Mae effeithlonrwydd peiriannau gwres. Mae effeithlonrwydd injan wres - Fformiwla

realiti modern yn gofyn am weithrediad cyffredinol peiriannau gwres. Mae nifer o ymdrechion i eu lle gyda moduron trydan tra'n cael methiant. Mae'r problemau sy'n gysylltiedig â'r casgliad o bŵer mewn systemau ymreolaethol, yn cael eu datrys gyda anhawster mawr.

Still problemau perthnasol o weithgynhyrchu technoleg pŵer batri yn seiliedig ar eu defnydd yn y tymor hir. Nodweddion cyflymder cerbydau trydan yn llawer oddi wrth y rhai mewn ceir, peiriannau tanio mewnol.

Gall y camau cyntaf yn y peiriannau hybrid creu lleihau allyriadau gwenwynig yn sylweddol mewn ardaloedd metropolitan, datrys problemau amgylcheddol.

Hanes Ychydig

Mae'r posibilrwydd o drawsnewid egni o stêm i mewn i egni cinetig wedi bod yn hysbys ers yr hen. 130 CC: Athronydd Geron Aleksandriysky gyflwynwyd i'r tegan stêm gynulleidfa - eolipil. Bywyd llenwi gyda stêm, daeth i cylchdroi dan ddylanwad deillio oddi wrth ei jet. Nid yw'r prototeip o'r tyrbin ager modern ar adeg y cais yn cael ei ganfod.

Am nifer o flynyddoedd a datblygiad athronydd ganrif, ystyriwyd dim ond tegan hwyl. Yn 1629 creodd y Eidalaidd D. Branca tyrbin rhagweithiol. Cyplau a osodwyd yn cynnig y ddisg a ddarperir gyda llafnau.

O'r eiliad honno dechreuodd y datblygiad cyflym o injans stêm.

peiriant gwres

Mae trawsnewid egni mewnol y tanwydd i mewn i egni o gynnig o rannau peiriant a mecanweithiau a ddefnyddir mewn peiriannau gwres.

Prif rannau o beiriannau: gwresogydd (system sy'n derbyn ynni o'r tu allan), y corff sy'n gweithio (yn perfformio effaith fuddiol), oergell.

Mae'r gwresogydd wedi'i gynllunio ar gyfer y hylif sy'n gweithio i gronni digon o stoc o egni mewnol ar gyfer gwaith defnyddiol. Oergell cymryd i ffwrdd egni dros ben.

Gelwir Prif nodwedd effeithlonrwydd yn effeithlonrwydd peiriannau gwres. Mae'r swm yn dangos pa ran o ynni a wariwyd wrth gwresogi y treuliodd i wneud gwaith defnyddiol. Efallai na fydd Po uchaf y effeithlonrwydd, gweithrediad fanteisiol y peiriant, ond mae gwerth hwn yn fwy na 100%.

Cyfrifo effeithlonrwydd

Gadewch gwresogydd ynni a gafwyd yn allanol yn hafal i C _1. Offer corff ymrwymo gwaith A, tra bod y rhoddir oergell ynni oedd C _2.

Yn seiliedig ar y penderfyniad, rydym yn cyfrifo gwerth effeithlonrwydd:

η = A / C _1. Rydym yn cymryd yn ganiataol bod A = C ₁ - Q _2.

Felly effeithlonrwydd y peiriant gwres, y fformiwla sy'n cael ei roi gan η = (C ₁ - Q ₂₎ / C ₁ = 1 - Q ₂ / C _1, yn caniatáu i'r casgliadau canlynol:

• Ni all fod yn fwy na 1 Effeithlonrwydd (neu 100%);
• i wneud y gorau maint hwn mae'n rhaid cynyddu naill ai egni a geir o wresogydd, neu ostyngiad o ynni a roddir oergell;
• cynyddu pŵer gwresogydd sicrhau newid o ansawdd tanwydd;
• lleihau ynni, yn rhoi yr oergell, yn caniatáu i gyflawni'r nodweddion dyluniad y peiriannau.

Mae peiriant gwres delfrydol

Yw creu peiriant o'r fath greu posibl, effeithlonrwydd fyddai ohonynt fod yr uchafswm (yn ddelfrydol - yn hafal i 100%)? Dewch o hyd i'r ateb i'r cwestiwn hwn yn ceisio ffisegydd Ffrangeg a beiriannydd talentog Sadi Carnot. Yn 1824 ei gyfrifiadau damcaniaethol am y prosesau sy'n digwydd yn y nwyon yn cael eu rhyddhau.

Gall y syniad sylfaenol a ymgorfforir yn y peiriant delfrydol yn cael ei ystyried cynnal prosesau cildroadwy gyda nwy delfrydol. Gan ddechrau gyda ehangu'r isothermally nwy ar dymheredd T _1. Mae faint o wres sy'n ofynnol ar gyfer y diben hwn, - Q _1. Wedi nwy heb ehangu gwres (proses adiabatic). Ar ôl cyrraedd y tymheredd T _2, y nwy yn cael ei gywasgu isothermally trwy basio y Q ynni oergell _2. dychwelyd nwy i'w gyflwr gwreiddiol yn cael ei berfformio adiabatically.

Mae effeithlonrwydd injan wres delfrydol Carnot gyda'r union cyfrifiad yw cymhareb y gwahaniaeth tymheredd rhwng y gwresogi ac oeri ddyfais i dymheredd, sydd â gwresogydd. Mae'n edrych fel hyn: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

effeithlonrwydd thermol posibl o'r peiriant, a oedd yn fformiwla wedi y ffurflen: η = 1 - T ₂ / T _1, yn dibynnu yn unig ar werth gwresogydd ac oerach tymheredd ac ni all fod yn fwy na 100%.

Ar ben hynny, y berthynas hon yn un galluogi i brofi y gall effeithlonrwydd peiriannau gwres fod yn hafal i undod dim ond pan fydd yr oergell absoliwt sero tymheredd. Gan fod yn hysbys, y gwerth hwn yn anghyraeddadwy.

cyfrifiadau damcaniaethol Carnot caniatáu i bennu effeithlonrwydd mwyaf o peiriant gwres o unrhyw gynllun.

theorem Carnot profedig fel a ganlyn. peiriant gwres mympwyol o dan unrhyw amgylchiadau yn gallu cael effeithlonrwydd uwch na'r un gwerthoedd o effeithlonrwydd injan wres delfrydol.

Enghraifft o ddatrys problemau

ENGHRAIFFT 1. Pa effeithlonrwydd injan wres delfrydol, pan fydd y tymheredd gwresogydd yn 800 C a ^thymheredd yr oergell 500 ^C isod?

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

ateb:

Trwy ddiffiniad: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Nid ydym yn cael tymheredd yr oergell, ond ΔT = (T ₁ - T _2), felly:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

Ateb: effeithlonrwydd = 46%.

Enghraifft 2. Penderfynu effeithlonrwydd injan gwres ddelfrydol, os o ganlyniad i ynni a gafwyd un kilojoules gwresogydd perfformio gwaith defnyddiol 650 J. Beth yw tymheredd y gwresogydd y peiriant gwres os tymheredd oerydd -. 400 K?

C ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

ateb:

Yn y dasg hon, mae'n gosod thermol, gall effeithlonrwydd yn cael ei gyfrifo gan y fformiwla:

η = A / C _1.

Er mwyn pennu tymheredd y gwresogydd ddefnyddio effeithlonrwydd fformiwla o peiriant gwres ddelfrydol:

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

Perfformio trawsffurfiadau mathemategol, rydym yn cael:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / C _1).

Rydym yn cyfrifiannu:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Ateb: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

amodau gwirioneddol

Injan wres delfrydol cynllunio gyda prosesau delfrydol. Mae'r gwaith yn cael ei berfformio yn unig mewn prosesau isothermal, mae'n cael ei ddiffinio fel yr ardal sy'n ffinio graff cylch Carnot.

Yn wir, er mwyn creu'r amodau ar gyfer llif y newidiadau statws nwy yn y broses, heb sy'n cyd-fynd Ni all newidiadau mewn tymheredd fod. Dim ddeunyddiau o'r fath, a fyddai'n eithrio cyfnewid gwres â'r gwrthrychau o gwmpas. proses adiabatic dod yn amhosibl i gynnal. Yn achos tymheredd nwy cyfnewid gwres, rhaid reidrwydd yn newid.

Mae effeithlonrwydd peiriannau thermol a grëwyd mewn amodau go iawn yn sylweddol wahanol effeithlonrwydd ddelfrydol o beiriannau. Noder bod y llif o brosesau mewn peiriannau go iawn yn digwydd mor gyflym fel na all y amrywiad o'r ynni thermol mewnol sylwedd sy'n gweithio yn y broses o newid ei gyfaint gael iawndal gan mewnlifiad o faint gwres o wresogydd a dychwelyd oerach.

peiriannau gwres Arall

peiriannau Real yn gweithredu ar wahanol gylchoedd:

• cylch Otto proses cyfaint gyson â newid adiabatic, gan greu dolen gaeedig;
• Diesel isobar beicio, adiabatic, isochore, adiabatic;
• tyrbin nwy: proses sy'n digwydd ar wasgedd cyson, adiabatic disodli cau y ddolen.

Nid Creu prosesau cydbwysedd mewn peiriannau real (i ddod â nhw yn agosach at y ddelfryd) mewn technoleg fodern yn bosibl. Effeithlonrwydd o beiriannau gwres yn sylweddol is, hyd yn oed gyda'r un amodau tymheredd ag yn y lleoliad gwres delfrydol.

Ond nid oes angen i ostwng y cyfrifiad rôl effeithlonrwydd fformiwla y cylch Carnot, fel y mae, mae'n dod yn bwynt cyfeirio yn y broses i wella effeithlonrwydd peiriannau go iawn.

Ffyrdd i newid effeithlonrwydd

Trwy cymharu peiriannau gwres delfrydol a gwirioneddol, dylid nodi na all y tymheredd olaf yr oergell fod yn fympwyol. Fel arfer oergell credu yr atmosffer. Er mwyn cymryd y tymheredd yr atmosffer yn gallu cyfrifiadau yn unig yn fras. Mae profiad yn dangos bod y tymheredd oerydd yn y nwy gwacáu mewn peiriannau, fel y mae'n digwydd mewn peiriannau tanio mewnol (talfyrru fel DVS).

DIC - y mwyaf cyffredin yn ein byd o peiriant gwres. peiriant gwres Effeithlonrwydd yn yr achos hwn yn dibynnu ar y tymheredd a grëwyd gan losgi tanwydd. Y gwahaniaeth hanfodol o beiriannau stêm DIC yw'r swyddogaethau gwresogydd ymasiad a'r corff ddyfais gweithredu mewn cymysgedd awyr-danwydd. Llosgi gymysgedd yn creu pwysau ar y rhannau sy'n symud yr injan.

Codi'r tymheredd nwy gwaith yn cael ei gyflawni, yn newid yn sylweddol y nodweddion y tanwydd. Yn anffodus, nid oes modd gwneud heb derfyn. Bydd unrhyw ddeunydd o adeiladu'r siambr hylosgi injan wedi ei bwynt toddi. Mae gwrthiant thermol o ddeunyddiau o'r fath - y nodwedd sylfaenol y peiriant, yn ogystal ag i effeithio'n sylweddol ar y effeithlonrwydd.

effeithlonrwydd Gwerthoedd injan

Os byddwn yn ystyried y tyrbin ager, y tymheredd y gilfach stêm gweithio sy'n gyfwerth â 800 K, ac mae'r nwy gwacáu - 300 K, effeithlonrwydd y peiriant yn hafal i 62%. Mewn gwirionedd, fodd bynnag, y gwerth hwn yn fwy na 40%. Mae'r gostyngiad hwn yn digwydd oherwydd colli gwres yn ystod dai tyrbin gwresogi.

Nid yw gwerth uchaf effeithlonrwydd peiriannau tanio mewnol yn fwy na 44%. Cynyddu gwerth hwn - y cwestiwn y dyfodol agos. Newid priodweddau deunyddiau, tanwydd - mae hon yn broblem y mae cyflogi meddyliau gorau y ddynoliaeth.