Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice

Principiul funcționării motorului termic

Tema ultima lecție a fost prima lege a termodinamicii, care a reprezentat o legătură între o anumită cantitate de căldură, care a fost transferat o porțiune de gaz, iar activitatea desfășurată de acest gaz în timpul expansiunii. Și acum e timpul să spunem că această formulă este de interes nu numai pentru anumite calcule teoretice, dar, de asemenea, destul de aplicare practică, deoarece activitatea de gaz nu este nimic mai mult decât un lucru util, pe care le prelua prin utilizarea motoarelor termice.







Definiția. Motorul termic este un dispozitiv în care energia internă a combustibilului este transformată în muncă mecanică (Figura 1).

Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice
Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice

După cum se poate vedea din figură, motoarele termice sunt orice dispozitive care funcționează pe principiul de mai sus și variază de la un design incredibil de simplu la foarte complex.

Toate fără excepție, motoarele termice sunt împărțite funcțional în trei componente (a se vedea figura 2):

  • radiator
  • Organism de lucru
  • frigider

Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice

Fig. 2. Schema funcțională a motorului termic (sursă)

Încălzitorul este un proces de ardere a combustibilului, care în timpul arderii transferă o cantitate mare de căldură la gaz, încălzindu-l la temperaturi ridicate. Gazul fierbinte, care este corpul de lucru, se extinde ca urmare a creșterii temperaturii și, prin urmare, a presiunii, finalizarea lucrărilor. .. Desigur, din moment ce există întotdeauna un transfer de căldură de la carcasa motorului, aerul ambiental, și așa mai departe lucrarea nu va fi numeric egală cu căldura transferată - o parte din energie merge la frigider, care, de regulă, este mediul.

Cea mai simplă modalitate este de a vă imagina un proces care apare într-un cilindru simplu, sub un piston mobil (de exemplu, un cilindru al unui motor cu combustie internă). Bineînțeles, pentru ca motorul să funcționeze și să aibă sens, procesul trebuie să aibă loc ciclic, nu o dată. Adică, după fiecare expansiune, gazul trebuie să revină la poziția inițială (Figura 3).

Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice

Fig. 3. Exemplu de funcționare ciclică a unui motor termic (sursă)

Pentru ca gazul să se întoarcă în poziția sa inițială, este necesar să se efectueze anumite lucrări asupra acestuia (activitatea forțelor externe). Și din moment ce lucrarea de gaz este egală cu lucrul la un gaz cu semnul opus, pentru ca gazul să efectueze o activitate pozitivă totală pe tot parcursul ciclului (altfel ar fi lipsit de sens în motor), este necesar ca forța forțelor externe să fie mai mică decât munca de gaz. Adică graficul procesului ciclic în coordonatele P-V ar trebui să arate ca: o buclă închisă cu o întoarcere în sens orar. În această condiție, activitatea gazului (pe partea graficului în care crește volumul) este mai multă muncă pe gaz (în zona unde volumul scade) (figura 4).







Principiul funcționării și eficienței motoarelor termice

Fig. 4. Un exemplu de grafic al procesului care curge într-un motor termic

Deoarece vorbim despre un anumit mecanism, este necesar să spunem care este eficiența acestuia.

În tehnologia modernă, un alt tip de motor termic este utilizat pe scară largă. În el, aburul sau un gaz încălzit la temperaturi ridicate rotesc arborele motorului fără ajutorul unui piston, unei tije de legătură și a unui arbore cotit. Asemenea motoare se numesc turbine.

Rotor al turbinei cu abur

blade dispozitiv de conducere simplă turbină cu abur este prezentat în figura 28. La arborele de antrenare 5 este plantat 4, bordura care sunt fixate 2. Paletele sunt dispuse în jurul țevii - a duzei 1, în care curge abur din cazan 3. Jeturile de abur care se scurg din duze exercită o presiune considerabilă asupra lamelor și conduc discul turbinei într-o mișcare rapidă de rotație.

Structura turbinei cu abur

În turbinele moderne nu se aplică una, ci mai multe discuri, plantate pe un arbore comun. Aburul trece succesiv prin lamele tuturor discurilor, dând fiecăruia dintre ele o parte din energia sa.

La centralele cu turbină este conectat un generator de curent electric. Viteza de rotație a arborelui turbinei atinge 3000 rot / min, ceea ce este foarte convenabil pentru conducerea generatoarelor de curent electric.

În țara noastră, turbinele cu abur sunt construite cu o capacitate de la câteva kilowați până la 120000 kW.

Turbinele sunt utilizate la termocentrale și nave.

Treptat, se folosesc din ce în ce mai mult turbine cu gaz, în care se utilizează produse de gaze în loc de abur.

Orice motor termic transformă în energie mecanică doar o mică parte a energiei eliberate de combustibil. Cea mai mare parte a energiei combustibilului nu este utilă, ci se pierde în spațiul din jur.

Motorul termic constă dintr-un încălzitor, un fluid de lucru și un frigider. Gazul sau aburul, care este un fluid de lucru, primește căldură de la încălzitor. Organismul de lucru, fiind încălzit, se extinde și realizează munca în detrimentul energiei sale interne. O parte din energie este transferată în atmosferă - frigiderul - împreună cu aburul de evacuare sau gazele de eșapament.

Este foarte important să știți ce parte din energia eliberată de combustibilul motorului termic se transformă într-o muncă utilă. Cu cât este mai mare această parte a energiei, cu atât motorul este mai economic.

Pentru a caracteriza economia diferitelor motoare, este introdus conceptul de eficiență a motorului CVD.

Raportul dintre munca utilă a motorului realizată și energia primită de la încălzitor se numește coeficientul de eficiență al motorului termic.

Coeficientul de eficiență este notat cu η (litera greacă "this").

Eficiența unui motor termic este determinată de formula

în care An - lucru util, Q1 - cantitatea de căldură primită de la încălzitor, Q2 - cantitatea de căldură dată frigider, Q1 - Q2 - o cantitate de căldură care a mers pentru a efectua munca. Eficiența este exprimată ca procent.

De exemplu, un motor din toată energia eliberată de arderea combustibilului consumă doar un sfert din munca utilă. Apoi eficiența motorului este de ¼ sau 25%.

Eficiența motorului este de obicei exprimată ca procent. Este întotdeauna mai mică decât una, adică mai mică de 100%. De exemplu, eficiența motoarelor cu combustie internă este de 20-40%, iar turbinele cu abur sunt puțin mai mari decât 30%.

teme pentru acasă

  1. Ce motoare termice sunt numite turbine cu abur?
  2. Care este diferența în aranjamentul turbinelor și al mașinilor cu pistoane?
  3. Care sunt părțile componente ale turbinei cu aburi și cum funcționează?
  4. De ce în motoarele termice numai o parte din energia combustibilului este transformată în energie mecanică?
  5. Care este eficiența unui motor termic?
  6. De ce eficiența motorului nu poate fi mai mult decât 100%, dar, de asemenea, egală cu 100%?

Sarcina 2. Rezolvați problemele.
☝ Cu o mișcare uniformă a unei încărcături de 30 kg de-a lungul unui plan înclinat, a fost aplicată o forță de 80 N. Calculați eficiența planului dacă lungimea sa este de 3,6 m și înălțimea este de 60 cm.
☝ Care este lungimea planului înclinat, dacă a fost aplicată o forță de 5 N atunci când se deplasează o greutate de 1 kg? Înălțimea planului înclinat este de 0,2 m, iar eficiența este de 80%.
☝ de încărcare de 300 kg, cu o pârghie ridicat la o înălțime de 0,5 m. În acest caz, forța brațului lung de 500 N a fost atașat de pârghie și punctul de sprijin a scăzut la 4 m. Se calculează eficiența manetei.
☝ Ce forță a fost aplicată brațului lung al pârghiei cu o eficiență de 40% dacă o greutate de 100 kg a fost ridicată la o înălțime de 10 cm și brațul lung al pârghiei a căzut cu 50 cm?

1. Mecanismele puternice sunt puse în mișcare nu de mașinile cu piston de abur, ci de turbinele cu abur. La urma urmei, mașinile cu piston cu aceeași putere au dimensiuni mari și greutate și o eficiență mai mică. Într-o serie de cazuri, acest lucru este incomod și din punct de vedere tehnic neprofitabil.

2. Pentru a îmbunătăți eficiența motorului cu aburi, pereții cazanului cu aburi trebuie să fie din fier sau cupru.
Aceste metale vor îmbunătăți conductivitatea termică a cazanului și, astfel, vor crește eficiența acestuia. Apropo, stratul de scară agravează conductivitatea termică a cazanului și duce la apariția fisurilor pe acesta și, în final, pentru a deteriora cazanul, este atât de necesar să se curețe cazanul de scară.

Atenționat la lecție este fișierul "Invenția și distribuția turbinelor cu abur". Puteți descărca fișierul în orice moment convenabil pentru dvs.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: