Injan Gwres: cylch, effeithlonrwydd gwaith. Problemau amgylcheddol o beiriannau thermol. Beth ydyw - peiriant gwres delfrydol?

Yr angen am y defnydd o ynni mecanyddol mewn cynhyrchu wedi arwain at ymddangosiad peiriannau thermol.

Mae'r uned o beiriannau gwres

peiriant gwres (peiriant gwres), - dyfais ar gyfer trosi egni mewnol i ynni mecanyddol.

Mae gan unrhyw injan wres gwresogydd, yr hylif yn gweithio (nwy neu anwedd), sy'n perfformio gwaith trwy wresogi (gan arwain at cylchdroi y siafft tyrbin, mae'r piston yn symud, ac yn y blaen) ac oergell. Mae'r ffigur isod yn dangos diagram o'r peiriant gwres.

Hanfodion camau o beiriannau gwres

Mae pob gweithrediad peiriant gwres oherwydd yr injan. Er mwyn gwneud y gwaith yr oedd ei angen i ar y naill ochr i'r piston injan neu dyrbin lafnau oedd gwahaniaeth mewn pwysedd. Mae'r gwahaniaeth hwn yn cael ei gyflawni yn yr holl beiriannau gwres fel a ganlyn: y tymheredd hylif sy'n gweithio yn cael ei gynyddu i gannoedd neu filoedd o raddau o'i gymharu â'r tymheredd amgylchynol. Mewn tyrbinau nwy a peiriannau tanio mewnol (ICE) yn gynnydd mewn tymheredd o ganlyniad i'r ffaith bod y tanwydd yn cael ei losgi yn yr injan. Gall Oergell weithredu awyrgylch neu ddyfais bwrpas arbennig ar gyfer oeri a cyddwyso y treuliodd stêm.

cylchred Carnot

Beicio (proses cylchol) - cyfres o newidiadau gyflwr nwy, gan arwain at ei fod yn cael ei ddychwelyd i'r wladwriaeth cychwynnol (yn gallu perfformio gwaith). Yn 1824, ffisegydd Ffrangeg Sadi Karno dangos ei bod yn fanteisiol i gylch peiriant gwres (y cylch Carnot), sy'n cynnwys dwy broses - y isothermal a adiabatic. Mae'r ffigur isod yn dangos graff cylch Carnot: 1-2 a 3-4 - isotherm, 2-3 a 4-1 - adiabatic.

Yn unol â'r gyfraith cadwraeth gwaith ynni o beiriannau gwres sy'n perfformio injan yw:

A = C ₁ - Q _2,

₁ lle mae Q - faint o wres sy'n cael ei dderbyn gan y gwresogydd, a ₂ Q - faint o wres sy'n cael ei draddodi i'r oergell.
Effeithlonrwydd yw cymhareb y peiriant gwres gweithrediad A sy'n executes y peiriant i faint o wres sy'n cael ei sicrhau gan y gwresogydd:

η = A / C = (C ₁ - Q ₂₎ / C ₁ = 1 - Q ₂ / C _1.

Yn "Feddyliau ar y pŵer symud o dân a ar beiriannau sy'n gallu datblygu grym hwn" (1824) a ddisgrifir peiriant gwres Carnot o dan yr enw "peiriant gwres ddelfrydol gyda nwy delfrydol, sef corff yn gweithio." Oherwydd gyfreithiau thermodynameg yn gallu cyfrifo effeithlonrwydd (uchafswm posibl) gyda'r gwresogydd peiriant gwres sydd â tymheredd T _1, ac oergell cael dymheredd T _2. Carnot effeithlonrwydd injan gwres yw:

η _max = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1.

Profodd Sadi Karno nad peiriant go iawn thermol a ddymunir, sy'n gweithredu gyda gwresogydd gyda thymheredd T ₁ a'r cyddwysydd ar dymheredd T ₂ yn gallu cael effeithlonrwydd a fyddai'n fwy na'r effeithlonrwydd y peiriant gwres (yn ddelfrydol).

peiriant tanio mewnol (ICE)

Pedair-strôc injan tanio mewnol yn cynnwys un neu fwy o silindrau, piston, mecanwaith crank, falfiau cymeriant a gwacáu, wreichionen.

Mae'r cylch gweithredu yn cynnwys pedair strôc:

1) y sugno - cymysgedd hylosg yn pasio drwy'r falf i mewn i'r silindr;
2) Cywasgiad - y ddau falfiau ar gau;
3) strôc - losgi ffrwydrol y cymysgedd hylosg;
4) Exhaust - rhyddhau nwyon llosg i'r atmosffer.

tyrbin ager

Mae'r trosi ynni tyrbin ager yn digwydd oherwydd y gwahaniaeth pwysau anwedd dŵr yn y gilfach a'r allfa.
Pŵer tyrbinau stêm modern yn cyrraedd 1,300 MW.

Mae rhai paramedrau technegol y tyrbin ager 1,200 MW

• pwysedd anwedd (ffres) - 23.5 ACM.
• tymheredd stêm - 540 ° C.
• tyrbin llif Stêm - 3600 m / h.
• cyflymder rotor - 3000 rev / mun.
• Mae'r pwysau anwedd yn y cyddwysydd - 3.6 kPa.
• tyrbin Hyd - 47.9 m.
• Offeren tyrbin - 1900 m.

peiriant Thermol yn cynnwys tyrbin cywasgwr aer, combustor a nwy. GWAITH: adiabatically aer yn cael ei sugno i mewn i'r cywasgwr, felly ei dymheredd yn codi i 200 ° C neu fwy. Nesaf, mae'r aer cywasgedig mynd i mewn i'r siambr hylosgi lle pwysedd uchel a gyflenwir tanwydd hylif ar yr un pryd - cerosin olew tanwydd photogen. Yn ystod hylosgi tanwydd aer wresogi i dymheredd o 1500-2000 ° C, mae'n ehangu ac yn cynyddu ei gyflymder. Mae'r aer yn symud ar gyflymder uchel, ac mae'r cynnyrch hylosgi yn cael eu cyfeirio i mewn i'r tyrbin. Ar ôl y trosglwyddo o gyfnod i lafnau tyrbin hylosgi cam roi ei egni cinetig. Mae rhan o'r ynni a dderbyniwyd gan y tyrbin yn y cylchdro cywasgwr; rhan sy'n weddill yn cael ei fwyta ar y rotor generadur, awyrennau rotor neu long môr, olwyn cerbyd.

Gall y tyrbin nwy yn cael ei ddefnyddio, ar wahân i'r awyren cylchdro a'r olwynion cerbyd neu sgriwiau gyrru y llong, fel injan jet. nwyon aer a hylosgiad yn cael eu taflu allan ar gyflymder uchel o'r tyrbin nwy, felly efallai y bydd y byrdwn jet sy'n codi yn y broses hon yn cael ei defnyddio i symud llongau dŵr (llong) awyrennau (awyren) ac, cludiant rheilffordd. Er enghraifft, peiriannau turboprop wedi awyrennau AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "Dream"). Felly, y "Dream" ar gyflymder hedfan o 700-850 km / h yn gallu cludo 250 o dunelli o gargo dros bellter o bron i 15,000 cilomedr. Dyma'r awyren cludiant mwyaf yn y byd.

Problemau amgylcheddol o beiriannau thermol

effaith fawr ar yr hinsawdd yn amodau atmosfferig, yn enwedig presenoldeb carbon deuocsid ac anwedd dŵr. Felly, mae'r newid yn y cynnwys carbon deuocsid yn arwain at gynnydd neu ostyngiad yn yr effaith tŷ gwydr, lle carbon deuocsid yn amsugno rhywfaint o'r gwres sy'n radiates i mewn i'r gofod ddaear, oedi yn yr atmosffer yn cynyddu ac felly mae'r tymheredd arwyneb a'r atmosffer is. Mae ffenomen yr effaith tŷ gwydr yn chwarae rhan hanfodol yn y lliniaru yn yr hinsawdd. Yn ei absenoldeb, ni fyddai'r tymheredd cyfartalog y blaned +15 ° C ac yn is gan 30-40 ° C.

yn y byd erbyn hyn mae mwy na 300 miliwn gwahanol fathau o gerbydau, sy'n creu mwy na hanner yr holl lygredd aer.

Mae dros 1 flwyddyn i'r atmosffer gan y pŵer thermol o hylosgi tanwydd yn cael ei ddyrannu 150 miliwn o dunelli o ocsidau sylffwr, 50 miliwn o dunelli o nitrogen ocsid, 50 miliwn o dunelli o ludw, 200 miliwn o dunelli o garbon monocsid, 3 miliwn o dunelli Feona.

Mae cyfansoddiad yr atmosffer yn cynnwys osôn, sy'n gwarchod holl fywyd ar y ddaear rhag effeithiau niweidiol pelydrau uwchfioled. . Yn 1982, John Farman, y fforiwr Prydeinig, darganfuwyd dros twll oson Antarctig - gostyngiad dros dro o gynnwys osôn yn yr atmosffer. Ar anterth y twll oson 7 Hydref, 1987 y swm o osôn ynddo wedi gostwng yn 2 waith. yn ôl pob tebyg twll oson deillio o ffactorau anthropogenig, gan gynnwys defnyddio yn y diwydiant o freons glorin sy'n cynnwys (CFC), sy'n dinistrio'r haen oson. Fodd bynnag, mae'r astudiaeth yn 1990. Ni chadarnhawyd farn hon. Mae'r rhan fwyaf tebygol, nid yw ymddangosiad y twll oson yn gysylltiedig â gweithgareddau dynol, ac yn broses naturiol. Yn 1992, roedd y twll oson darganfuwyd dros yr Arctig.

Os gasglu pob haen osôn atmosfferig yn wyneb y Ddaear ac yn dewhau i'r dwysedd aer ar wasgedd atmosfferig a thymheredd o 0 ° C, yna trwch darian osôn dim ond 2-3 mm! Dyna y darian cyfan.

Ychydig o hanes ...

• Gorffennaf 1769. Yn milwrol parc Paris Meudon peiriannydd NZ Kyunyo i "wagen tân", a gafodd ei offer gyda injan stêm dau silindr, gyrru ychydig o ddegau o fetrau.
• 1885. Karl Benz, peiriannydd Almaeneg, adeiladodd y pŵer cyntaf pedair olwyn car petrol Motorwagen o 0.66 kW, a oedd 29 Ionawr, 1886 cael patent. cyflymder peiriant yn 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, a dyfeisiwr Almaeneg, troli a weithgynhyrchir yn gyrru pŵer 2.9 kW (4 horsepowers) y car. Mae'r cyflymder uchaf o y cerbyd yn cyrraedd 10 km / h, y gallu yn y gwahanol fodelau yn 2-5 tunnell.
• 1899. Gwlad Belg K. Zhenattsi yn ei gar, "Jamet contant" ( "byth yn fodlon") am y tro cyntaf croesi'r llinell cyflymder o 100-cilometr.

Enghreifftiau o ddatrys problemau

Problem 1. tymheredd y gwresogydd peiriant gwres delfrydol yn hafal i 2000 K, a thymheredd oergell - 100 ° C. I benderfynu ar y effeithlonrwydd.

ateb:
Mae'r fformiwla sy'n penderfynu effeithlonrwydd peiriant gwres (uchafswm):

n = T ₁ T ₂ / T _1.
N = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

effeithlonrwydd injan - 81%: A.

Problem 2. Mae'r peiriant gwres 200 kJ gwres wedi ei gael drwy losgi tanwydd, ac yn trosglwyddo i oerach 120 gwres kJ. Beth yw effeithlonrwydd y peiriant?

ateb:
Mae'r fformiwla ar gyfer penderfynu ar y effeithlonrwydd yn y ffurflen:

n = Q1 - Ch2 / C1.
n = (2 × 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0.4.

A: Mae effeithlonrwydd thermol yr injan - 40%.

Problem 3. Pa effeithlonrwydd injan gwres, pan fydd y hylif gwaith o'r gwresogydd ar ôl derbyn y swm o wres o 1.6 MJ performed gweithrediad 400 kJ? Beth yw faint o wres ei drosglwyddo i'r oergell?

ateb:
Gellir Effeithlonrwydd yn cael ei benderfynu gan y fformiwla

n = A / C _1.

n = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25.

Gall Drosglwyddir maint gwres oergell yn cael ei benderfynu gan y fformiwla

C ₁ - A = C _2.
C ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0.4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
Mae gan y peiriant gwres effeithlonrwydd o 25%;: A faint o wres trosglwyddo i'r oergell - 1.2 · 10 ⁶ J.