העבודה של סוגים רבים של מכונות מאופיין על ידיאינדיקטור חשוב, כמו היעילות של מנוע חום. מהנדסים בכל שנה שואפים ליצור טכניקה מתקדמת יותר, אשר בעלויות דלק נמוך ייתן את התוצאה המקסימלית של השימוש בו.

התקן של המנוע התרמי

יעילות מנוע תרמית

לפני שאתם מבינים מהי היעילות(מקדם היעילות), יש צורך להבין כיצד פועל מנגנון זה. ללא ידיעת עקרונות פעולתו, לא ניתן להבהיר את מהות המדד. מנוע תרמי הוא מכשיר שעובד באמצעות אנרגיה פנימית. כל מכונה תרמית הממירה אנרגיה תרמית לאנרגיה מכנית משתמשת בהתפשטות תרמית של חומרים ככל שהטמפרטורה עולה. ב-מצב מוצק מנועי, זה אפשרי לא רק כדי לשנות את נפח החומר, אלא גם את צורת הגוף. פעולתו של מנוע זה כפופה לחוקי התרמודינמיקה.

עקרון התפקוד

כדי להבין איך תרמיתמנוע, אתה צריך לשקול את היסודות של העיצוב שלה. שני גופים הדרושים לתפקוד של המכשיר: חם (תנור) וקר (מקרר, קריר). העיקרון של הפעולה של מנועי תרמית (יעילות של מנועי תרמית) תלוי בסוג שלהם. לעתים קרובות קונדנסר הוא קונדנסר של קיטור, תנור הוא כל סוג של שריפת דלק בכבשן. היעילות של מנוע חום אידיאלי ניתנת על ידי הנוסחה הבאה:

יעילות = (חימום - קירור) / חימום. x 100%.

יחד עם זאת, היעילות של מנוע אמיתי הוא לעולםיכול לחרוג מהערכים המתקבלים לפי נוסחה זו. כמו כן, נתון זה לעולם לא יעלה על הערך הנ"ל. כדי להגביר את היעילות, לעתים קרובות להגדיל את הטמפרטורה של החימום ולהפחית את הטמפרטורה של המקרר. שני התהליכים הללו יהיו מוגבלים על ידי תנאי ההפעלה בפועל של הציוד.

יעילות מנוע תרמי (נוסחה)

יעילות מנוע תרמי (נוסחה)

כאשר מנוע תרמי פועלהעבודה מתבצעת, כמו גז מתחיל לאבד אנרגיה הוא מקורר לטמפרטורה מסוימת. האחרון, ככלל, הוא כמה מעלות גבוה יותר מאשר באווירה הסובבת. זוהי הטמפרטורה של המקרר. התקן מיוחד זה נועד לקירור עם עיבוי שלאחר מכן של קיטור פליטה. כאשר יש מעבים, הטמפרטורה של המקרר היא לפעמים נמוכה יותר מאשר טמפרטורת הסביבה.

במנוע החום הגוף מתחמםהרחבה אינה מסוגלת לתת את כל האנרגיה הפנימית שלה כדי להשיג עבודה. חלק מהחום יועבר למקרר יחד עם פליטות גזים או קיטור. חלק זה של אנרגיה פנימית תרמית הוא איבד בהכרח. גוף העבודה, בעת דחיסת הדלק, מקבל מן החימום כמות מסוימת של חום ש1. יחד עם זאת, הוא עדיין עובד א ', שבמהלכו הוא מעביר חלק המקרר של אנרגיה תרמית: ש21.

היעילות מאפיינת את היעילות של המנוע בתחום של המרת אנרגיה ותמסורת. מדד זה נמדד לעתים קרובות באחוזים. נוסחת יעילות:

η * A / Qx100%, היכן ש - הגדילו אנרגיה, ו - יצירה שימושית.

בהנחיית חוק שימור האנרגיה, אנו יכולים להסיק כי היעילות תמיד תהיה פחות מאחדות. במילים אחרות, עבודה מועילה לעולם לא תהיה יותר מאשר אנרגיה שהוצאה על זה.

יעילות המנוע היא היחס בין העבודה השימונית לאנרגיה המדווחת על ידי החימום. זה יכול להיות מיוצג בצורה של הנוסחה הבאה:

η = (Q1-Q2) / ש1, שם Q1 - החום שהתקבל מהתנור, ו - Q2 - נתון למקרר.

פעולת מנוע חום

היעילות של מנוע חום אידיאלי

העבודה על ידי מנוע חום מחושב על ידי הנוסחה הבאה:

A = | Qח| - שX|, איפה A היא העבודה, שח - כמות החום המתקבלת מהתנור, QX - כמות החום שניתן למקרר.

היעילות של מנוע חום (נוסחה):

שח| - שX|) | |ח| = 1 - | שX/ | שח|

זה שווה את היחס בין העבודה נעשה על ידי המנוע לכמות החום קיבל. חלק מאנרגיית החום בתמסורת זו אבד.

מנוע קארנוט

היעילות המקסימלית של מנוע החום הוא ציין בהתקן קרנוט. זאת בשל העובדה כי במערכת זו זה תלוי רק את הטמפרטורה המוחלטת של תנור (Tn) ו מצנן (Tx). היעילות של מנוע חום הפועל במחזור קרנו נקבעת על פי הנוסחה הבאה:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

יעילות מרבית של מנוע חום
חוקי התרמודינמיקה אפשרו לחשביעילות מקסימלית, וזה אפשרי. בפעם הראשונה חושבה דמות זו על ידי המדען הצרפתי ומהנדס סאדי קרנו. הוא הגיע עם מנוע חום שפעל על גז אידיאלי. הוא פועל על מחזור של 2 איזותרמות ו 2 adiabats. העיקרון של פעולתו הוא פשוט למדי: מגע עם תנור נעשה עם מגע החימום, כך המדיום עובד מתרחב isothermally. בעשותו כן, הוא פועל ומקבל כמות מסוימת של חום. לאחר כלי שיט מבודד. למרות זאת, הגז ממשיך להתרחב, אבל כבר adiabatically (ללא חילופי חום עם הסביבה). בשלב זה, הטמפרטורה שלו נופל אל המקרר. בשלב זה, הגז הקשר הקבל, אשר נותן לו כמות מסוימת של חום תחת דחיסה איזומטרי. ואז כלי שוב מבודד. הגז הוא דחוס adiabatically לנפח המקורי המדינה.

זנים

כיום, ישנם סוגים רבים של מנועי חום הפועלים על עקרונות שונים ועל דלקים שונים. לכולם יש יעילות משלהם. אלה כוללים את הדברים הבאים:

• מנוע בעירה פנימית (בוכנה),שהוא מנגנון שבו חלק מהאנרגיה הכימית של דלק הבעירה עובר לאנרגיה מכנית. מכשירים כאלה יכולים להיות גז נוזלי. להפריד בין 2-4 ו מנועי שבץ. הם יכולים להיות מחזור עבודה מתמשך. על ידי השיטה של ​​הכנת תערובת של דלק, מנועים כאלה הם carburettor (עם היווצרות תערובת חיצונית) ודיזל (עם פנימי). לפי סוגי ממיר האנרגיה הם מחולקים בוכנה, תגובתי, טורבינה, בשילוב. היעילות של מכונות כאלה אינה עולה על 0.5.

• מנוע סטירלינג הוא התקן שבו עובדהגוף נמצא בחלל סגור. זהו סוג של מנוע בעירה חיצוני. העיקרון של פעולתו מבוסס על קירור / חימום תקופתיים של הגוף עם ייצור אנרגיה עקב שינוי בנפח. זהו אחד המנועים היעילים ביותר.

• מנוע טורבינה (רוטרי) עם שריפה חיצונית של דלק. מתקנים כאלה נמצאים לרוב במפעלי כוח תרמיים.

• טורבינה (רוטרי) ICE משמש בתחנות כוח תרמיות במצב שיא. לא נפוץ כמו אחרים.

• מנוע המונע על ידי טורבינותחלק מהדחף. את השאר הוא מקבל בגלל גזי פליטה. העיצוב שלה הוא מנוע סיבובית (טורבינת גז), על פיר שממנו בורג האוויר מותקן.

סוגים אחרים של מנועי תרמית

• מנועי טילים, מנועי סילון ומנוע סילון, אשר מקבלים מתיחה דרך החזרת גזי פליטה.

• מנועי מצב מוצק משתמשים בדלק מוצק. כאשר עובדים, לא נפח שלה משתנה, אבל את הצורה. בעת הפעלת הציוד, נעשה שימוש בטיפת טמפרטורה קטנה ביותר.

העיקרון של הפעולה של מנועי תרמית (יעילות של מנועי תרמית)

כיצד לשפר את היעילות

האם ניתן להגדיל את היעילות של מנוע חום? יש לחפש את התשובה בתרמודינמיקה. היא בוחנת את התמורות ההדדיות של סוגים שונים של אנרגיה. היא קבעה כי אי אפשר להמיר את כל האנרגיה התרמית זמינה לתוך חשמל, מכני, וכו 'באותו הזמן, שלהם טרנספורמציה לאנרגיה תרמית מתרחש ללא כל הגבלות. זה אפשרי בשל העובדה כי טבעו של אנרגיה תרמית מבוסס על תנועה (כאוטי) מופרע של חלקיקים.

היעילות של מנוע תרמי הפועל על פי עקרון קרנו

יותר מחומם את הגוף, מהר יותר יהיהלהזיז את המולקולות המרכיבות אותה. תנועת החלקיקים תהפוך אף יותר לא יציבה. יחד עם זאת, כולם יודעים כי הסדר יכול בקלות להפוך לתוהו ובוהו, וזה מאוד קשה לסדר.

</ p>