertering og transmisjon. Denne indikatoren måles ofte i prosent. Effektivitetsformel:
ηA/Qx100 %, der Q er den brukte energien, A er det nyttige arbeidet.
Basert på loven om bevaring av energi, kan vi konkludere med at effektiviteten alltid vil være mindre enn én. Det vil med andre ord aldri bli mer nyttig arbeid enn energien som brukes på det.
Motoreffektivitet er forholdet mellom nyttig arbeid og energien som leveres av varmeren. Den kan representeres som følgende formel:
η=(Q1-Q2)/ Q1, hvor Q 1 - varme mottatt fra varmeren, og Q2 - gitt til kjøleskapet.
Operasjon av varmemotor
Arbeidet utført av en varmemotor beregnes ved å bruke følgende formel:
A=|QH| - |QX|, der A er arbeid, QH er mengden varme som mottas fra varmeren, QX - mengden varme som gis til kjøleren.
Varmemotoreffektivitet (formel):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Det er lik forholdet mellom arbeidet utført av motoren og mengden avvarme. En del av den termiske energien går tapt under denne overføringen.
Carnot-motor
Den maksimale effektiviteten til en varmemotor er notert på Carnot-enheten. Dette skyldes det faktum at det i dette systemet bare avhenger av den absolutte temperaturen til varmeren (Тн) og kjøleren (Тх). Effektiviteten til en varmemotor som opererer i henhold til Carnot-syklusen bestemmes av følgende formel:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Termodynamikkens lover tillot oss å beregne den maksimale effektiviteten som er mulig. For første gang ble denne indikatoren beregnet av den franske forskeren og ingeniøren Sadi Carnot. Han oppfant en varmemotor som gikk på ideell gass. Den fungerer på en syklus med 2 isotermer og 2 adiabater. Prinsippet for driften er ganske enkelt: en varmekontakt bringes til fartøyet med gass, som et resultat av at arbeidsfluidet ekspanderer isotermisk. Samtidig fungerer den og mottar en viss mengde varme. Etter at fartøyet er termisk isolert. Til tross for dette fortsetter gassen å utvide seg, men allerede adiabatisk (uten varmeveksling med omgivelsene). På dette tidspunktet synker temperaturen til kjøleskapet. I dette øyeblikket er gassen i kontakt med kjøleskapet, som et resultat av at den gir den en viss mengde varme under isometrisk kompresjon. Deretter blir fartøyet varmeisolert igjen. I dette tilfellet komprimeres gassen adiabatisk til opprinnelig volum og tilstand.
varianter
I vår tid finnes det mange typer varmemotorer som opererer på forskjellige prinsipper og på forskjellige drivstoff. De har alle sin egen effektivitet. Disse inkludererfølgende:
• Forbrenningsmotor (stempel), som er en mekanisme hvor en del av den kjemiske energien til det brennende drivstoffet omdannes til mekanisk energi. Slike enheter kan være gass og væske. Det finnes 2-takts og 4-takts motorer. De kan ha en kontinuerlig driftssyklus. I henhold til metoden for å tilberede en blanding av drivstoff, er slike motorer forgasser (med ekstern blandingsdannelse) og diesel (med intern). I henhold til typene energiomformere er de delt inn i stempel, jet, turbin, kombinert. Effektiviteten til slike maskiner overstiger ikke 0,5.
• Stirlingmotor - en enhet der arbeidsvæsken befinner seg i et lukket rom. Det er en slags ekstern forbrenningsmotor. Prinsippet for driften er basert på periodisk avkjøling/oppvarming av kroppen med produksjon av energi på grunn av en endring i volumet. Det er en av de mest effektive motorene.
• Turbinmotor (roterende) med ekstern forbrenning av drivstoff. Slike installasjoner finnes oftest i termiske kraftverk.
• Turbin (roterende) ICE brukes ved termiske kraftverk i toppmodus. Ikke like vanlig som andre.
• En turbopropmotor genererer noe av skyvekraften på grunn av propellen. Resten kommer fra avgasser. Designet er en roterende motor (gassturbin), på akselen som en propell er montert.
Andre typer varmemotorer
• Rakett-, turbojet- og jetmotorer som får skyv fra rekyleksosgasser.
• Solid-state-motorer bruker faste stoffer som drivstoff. Når du arbeider er det ikke volumet som endres, men formen. Driften av utstyret bruker en ekstremt lav temperaturforskjell.
Hvordan forbedre effektiviteten
Er det mulig å øke effektiviteten til en varmemotor? Svaret må søkes i termodynamikk. Den studerer gjensidige transformasjoner av forskjellige typer energi. Det er slått fast at det er umulig å konvertere all tilgjengelig termisk energi til elektrisk, mekanisk osv. Samtidig skjer deres konvertering til termisk energi uten noen begrensninger. Dette er mulig på grunn av det faktum at naturen til termisk energi er basert på uordnet (kaotisk) bevegelse av partikler.
Jo mer kroppen varmes opp, jo raskere vil molekylene som utgjør den bevege seg. Partikkelbevegelsen vil bli enda mer uberegnelig. Sammen med dette vet alle at orden lett kan snus til kaos, noe som er veldig vanskelig å bestille.
