Funcționarea multor tipuri de mașini este caracterizată de un indicator atât de important ca randamentul unui motor termic. În fiecare an, inginerii se străduiesc să creeze echipamente mai avansate care, la costuri mai mici ale combustibilului, ar oferi rezultatul maxim din utilizarea acestuia.
Dispozitiv cu motor termic
Înainte de a înțelege ce este eficiența, este necesar să înțelegem cum funcționează acest mecanism. Fără a cunoaște principiile acțiunii sale, este imposibil să aflăm esența acestui indicator. Un motor termic este un dispozitiv care funcționează folosind energia internă. Orice motor termic care transformă energia termică în energie mecanică folosește dilatarea termică a substanțelor odată cu creșterea temperaturii. În motoarele cu stare solidă, este posibilă modificarea nu numai a volumului materiei, ci și a formei corpului. Funcționarea unui astfel de motor este supusă legilor termodinamicii.
Principiul de funcționare
Pentru a înțelege cum funcționează un motor termic, este necesar să luați în considerare elementele de bazădesenele lui. Pentru funcționarea aparatului sunt necesare două corpuri: cald (încălzitor) și rece (frigider, frigider). Principiul de funcționare al motoarelor termice (eficiența motoarelor termice) depinde de tipul lor. Adesea, condensatorul de abur acționează ca un frigider, iar orice tip de combustibil care arde în cuptor acționează ca un încălzitor. Eficiența unui motor termic ideal se găsește prin următoarea formulă:
Eficiență=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
În același timp, eficiența unui motor real nu poate depăși niciodată valoarea obținută conform acestei formule. De asemenea, acest indicator nu va depăși niciodată valoarea de mai sus. Pentru a crește eficiența, de cele mai multe ori crește temperatura încălzitorului și reduce temperatura frigiderului. Ambele procese vor fi limitate de condițiile reale de funcționare ale echipamentului.
Eficiența motorului termic (formula)
În timpul funcționării unui motor termic, se lucrează, deoarece gazul începe să piardă energie și se răcește la o anumită temperatură. Acesta din urmă este de obicei cu câteva grade deasupra atmosferei înconjurătoare. Aceasta este temperatura frigiderului. Un astfel de dispozitiv special este conceput pentru răcire cu condensarea ulterioară a aburului de evacuare. Acolo unde sunt prezente condensatoare, temperatura frigiderului este uneori mai mică decât temperatura ambiantă.
Într-un motor termic, corpul, atunci când este încălzit și extins, nu este capabil să-și dea toată energia sa internă pentru a lucra. O parte din căldură va fi transferată la frigider împreună cu gazele de evacuare sau aburul. Această parteenergia termică internă se pierde inevitabil. În timpul arderii combustibilului, corpul de lucru primește o anumită cantitate de căldură Q1 de la încălzitor. În același timp, încă funcționează A, timp în care transferă o parte din energia termică la frigider: Q2<Q1.
EFICIENTA caracterizeaza randamentul motorului in domeniul conversiei si transmisiei energiei. Acest indicator este adesea măsurat ca procent. Formula eficienței:
ηA/Qx100%, unde Q este energia consumată, A este munca utilă.
Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că eficiența va fi întotdeauna mai mică de unu. Cu alte cuvinte, nu va exista niciodată o muncă mai utilă decât energia cheltuită pentru ea.
Eficiența motorului este raportul dintre munca utilă și energia furnizată de încălzitor. Poate fi reprezentat ca următoarea formulă:
η=(Q1-Q2)/ Q1, unde Q 1 - căldură primită de la încălzitor și Q2 - dat la frigider.
Funcționare motor termic
Munca efectuată de un motor termic se calculează folosind următoarea formulă:
A=|QH| - |QX|, unde A este lucru, QH este cantitatea de căldură primită de la încălzitor, QX - cantitatea de căldură dată răcitorului.
Eficiența motorului termic (formulă):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Este egal cu raportul dintre munca efectuată de motor și cantitatea decăldură. O parte din energia termică se pierde în timpul acestui transfer.
Motor Carnot
Eficiența maximă a unui motor termic este notă la dispozitivul Carnot. Acest lucru se datorează faptului că în acest sistem depinde numai de temperatura absolută a încălzitorului (Тн) și a răcitorului (Тх). Eficiența unui motor termic care funcționează conform ciclului Carnot este determinată de următoarea formulă:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Legile termodinamicii ne-au permis să calculăm eficiența maximă posibilă. Pentru prima dată acest indicator a fost calculat de savantul și inginerul francez Sadi Carnot. El a inventat un motor termic care funcționa cu gaz ideal. Funcționează pe un ciclu de 2 izoterme și 2 adiabați. Principiul funcționării sale este destul de simplu: un contact de încălzire este adus la vas cu gaz, în urma căruia fluidul de lucru se extinde izotermic. În același timp, funcționează și primește o anumită cantitate de căldură. După ce vasul este izolat termic. În ciuda acestui fapt, gazul continuă să se extindă, dar deja adiabatic (fără schimb de căldură cu mediul). În acest moment, temperatura acestuia scade la frigider. În acest moment, gazul este în contact cu frigiderul, drept urmare îi conferă o anumită cantitate de căldură în timpul compresiei izometrice. Apoi vasul este izolat termic din nou. În acest caz, gazul este comprimat adiabatic la volumul și starea inițială.
Soiuri
În vremea noastră, există multe tipuri de motoare termice care funcționează pe principii diferite și pe combustibili diferiți. Toate au propria lor eficiență. Acestea includurmătoarele:
• Motor cu ardere internă (piston), care este un mecanism prin care o parte din energia chimică a combustibilului care arde este transformată în energie mecanică. Astfel de dispozitive pot fi gaz și lichide. Există motoare în 2 timpi și în 4 timpi. Ele pot avea un ciclu de lucru continuu. Conform metodei de preparare a unui amestec de combustibil, astfel de motoare sunt carburator (cu formare externă a amestecului) și diesel (cu intern). În funcție de tipurile de convertoare de energie, acestea sunt împărțite în piston, jet, turbină, combinate. Eficiența unor astfel de mașini nu depășește 0,5.
• Motor Stirling - un dispozitiv în care fluidul de lucru este într-un spațiu închis. Este un fel de motor cu ardere externă. Principiul funcționării acestuia se bazează pe răcirea/încălzirea periodică a corpului cu producerea de energie ca urmare a modificării volumului acestuia. Este unul dintre cele mai eficiente motoare.
• Motor cu turbină (rotativ) cu ardere externă a combustibilului. Astfel de instalații se găsesc cel mai adesea în centralele termice.
• Gheața cu turbină (rotativă) este utilizată la centralele termice în regim de vârf. Nu la fel de comun ca alții.
• Un motor turbopropulsor generează o parte din forța datorată elicei. Restul provine din gazele de evacuare. Designul său este un motor rotativ (turbină cu gaz), pe arborele căruia este montată o elice.
Alte tipuri de motoare termice
• Motoare cu rachetă, turboreacție și cu reacție care sunt împinse din reculgaze de eșapament.
• Motoarele cu stare solidă folosesc solide drept combustibil. Când se lucrează, nu volumul său se schimbă, ci forma. Funcționarea echipamentului utilizează o diferență de temperatură extrem de scăzută.
Cum să îmbunătățiți eficiența
Este posibil să creșteți eficiența unui motor termic? Răspunsul trebuie căutat în termodinamică. Studiază transformările reciproce ale diferitelor tipuri de energie. S-a stabilit că este imposibil să se transforme toată energia termică disponibilă în electrică, mecanică etc. În același timp, conversia lor în energie termică are loc fără restricții. Acest lucru este posibil datorită faptului că natura energiei termice se bazează pe mișcarea dezordonată (haotică) a particulelor.
Cu cât corpul se încălzește mai mult, cu atât mai repede se vor mișca moleculele care îl alcătuiesc. Mișcarea particulelor va deveni și mai neregulată. Pe lângă aceasta, toată lumea știe că ordinea poate fi ușor transformată în haos, ceea ce este foarte greu de comandat.
