Ջերմաշարժիչ: ցիկլ, որ աշխատանքի արդյունավետությունը: Բնապահպանական խնդիրները ջերմային մեքենաների. Ինչ է դա, - իդեալական ջերմաշարժիչ.

Անհրաժեշտությունը օգտագործման համար Մեխանիկական էներգիայի արտադրության հանգեցրել է առաջացման ջերմային մեքենաների.

Միավորն ջերմային շարժիչների

Ջերմաշարժիչ (ջերմային շարժիչ), - մի սարք վերծանել ներքին էներգիան մեխանիկական էներգիայի:

Ցանկացած ջերմաշարժիչ ունի վառարան, աշխատանքային հեղուկ (գազի կամ գոլորշու), որը կատարում աշխատանքը ջեռուցման (որի արդյունքում ռոտացիայի տուրբինների լիսեռ, որ մխոց շարժվում, եւ այլն) եւ սառնարան: The գործիչ ներքեւում ցույց է տալիս մի դիագրամ է ջերմաշարժիչ:

Հիմունքներ քայլերը Ջերմային շարժիչների

Յուրաքանչյուր ջերմաշարժիչ գործող պատճառով շարժիչը: Որպեսզի դա անել աշխատանքը նա անհրաժեշտ է երկու կողմի շարժիչների մխոց կամ տուրբինի շեղբեր էր ճնշման տարբերությունը: Այս տարբերությունը հասել է բոլոր ջերմային շարժիչների հետեւյալն է աշխատանքային հեղուկ ջերմաստիճանը աճել է հարյուրավոր կամ հազարավոր աստիճանների համեմատ շրջապատող ջերմաստիճանի: The գազատուրբիններ եւ ներքին այրման շարժիչներ (ICE) աճել է ջերմաստիճանի պայմանավորված է նրանով, որ վառելիքի այրված ներսում շարժիչը: Սառնարան կարող է հանդես գալ մթնոլորտը կամ հատուկ նշանակության սարքը հովացման եւ condensing աշխատած գոլորշու.

Carnot ցիկլը

Ցիկլով (ցիկլային գործընթաց) - մի շարք գազի վիճակի փոփոխությունների, որի արդյունքում այն վերադարձվում է նախնական վիճակին (կարող է կատարել աշխատանքը): 1824, Ֆրանսիայի ֆիզիկոս Սադի Կարնո ցույց են տվել, որ դա ձեռնտու է ջերմային շարժիչի ցիկլի (այդ Carnot ցիկլ), որը բաղկացած է երկու գործընթացների - ի isothermal եւ ադիաբատ. The գործիչ ներքեւում ցույց է տալիս գրաֆիկը Carnot ցիկլի: 1-2 եւ 3-4 - isotherm, 2-3 եւ 4-1 - ադիաբատ.

, Համաձայն օրենքի պահպանության էներգետիկ աշխատանքի ջերմային շարժիչների, որը կատարում է շարժիչ է:

A = Q ₁ - Q _2,

_1, որտեղ Q - ջերմության քանակը, որը ստացել է Մարտկոցային, եւ _2-Q - ջերմության քանակը, որը հանձնվող է սառնարան.
Արդյունավետությունը հարաբերակցությունը ջերմային շարժիչի գործարկում, որը կատարում է շարժիչը քանակի ջերմության, որը ստացված Մարտկոցային:

η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1:

Ի «Մտքեր վրա շարժիչ ուժը կրակի եւ մեքենաների, որոնք ի վիճակի են զարգացնել այդ ուժը» (1824), նկարագրված է մի Carnot ջերմաշարժիչ անվան տակ «իդեալական ջերմաշարժիչ հետ իդեալական գազի, որը հանդիսանում է աշխատանքային մարմին»: Պայմանավորված է օրենքների Թերմոդինամիկայի կարող հաշվարկել արդյունավետությունը (առավելագույն հնարավոր) հետ ջերմաշարժիչ Մարտկոցային որն ունի ջերմաստիճանի T _1, եւ սառնարան ունեցող ջերմաստիճանի T _2: Carnot ջերմաշարժիչ արդյունավետությունը:

η _{առավելագույնը} = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1:

Սադի Carnot ցույց տվեց, որ այն, ինչ դուք ուզում եք իրական ջերմաշարժիչ, որը գործում է մի վառարան է ջերմաստիճանի T ₁ եւ սառնարան ջերմաստիճանի T ₂ վիճակի չէ ունենալ արդյունավետությունը, որը պետք է գերազանցի արդյունավետությունը ջերմաշարժիչ (իդեալական):

Ներքին այրման շարժիչ (ICE)

Չորս-կաթված ներքին այրման շարժիչ կազմում մեկ կամ ավելի բալոններ, մի մխոց, մի կայտառ մեխանիզմ, ընդունման եւ արտանետման փականների, կայծային.

Օպերացիոն ցիկլը բաղկացած է չորս հարվածների:

1) Կաթնակեր - դյուրավառ խառնուրդ անցնում փականի մեջ գլան.
2) Կոմպրեսիոն - երկու փականներ փակ
3) կաթված - պայթյունավտանգ այրման դյուրավառ խառնուրդով.
4) ծծել - ազատ արձակել արտանետումային գազեր են մթնոլորտ:

գոլորշու Գազատուրբինային

Գոլորշի Գազատուրբինային էներգիայի փոխակերպման տեղի է ունենում շնորհիվ տարբերության ջրային գոլորշի ճնշումների ին խորշիկ եւ վարդակից:
Power ժամանակակից գոլորշիով տուրբինների հասնել 1,300 ՄՎտ:

Որոշ տեխնիկական պարամետրերը գոլորշու Գազատուրբինային 1,200 ՄՎտ

• Գոլորշու ճնշումը (թարմ) - 23.5 ՄՊա.
• Գոլորշու ջերմաստիճանը - 540 ° C.
• Սպառումը գոլորշու տուրբինի - 3600 տ / ժ:
• Ռոտոր արագությունը - 3000 պտ / ր:
• Գոլորշի ճնշում կոնդենսատոր - 3.6 կՊա.
• տուրբինի Երկարությունը - 47.9 մ.
• Զանգվածային տուրբինի - 1900 մ.

Ջերմային մեքենա բաղկացած է օդային compressor, combustor եւ գազատուրբինի: ՇԱՀԱԳՈՐԾՄԱՆ: adiabatically օդը sucked մեջ compressor, այնպես որ, նրա ջերմաստիճանը բարձրացրել է 200 ° C կամ ավելի. Հաջորդ, սեղմված օդի մտնում այրման պալատը, որտեղ բարձր ճնշման միաժամանակ մատակարարվող հեղուկ վառելիք, - կերոսին photogen վառելիքի նավթի. Երբ այրման օդը տաքացվում է ջերմաստիճանի 1500-2000 ° C, այն ընդլայնում եւ դրա արագության աճում է: Օդը շարժվում բարձր արագությամբ, իսկ այրման արտադրանքը ուղղված են տուրբինի: Հետո անցման փուլ առ փուլ այրման տուրբինների շեղբեր տա իր կինետիկ էներգիան: Part of the էներգիայի կողմից ստացված տուրբինի է կոմպրեսորային ռոտացիա; իսկ մնացած մասը սպառվում է գեներատոր ռոտոր, ռոտոր օդանավի կամ ծովային նավի, ավտոմեքենայի անիվ:

Գազատուրբինի կարող է օգտագործվել, բացի ռոտացիոն ինքնաթիռի եւ փոխադրամիջոցների անիվների կամ պտուտակների է նավը, քանի որ ինքնաթիռի շարժիչը: Օդային եւ գազերը են ejected է բարձր արագությամբ է գազատուրբինի, այնպես որ ռեակտիվ հրել, որը առաջանում է այս գործընթացի կարող է օգտագործվել է տեղափոխել ինքնաթիռներ (օդանավի) եւ ջրի (նավ) նավ, երկաթուղային տրանսպորտը: Օրինակ, turboprop շարժիչներ ունեն ինքնաթիռներ AN-24, ԱՆ-124 ( «Ռուսլան»), Ru-225 ( «Dream»): Այսպիսով, «Dream» արագությամբ թռիչքի 700-850 կմ / ժ է ունակ 250 տոննա բեռ է ավելի հեռավորության վրա գրեթե 15,000 կիլոմետր: Դա ամենամեծ տրանսպորտային ինքնաթիռը աշխարհում.

Բնապահպանական խնդիրները ջերմային մեքենաների

Մեծ ազդեցությունը կլիմայի մթնոլորտային պայմանները, մասնավորապես ներկայությունը ածխածնի երկօքսիդի եւ ջրային գոլորշի: Այսպիսով, փոփոխությունը ածխածնի երկօքսիդի պարունակության հանգեցնում է աճի կամ նվազման ջերմոցային էֆեկտի, որի ածխածնի երկօքսիդ մեջ ներծծում որոշ ջերմության, որ ճառագում է երկրի վրա տարածության, ձգձգումները մթնոլորտում ավելանում եւ դրանով իսկ մակերեւույթի ջերմաստիճանը եւ ստորին մթնոլորտում: Ֆենոմենը ջերմոցային էֆեկտի խաղում կարեւոր դեր է կլիմայի մեղմացման. Դրա բացակայության դեպքում, միջին ջերմաստիճանը մոլորակի չէր +15 ° C եւ ավելի ցածր է 30-40 ° C.

որ աշխարհում կան հիմա, ավելի քան 300 մլն տարբեր տեսակի տրանսպորտային միջոցների, որոնք ստեղծում են ավելի քան կեսից բոլոր օդի աղտոտվածության:

Ավելի քան 1 տարի դեպի մթնոլորտ է ջերմային էներգիայի ից այրման վառելիքի հատկացվել է 150 միլիոն տոննա ծծմբի օքսիդներ, 50 միլիոն տոննա ազոտի օքսիդ, 50 միլիոն տոննա մոխիր, 200 միլիոն տոննա ածխածնի օքսիդը, 3 մլն տոննա Feona:

Կազմը մթնոլորտի մեջ ներառում է օզոնային, որը պաշտպանում է ամբողջ կյանքի երկրի վրա է վնասակար հետեւանքների ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների. 1982 թ.-ին, Ջորջ. Ֆարման, որ բրիտանական Explorer, հայտնաբերվել է ավելի քան Antarctica օզոնային անցքի - ժամանակավոր նվազեցման օզոնի մթնոլորտում: Գագաթնակետին օզոնային անցքը հոկտեմբերի 7-ին 1987 թ. Գումարը օզոնային դրան նվազել է 2 անգամ: Օզոնային շերտը, հավանաբար, հանգեցրել է մարդածին գործոնների, այդ թվում օգտագործման արդյունաբերության քլոր պարունակող freons (CFC), որոնք քայքայում են օզոնային շերտը: Այնուամենայնիվ, 1990 թ ուսումնասիրությունը: ոչ հաստատեց այս տեսակետը: Առավել հավանական է, որ ի հայտ գալը օզոնային անցքի կապված չէ մարդկային գործունեության, եւ դա բնական գործընթաց է: 1992 թ.-ին, օզոնային անցքի հայտնաբերվել է ավելի քան Արկտիկայի.

Եթե բոլորը մթնոլորտային օզոնային շերտը հավաքել է մակերեսի Երկրի ու պղտորվել այն խտությունը օդում նորմալ մթնոլորտային ճնշման եւ ջերմաստիճանի 0 ° C, իսկ հաստությունը օզոնային վահանի միայն 2-3 մմ: Ահա ողջ վահան:

Մի քիչ պատմությունից ...

• Հուլիսի 1769. Փարիզում Meudon զբոսայգու Military Engineer NZ Kyunyo է «կրակ Ունիվերսալ", որն հագեցած է երկու մխոց շոգեմեքենա, քշում մի քանի տասնյակ մետր:
• 1885. Կառլ Բենցը, գերմանացի ինժեներ, կառուցվել է առաջին քառանիվ բենզինի մեքենայի Motorwagen իշխանությունը 0.66 կՎտ, որը հունվարի 29-1886 ստացել է արտոնագիր: Մեքենայի արագությունը եղել է 15-18 կմ / ժ:
• 1891. Գոթլիբ Դայմլերը, գերմանացի գյուտարար, կազմել է տրոլեյբուս հետ հզորությամբ շարժիչով 2.9 կՎտ (4 ձիաուժ) մի ուղեւորատար մեքենան. Առավելագույն արագությունը փոխադրամիջոցի հասնում է 10 կմ / ժ, իսկ հզորությունը տարբեր մոդելների 2-ից 5 տոննա:
• 1899. Բելգիական Կ. Zhenattsi իր մեքենայով, «Jamet contant» ( «երբեք գոհ է»), առաջին անգամ հատել է 100-կիլոմետրանոց գծի արագությունը:

Օրինակներ խնդիրների լուծման

Խնդիրն 1. ջերմաստիճանի Մարտկոցային իդեալական ջերմաշարժիչ հավասար է 2000 թ K, եւ սառնարան ջերմաստիճանը - 100 ° C. Որոշելու արդյունավետությունը:

լուծում:
Բանաձեւն է, որ որոշում է արդյունավետությունը ջերմաշարժիչ (առավելագույնը):

Ñ = T ₁ T ₂ / T _1:
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81:

A: շարժիչը արդյունավետությունը - 81%.

Խնդիրը 2: Ջերմաշարժիչ 200 կՋ ջերմության էր ձեռք բերել այրման վառելիքի, եւ տեղափոխվել է cooler 120 կՋ ջերմություն: Որն է արդյունավետությունը շարժիչը.

լուծում:
Բանաձեւով արդյունավետությունը որոշելու է ձեւով:

N = Q1 - Q2 / Q1:
N = (2 × 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0.4.

A: ջերմային արդյունավետությունը շարժիչի - 40%.

Խնդիրն 3. Որն է արդյունավետությունը ջերմաշարժիչ, երբ աշխատում հեղուկ է տաքացուցիչի ստանալուց հետո գումարը ջերմության 1,6 ՄՋ կատարեց գործողություն 400 կՋ. Որն է գումարը ջերմության տեղափոխվել է սառնարան.

լուծում:
Արդյունավետությունը կարող է որոշվել է հետեւյալ բանաձեւով

N = A / Q _1:

Ñ = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25:

Փոխանցվել սառնարան ջերմության քանակի կարող է որոշվել է հետեւյալ բանաձեւով

Q ₁ - A = Q _2:
Q = ₂ 1.6 · 10 ⁶ J - 0.4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
Ա. Ջերմաշարժիչ ունի արդյունավետությունը 25%; քանակի ջերմության փոխանցվել է սառնարան - 1.2 · 10 ⁶ J.