ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน - สูตร

ความเป็นจริงที่ทันสมัยจำเป็นต้องมีเครื่องมือความร้อนการดำเนินงานในวงกว้าง พยายามมากมายที่จะมาแทนที่พวกเขาด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าขณะที่ปัจจัยความล้มเหลว ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของพลังงานในระบบอิสระที่จะแก้ไขได้ด้วยความยากลำบาก

ปัญหาที่เกี่ยวข้องยังคงเทคโนโลยีการผลิตแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับการใช้งานในระยะยาวของพวกเขา ลักษณะความเร็วของยานพาหนะไฟฟ้าอยู่ห่างไกลจากผู้ที่อยู่ในรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน

ขั้นตอนแรกในการสร้างเครื่องยนต์ไฮบริดอย่างมีนัยสำคัญสามารถลดการปล่อยก๊าซพิษในพื้นที่นครบาลแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม

ประวัติเล็ก ๆ น้อย ๆ

ความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานของไอน้ำเข้าไปในพลังงานจลน์ได้รับการรู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ 130 BC: อาถรรพ์ Geron Aleksandriysky นำเสนอให้กับผู้ชมของเล่นไอน้ำ - eolipil ทรงกลมที่เต็มไปด้วยไอน้ำหมุนเข้ามาภายใต้อิทธิพลเล็ดลอดออกมาจากเครื่องบินไอพ่นของเธอ ต้นแบบของกังหันไอน้ำที่ทันสมัยในช่วงเวลาของแอพลิเคชันนี้จะไม่พบ

เป็นเวลาหลายปีและการพัฒนาศตวรรษปราชญ์ก็ถือว่าเป็นเพียงแค่ของเล่นสนุก ใน 1629 อิตาลี D บรานกาสร้างกังหันเชิงรุก คู่ที่ตั้งในการเคลื่อนไหวของแผ่นดิสก์ที่มาพร้อมกับใบมีด

จากช่วงเวลาที่เริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครื่องยนต์ไอน้ำ

เครื่องยนต์ร้อน

การเปลี่ยนแปลงของ พลังงานภายในของ น้ำมันเชื้อเพลิงเป็นพลังงานการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเครื่องจักรและกลไกที่ใช้ใน เครื่องยนต์ร้อน

ชิ้นส่วนหลักของเครื่อง: เครื่องทำความร้อน (ระบบรับพลังงานจากภายนอก) ที่ร่างกายทำงาน (ดำเนินการผลประโยชน์), ตู้เย็น

เครื่องทำความร้อนถูกออกแบบมาสำหรับของเหลวทำงานเพื่อสะสมสต็อกเพียงพอของพลังงานภายในสำหรับการทำงานที่มีประโยชน์ ตู้เย็นจะอยู่ห่างพลังงานส่วนเกิน

คุณสมบัติหลักของประสิทธิภาพที่เรียกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ปริมาณนี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่เป็นส่วนหนึ่งของพลังงานที่ใช้จ่ายในการให้ความร้อนที่ใช้ในการดำเนินงานที่เป็นประโยชน์ ที่สูงขึ้นของประสิทธิภาพการดำเนินการที่ได้เปรียบของเครื่อง แต่ค่านี้อาจจะไม่เกิน 100%

การคำนวณประสิทธิภาพ

ขอให้เครื่องทำน้ำอุ่นที่ได้มาจากภายนอกพลังงานเท่ากับ Q ₁ ร่างกายเครื่องมือมุ่งมั่นทำงานในขณะที่ตู้เย็นพลังงานให้เป็น Q ₂

ขึ้นอยู่กับความมุ่งมั่นที่เราคำนวณค่าประสิทธิภาพ:

η = A / Q ₁ เราคิดว่า A = Q ₁ - Q ₂

ดังนั้นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสูตรของการที่จะได้รับจากη = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - ₂ Q / Q _{1 ช่วยให้ข้อสรุปต่อไปนี้:}

• ประสิทธิภาพไม่เกิน 1 (หรือ 100%);
• เพื่อเพิ่มปริมาณนี้จะต้องเพิ่มขึ้นในทั้งพลังงานที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนหรือลดลงของพลังงานที่ได้รับตู้เย็น;
• เพิ่มพลังความร้อนให้บรรลุการเปลี่ยนแปลงของคุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิง
• ลดการใช้พลังงานให้ตู้เย็นให้เพื่อให้บรรลุคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์ร้อนเหมาะ

คือการสร้างเช่นเครื่องยนต์ที่เป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งจะเป็นสูงสุด (ในอุดมคติ - เท่ากับ 100%)? หาคำตอบสำหรับคำถามนี้พยายามที่จะฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสและวิศวกรที่มีความสามารถซาดีคาร์น็อต ในปี 1824 การคำนวณทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซที่ได้รับการปล่อยตัว

ความคิดพื้นฐานเป็นตัวเป็นตนในเครื่องที่เหมาะสามารถพิจารณากระบวนการผันกลับได้ดำเนินการกับแก๊สอุดมคติ เริ่มต้นด้วยการขยายตัวของก๊าซ isothermally ที่อุณหภูมิ T ₁ ปริมาณของความร้อนที่จำเป็นสำหรับจุดประสงค์นี้ - Q _1. หลังจาก ก๊าซโดยไม่ต้องขยายความร้อน (กระบวนการอะเดียแบติก) หลังจากที่ไปถึงอุณหภูมิ T _{2 ก๊าซถูกบีบอัด} isothermally โดยการส่งผ่านพลังงานตู้เย็น Q ₂ ผลตอบแทนก๊าซสู่สถานะเดิมจะดำเนินการ adiabatically

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนการ์โนต์ที่เหมาะกับการคำนวณที่แน่นอนคืออัตราส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างการทำความร้อนและเครื่องทำความเย็นเพื่ออุณหภูมิซึ่งมีเครื่องทำความร้อน ลักษณะเช่นนี้: η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนเป็นไปได้ของเครื่องซึ่งมีสูตรรูปแบบ: η = 1 T - ₂ / T ₁ ขึ้นอยู่กับมูลค่าของเครื่องทำความร้อนและอุณหภูมิที่เย็นและไม่สามารถจะสูงกว่า 100%

นอกจากนี้ความสัมพันธ์นี้ช่วยหนึ่งที่จะพิสูจน์ให้เห็นว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถจะเท่ากับความสามัคคีเฉพาะเมื่อตู้เย็น สัมบูรณ์ อุณหภูมิ เป็นที่รู้จักกันค่านี้ไม่สามารถบรรลุได้

ทฤษฎีการคำนวณ Carnot อนุญาตให้มีการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อนของการออกแบบใด ๆ

ทฤษฎีบทการพิสูจน์ Carnot เป็นดังนี้ เครื่องยนต์ร้อนตามอำเภอใจภายใต้สถานการณ์ที่ไม่สามารถที่จะมีประสิทธิภาพสูงกว่าค่าเดียวกันของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่เหมาะ

ตัวอย่างของการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเหมาะเมื่ออุณหภูมิเครื่องทำความร้อน 800 องศาเซลเซียสและอุณหภูมิของตู้เย็น 500 ^{C ดังต่อไปนี้?}

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, ΔT = 500 ^{° C} = 500 K, η? -

วิธีการแก้ปัญหา:

ตามคำนิยาม: η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁

เราไม่ได้รับอุณหภูมิของตู้เย็น แต่ΔT = (T ₁ - T _{2) จึง:}

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46

คำตอบ: ประสิทธิภาพ = 46%

ตัวอย่างที่ 2 ตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเหมาะถ้าเนื่องจากพลังงานที่ได้มาเครื่องทำน้ำอุ่นหนึ่งกิโลจูลส์ดำเนินงานที่เป็นประโยชน์ 650 เจคืออะไรอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนของเครื่องยนต์ความร้อนถ้าอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นที่ -. 400 K?

Q ₁ = 1 กิโลจูล = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

วิธีการแก้ปัญหา:

ในงานนี้ก็คือการติดตั้งความร้อนที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถคำนวณได้โดยสูตร:

η = A / Q ₁

การตรวจสอบอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนโดยใช้สูตรประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่เหมาะ:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 T - ₂ / T ₁

การแสดงการเปลี่ยนแปลงทางคณิตศาสตร์เราได้รับ:

T ₁ = T ₂ / (1- η)

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q ₁₎

เราคำนวณ:

η = 650 J / 1000 J = 0,65

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1,142.8 เค

คำตอบ: η = 65%, T ₁ = 1,142.8 เค

สภาพที่เกิดขึ้นจริง

เครื่องยนต์ร้อนเหมาะกับกระบวนการออกแบบที่เหมาะ การทำงานจะดำเนินการเฉพาะในกระบวนการ isothermal มันถูกกำหนดให้เป็นพื้นที่ล้อมรอบด้วยกราฟของรอบ Carnot

ในความเป็นจริงที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับการไหลของการเปลี่ยนแปลงสถานะก๊าซในกระบวนการโดยไม่ต้องมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิไม่สามารถ ไม่มีวัสดุดังกล่าวซึ่งจะไม่รวมการแลกเปลี่ยนความร้อนกับวัตถุโดยรอบ กระบวนการ Adiabatic เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการ ในกรณีที่อุณหภูมิก๊าซแลกเปลี่ยนความร้อนจำเป็นต้องเปลี่ยน

ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อนที่สร้างขึ้นในสภาพที่แท้จริงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากประสิทธิภาพในอุดมคติของเครื่องยนต์ โปรดทราบว่าการไหลของกระบวนการในเครื่องมือจริงที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วว่ารูปแบบของพลังงานความร้อนภายในของสารทำงานในกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงปริมาณของมันที่ไม่สามารถได้รับการชดเชยจากการไหลเข้าของปริมาณความร้อนของเครื่องทำความร้อนและมีผลตอบแทนเย็น

เครื่องจักรความร้อนอื่น ๆ

เครื่องมือจริงดำเนินการในรอบที่แตกต่างกัน

• กระบวนการปริมาณคงที่อ็อตโตวงจรกับการเปลี่ยนแปลงอะเดียแบติก, การสร้างวงปิด;
• ดีเซลรอบ Isobar, อะเดียแบติก isochore, อะ;
• กังหันก๊าซ: กระบวนการที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่อะแทนที่ปิดวง

สร้างกระบวนการสมดุลในเครื่องมือจริง (จะนำพวกเขาใกล้ชิดกับอุดมคติ) ในเทคโนโลยีที่ทันสมัยเป็นไปไม่ได้ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเป็นอย่างต่ำแม้จะมีสภาพที่มีอุณหภูมิเดียวกับในการตั้งค่าความร้อนที่เหมาะ

แต่มันก็ไม่จำเป็นที่จะลดประสิทธิภาพการใช้สูตรการคำนวณบทบาท ของวัฏจักรการ์โนต์ มันเป็นมันจะกลายเป็นจุดอ้างอิงในกระบวนการที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริง

วิธีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีประสิทธิภาพ

โดยเปรียบเทียบของเครื่องยนต์ความร้อนที่เหมาะและที่เกิดขึ้นจริงก็ควรจะตั้งข้อสังเกตว่าที่ผ่านมาอุณหภูมิของตู้เย็นไม่สามารถโดยพลการ มักจะเชื่อว่าตู้เย็นบรรยากาศ เพื่อที่จะใช้อุณหภูมิของบรรยากาศที่สามารถคำนวณโดยประมาณเท่านั้น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นเป็นก๊าซไอเสียในเครื่องมือที่มันเกิดขึ้นในเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ย่อเป็น DVS)

DIC - ที่พบมากที่สุดในโลกของความร้อนเครื่องยนต์ของเรา เครื่องยนต์ความร้อนที่มีประสิทธิภาพในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สร้างขึ้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แตกต่างที่สำคัญจากเครื่องยนต์ไอน้ำ DIC เป็นฟังก์ชั่นเครื่องทำฟิวชั่นและร่างกายอุปกรณ์การดำเนินงานในส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศ การเผาไหม้ส่วนผสมสร้างความกดดันให้กับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์

เพิ่มอุณหภูมิก๊าซทำงานจะประสบความสำเร็จอย่างมีนัยสำคัญการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของน้ำมันเชื้อเพลิง แต่น่าเสียดายที่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำโดยไม่มีขีด จำกัด วัสดุในการก่อสร้างของห้องเผาไหม้ใด ๆ ที่มีจุดหลอมเหลว ความต้านทานความร้อนของวัสดุดังกล่าว - ลักษณะพื้นฐานของเครื่องยนต์เช่นเดียวกับการส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

ค่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

ถ้าเราพิจารณา กังหันไอน้ำ, อุณหภูมิของไอน้ำที่ไหลเข้าทำงานซึ่งเท่ากับ 800 K และไอเสีย - 300 K, ประสิทธิภาพของเครื่องที่มีค่าเท่ากับ 62% ในความเป็นจริง แต่ค่านี้ไม่เกิน 40% การลดลงนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียความร้อนในระหว่างการให้ความร้อนที่อยู่อาศัยกังหัน

ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในไม่เกิน 44% การเพิ่มค่านี้ - คำถามของอนาคตอันใกล้ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุเชื้อเพลิง - นี้เป็นปัญหามากกว่าซึ่งมีพนักงานจิตใจที่ดีที่สุดของมนุษย์