În clasa a VIII-a, am atins deja tema motoarelor termice. Amintiți-vă că un motor termic este un dispozitiv în care energia internă a combustibilului este transformată în energie mecanică.
De exemplu, luați în considerare gazul din cilindrul de sub piston. Evident, pentru a pune pistonul în mișcare, este necesară o diferență de presiune pe ambele părți ale pistonului. La motoarele termice, această diferență se realizează prin creșterea temperaturii gazului. Gazul încălzit are o energie internă suficient de mare și, în expansiune, funcționează.
Ciclul diesel este unul care poate fi folosit pentru a se apropia de motor combustie interna cu aprindere prin scânteie. Pe baza masei pe unitate de gaz pe care o aveți pentru ciclul motorinei, care. De asemenea, pentru o căldură dată. Fostul. și pot fi rescrise ca.
Din Ex. si tu ai. În cele din urmă, coeficientul termic pentru ciclul diesel. Ciclul ideal din Brighton simulează comportamentul unei turbine precum cele utilizate în avioane. Acest ciclu are patru pași reversibili, așa cum se arată în figură. Diagrama turbinei avionului.
Diagrama proceselor reversibile ale ciclului Brighton. În timp ce eficiența ciclului Brighton este dată de. Ciclul de la Brighton este unul care poate fi folosit pentru a aproxima turbina unui avion. Pe baza unității de masă a gazului, avem pentru ciclul Brighton că.
Cu toate acestea, pe măsură ce se extinde, gazul se răcește, pierzându-și energia internă. Desigur, pentru funcționarea normală a motorului, ciclicitate... Adică, după finalizarea lucrării, gazul trebuie readus la starea inițială.
Deci, schema de bază a muncii motor termic este după cum urmează: o anumită cantitate de căldură este transferată de la încălzitor la fluidul de lucru (adică gaz).
Pentru ciclurile Carnot, Otto, Diesel și Brayton, caracteristicile termice au fost determinate începând cu prima lege a termodinamicii și două ecuații fundamentale pentru analiză, cum ar fi: Legea gazelor ideale și legea care descrie procesele adiabatice. Una dintre metode cuantificare comportamentul ciclului termodinamic - pentru a raporta efectul dorit și consumul de energie necesar pentru realizarea acestui efect. Pentru ciclurile termice luate în considerare pentru generare, măsurarea comportamentului acestor cicluri este eficiența termică, care este definită ca relația dintre munca totală primită de ciclu și căldura furnizată ciclului.
Aceasta înseamnă arderea combustibilului, în urma căreia temperatura gazului crește cu sute de grade. Energia internă a gazului crește și, datorită acestuia, efectuează lucrări până când se răcește până la temperatura frigiderului (mediul, de regulă, joacă rolul unui frigider). Evident, gazul nu își poate pierde toată energia internă (decât dacă se răcește până la zero absolut). Prin urmare, o anumită căldură va fi transferată în frigider.
În această lucrare, a fost definită o metodă pentru determinarea caracteristicilor termice ale ciclurilor termodinamice, analizată prin combinarea ecuațiilor care descriu procesele adiabatice cu cele care descriu procesele izoterme. În analiza caracteristicilor termice, plecăm de la faptul că ciclurile termice au două procese adiabatice comune.
Fundamente și aplicații inginerie termodinamică. Termodinamica: o abordare inginerească. Bazele termodinamicii tehnice. Barcelona, \u200b\u200bSpania: University of Barcelona Press. San Luis Potosi, Mexic: Universitatea Autonomă din San Luis Potosi. La Rioja, Spania: Universitatea din La Rioja, Serviciul de publicații.
Următoarele cantități sunt caracteristici importante ale unui motor termic: cantitatea de căldură primită de la încălzitor, temperatura încălzitorului (adică temperatura gazului format), temperatura frigiderului, cantitatea de căldură transferată în frigider și lucru util... Munca utilă este definită ca diferența dintre cantitatea de căldură primită de la încălzitor și cantitatea de căldură dată frigiderului:
De la concepte la aplicații. Profesor la Universitatea Autonomă din statul Hidalgo. Student la Universitatea Autonomă din statul Hidalgo. Estimarea pierderilor datorate ireversibilității în ciclul Stirling este un subiect de interes semnificativ pentru analiza și comportamentul mașinilor termice. Acesta este scopul acestui articol.
Cuvinte cheie: termodinamică și motor Stirling. Studiile și studiile mai multor autori au arătat că ireversibilitatea în ciclul termodinamic este esențială pentru prezicerea comportamentului motoarelor Stirling. În ultimii ani, s-au făcut eforturi pentru a îmbunătăți înțelegerea modului în care pierderea motorului este legată de ireversibilitate. Aceste eforturi au condus la o serie de modele care încorporează ireversibilitatea ciclului pentru analiza și optimizarea mașinii. Cu toate acestea, analizele convenționale bazate pe metodele de entropie sau exergie într-o manieră globală nu arată relația de ireversibilitate cu fenomenul fizic care le provoacă.
Desigur, orice motor este caracterizat de o valoare precum coeficientul acțiune utilă... Pentru un motor termic, eficiența este egală cu raportul dintre lucrările efectuate de motor și cantitatea de căldură primită de la încălzitor:
Modelul prezentat aici leagă direct ireversibilitatea ciclului de turația finală a motorului. Modelul oferă o idee clară a mecanismelor pierderilor și le leagă cantitativ de termenii ireversibilității termodinamice. Acest model permite mecanisme de pierdere mai profunde.
Modelul prezentat este o continuare a lucrărilor anterioare și include efectele ireversibilității interne și externe. Analiza se concentrează pe efectele transferului de căldură datorită diferenței finite de temperatură dintre motor și lămpile de căldură, regenerării imperfecte, turației pistonului și efectului fricțiunii fluidului. Fricțiunea mecanică a pieselor motorului nu este luată în considerare. Această lucrare se extinde pe lucrările anterioare bazate pe predicția analitică a pierderilor de frecare internă a fluidelor din datele reale de funcționare și a ratelor de transfer de căldură la motor de la un focar solar termic.
Dacă înlocuim expresia cu lucrări utile în această ecuație, ne vom asigura că Eficiență termică motorul nu poate fi mai mult de unul (adică nu poate depăși 100%):
Pentru claritate, putem descrie grafic funcționarea unui motor termic.
Analiza motorului Stirling cu ireversibilitate. În plus, frecarea gazului care trece prin regenerator este responsabilă pentru majoritatea pierderilor de frecare. Motorul este analizat folosind un model matematic bazat pe prima lege și a doua lege a termodinamicii pentru procesele de viteză finită. Puterea netă a unui motor Stirling ideal, adică fără pierderi și cu regenerare perfectă, este.
Fiind și diferențele de temperatură finite dintre focarele termice și gaz în procesul de absorbție și eliminare a căldurii. În timp ce rata de absorbție a căldurii va fi. Căldura luată în considerare în ecuația 2 este absorbită numai în timpul procesului 34, deoarece regenerarea este perfectă. Performanța motorului exprimată în ecuația 1 este în mod logic astfel încât, pentru Carnot, pentru un motor care funcționează cu o diferență de temperatură finită în raport cu sursele de căldură, o vom denumi la această performanță în viitor.
Legile termodinamicii fac posibilă calcularea randamentului maxim posibil pentru un motor termic dat. Acest lucru a fost realizat pentru prima dată de omul de știință și inginer Sadi Carnot. Carnot a considerat pe bună dreptate că motorul termic idealizat ar avea eficiența maximă. În acest motor termic, fluidul de lucru era un gaz ideal, iar ciclul consta din două izoterme și doi adiabați:
Dacă motorul are o regenerare imperfectă, acesta trebuie să absoarbă căldură suplimentară din lampa fierbinte pentru a obține aceeași putere netă ca un motor ideal; prin urmare, performanța generală a motorului va fi mai mică și poate fi considerată a fi formată din două condiții, adică Unde: performanță datorită ireversibilității în regenerator: noua rată de căldură absorbită de motor, care este mai mare decât motorul ideal și care este determinată.
În expresia 4, se poate vedea că al doilea termen este adăugat la suma din interiorul cheilor, ceea ce corespunde căldurii suplimentare cerute de regenerator datorită ireversibilității în transferul de căldură în aceeași. Prin urmare, performanța poate fi calculată ca. Într-un motor real, ireversibilitatea nu se limitează numai la cele datorate regenerării, ci și ireversibilității datorită influenței fricțiunii în fluidul de lucru. Ireversibilitatea prin frecare este exprimată ca pierderea de presiune cauzată de fluxul din zona fierbinte în zona rece și invers în fiecare ciclu al motorului.
Astfel, ciclul Carnot descrie lucrul maxim posibil al unui gaz cu pierderi minime de energie. Deci, eficiența maximă posibilă a unui motor termic dat este determinată de raportul dintre diferența dintre temperatura încălzitorului și temperatura frigiderului la temperatura încălzitorului:
În esență, această ireversibilitate corespunde unui fenomen complet diferit de cele care au fost analizate anterior și, prin urmare, se exprimă în productivitate suplimentară. Puterea netă furnizată de un motor de frecare este mai mică decât cea a unui motor fără frecare, după cum urmează.
Faceți acest lucru astfel încât sursele de ireversibilitate să fie identificate în mod clar și independente în evaluarea lor. Unde: Puterea consumată pentru a depăși pierderea de presiune care apare în motor din cauza fricțiunii. Prin urmare, scopul este de a găsi o modalitate de estimare a pierderilor de presiune și, împreună cu aceasta, o metodă de estimare a randamentului, care să ia în considerare ireversibilitatea cauzată de această cauză. Volumul deplasat în fiecare expansiune sau contracție de la un cilindru la altul va fi. Și de aici fluxul volumetric. Revenind la puterea netă: și înlocuind masa, rezultă: Dacă energia reziduală este înlocuită prin depășirea pierderilor și puterea netă în expresia 8, avem.
Trebuie remarcat faptul că scala de temperatură absolută ar trebui utilizată în această ecuație. După cum se poate vedea din formulă, această eficiență nu poate fi mai mult decât unitate, cu excepția cazului în care temperatura frigiderului este egală cu zero absolut. Pe baza tuturor celor de mai sus, putem concluziona următoarele: Eficiența oricărui motor termic nu poate depăși eficiența unui motor termic ideal.
Pierderile de frecare apar în motor, în esență în regenerator, cu pierderi de presiune neglijabile în încălzitor și răcitorul motorului în comparație cu pierderile din regenerator. Din acest motiv, pierderea de presiune a motorului ia în considerare doar limitarea în regenerator. Astfel de pierderi depind de caracteristicile de proiectare ale regeneratorului. Estimarea pierderilor de presiune prin frecare menționate se efectuează prin expresie.
Densitatea lichidului din regenerator este calculată pentru presiunea și temperatura medie din regenerator. Viteza în regenerator poate fi determinată din turația medie a pistonului motorului folosind randamentul expresiei de continuitate. În cele din urmă, este necesar să se stabilească faptul că turația medie a pistonului este determinată de turația motorului și de cursa pistonului, adică. Cu expresiile dezvoltate, este posibil să se estimeze setul de pierderi și ireversibilitate care apar în motor. Figura 3 arată efectul ireversibil al regenerării.
Exemple de rezolvare a problemelor.
Obiectivul 1.Temperatura frigiderului este de 20 ℃. Care trebuie să fie temperatura încălzitorului pentru a putea atinge un randament al motorului termic de 85%?
Obiectivul 2.Motorul cu ardere internă a făcut o muncă utilă egală cu 45 MJ. Dacă eficiența acestui motor este de 55%, atunci câte litri de benzină s-au folosit pentru a finaliza această lucrare? Densitatea benzinei este de 710 kg / m 𝟑.
Pentru acest studiu, este selectat un motor care funcționează între aceleași focare cu o diferență de temperatură de 40 K și un raport de spațiu mort de 0,5, iar eficiența variabilă de regenerare este considerată a fi de la 0 la regenerarea ideală, realizându-se astfel a doua lege a regeneratorului. Din graficul prezentat, putem vedea impactul uriaș pe care îl are regenerarea asupra capacității de a folosi exergia care intră în motor pentru a fi transformat în lucru, se observă cum se reduce eficiența regeneratorului de la 1 la 0,8, productivitatea celei de-a doua legi a regeneratorului scade la 0. comportamentul este menținut în măsura în care eficiența scade, observându-se că la limita regenerării nerezolvate, motorul poate realiza conversia la lucru doar de 20% din lucrarea care ar furniza același motor cu regenerare perfectă.
Motor termic numit dispozitiv capabil să transforme o parte din cantitatea de căldură primită în lucru mecanic. Lucrările mecanice la motoarele termice se efectuează în procesul de expansiune a unei substanțe, care se numește corpul de lucru... Se numește un rezervor de căldură cu o temperatură mai mare care transferă căldura către un motor termic încălzitor, și îndepărtând căldura rămasă pentru a readuce fluidul de lucru la starea inițială - frigider... Motoarele termice cu adevărat existente (motoare cu aburi, motoare cu ardere internă etc.) funcționează în cicluri. Procesul de transfer al căldurii și de conversie a cantității de căldură primite în muncă se repetă periodic.
Cu alte cuvinte, se poate exprima că imperfecțiunea în regenerator distruge un procent ridicat de exergie pe care motorul o poate furniza, iar această distrugere poate ajunge la 80% în absența regenerării. Este clar că se exprimă faptul că în motor, când spațiul mort crește, funcția de regenerator tinde să piardă în greutate în comportamentul general, adică se comportă ca și cum eficiența sa scade. Figura 5 prezintă efectul de ireversibilitate datorat fricțiunii gazului față de rotația motorului.
După cum era de așteptat, pierderea funcționării motorului datorită acestui efect este mult mai puțin importantă decât datorită regenerării; Cu toate acestea, este important să rețineți că pentru motoarele care funcționează la viteze mari, eficiența distrusă de acest efect începe să conteze, ajungând la 10% sau mai mult în funcție de geometria motorului și acest lucru este logic, deoarece pierderea de presiune crește ca o funcție pătrată a vitezei. ... În plus, a fost utilizat un regenerator cu un raport diametru-piston de 0. Analiza motorului Stirling cu ireversibilitate prezentată permite prezicerea performanțelor maxime care pot fi obținute cu un motor care funcționează în aceleași condiții.
Condiții necesare pentru funcționarea unui motor termic ciclic:
1. Prezența unui fluid de lucru (gaz sau abur), care, atunci când este încălzit în timpul arderii combustibilului, se extinde și efectuează lucrări mecanice. Un motor termic periodic nu poate efectua lucrări utile dacă folosește un proces termodinamic deschis. Gazul trebuie să se extindă la o temperatură ridicată T 1 și să se contracte la o T 2 mai mică. Un proces circular (ciclu) este un proces termodinamic închis, în urma căruia sistemul revine la starea sa inițială. Reversibilse numește un proces care poate fi efectuat atât în \u200b\u200bdirecția înainte cât și în sens invers astfel încât, după ce sistemul revine la starea sa inițială, nu rămân modificări cauzate de acest proces în corpurile înconjurătoare.
2. Utilizarea unui proces circular (ciclu).
3. Prezența unui încălzitor și a unui frigider. Un încălzitor este un corp sau mediu cu o temperatură mai mare decât cea a mediului de lucru, iar un frigider este un corp sau mediu cu o temperatură mai mică decât cea a mediului de lucru.
Când motorul termic funcționează, legea de conservare a energiei este îndeplinită
Eficienţă (Eficiența) unui motor termic este raportul dintre munca utilă efectuată de motor și toată energia Î 1 obținut din arderea combustibilului (adică din încălzitor):.
Eficiența unui motor termic este întotdeauna mai mică decât unitatea.
Pentru a determina valoarea maximă posibilă a eficienței unui motor termic, inginerul francez S. Carnot a calculat un ciclu reversibil ideal, format din două izoterme și două adiabate, care ulterior a devenit cunoscut sub numele de ciclul Carnot (în Figura 1-2, expansiune izotermă; 2-3, expansiune adiabatică a unui gaz ideal ; 3-4 - compresie izotermă, 4-1 - compresie adiabatică a gazului Carnot a arătat că eficiența unui astfel de ciclu nu depinde de proiectarea motorului termic și este determinată de formulă, unde T 1 - temperatura încălzitorului, T 2 - frigider. Eficiența chiar și a unui motor termic ideal este întotdeauna mai mică decât unitatea. Dacă temperatura frigiderului este egală cu zero absolut, atunci procesul ciclic degenerează. Este fundamental imposibil să se realizeze că eficiența unui motor termic a fost egală cu unitatea. În motoarele termice reale, eficiența este mai mică decât cea a ciclului Carnot, adică mult mai mică decât unitatea. Pentru a crește eficiența, temperatura încălzitorului este de obicei crescută. Frigiderul este mediul înconjurător.
Biletul numărul 15.
1. Mișcarea unui corp aruncat orizontal. Derivarea formulei pentru traiectoria mișcării, derivarea formulelor pentru timpul de cădere și intervalul de zbor.
Să direcționăm axa coordonatelor OY vertical în jos, alinierea originii coordonatelor cu locul în care a început căderea, atunci suprafața Pământului are o coordonată
În direcția orizontală, nu acționează forțe asupra corpului, astfel încât componenta orizontală a vitezei nu se schimbă. Viteza verticală a corpului schimbă forța gravitațională, adică corpul se mișcă cu o accelerație constantă îndreptată vertical în jos. Viteza corpului în proiecție pe axele selectate se modifică conform legii: Coordonate: Dacă excludem timpul mișcării din aceste ecuații, am obținut ecuația traiectoriei - o ramură a unei parabole.
Corpul cade liber de-a lungul axei y. În momentul căderii - timpul căderii libere este determinat de înălțimea de la care cade corpul.
Viteza corpului în momentul căderii poate fi determinată din legea conservării energiei:
Raza de zbor orizontală a corpului - depinde de înălțimea și viteza inițială a corpului.
Când se deplasează de-a lungul unei traiectorii curbate, viteza este direcționată tangențial către traiectorie.
2. Umiditatea aerului și metodele de determinare a acestuia.
Umiditatea absolută r a aerului se numește o valoare numerică egală cu masa vaporilor de apă conținută în 1 m 3 de aer, adică densitatea vaporilor de apă în aer în condiții date. Umiditatea absolută a aerului este de obicei exprimată în grame pe metru cub.
Dacă vaporii sunt departe de starea de saturație, diferă puțin de gazul ideal, iar ecuația Mendeleev - Clapeyron i se aplică - presiunea parțială a vaporilor de apă la o temperatură constantă este proporțională cu densitatea sa. Presiunea parțială a vaporilor de apă conținută în aer se numește presiunea vaporilor de apă. Pe baza proporționalității dintre p și r în meteorologie, presiunea vaporilor de apă este luată ca umiditate absolută a aerului. Se exprimă de obicei în milimetri de mercur. Umiditatea absolută a aerului nu poate depăși densitatea vaporilor de apă saturați la o temperatură dată (r Dacă cunoașteți doar umiditatea absolută a aerului, nu puteți judeca încă cât de uscat sau de umed este aerul. Pentru a determina gradul de umiditate a aerului, este necesar, de asemenea, să știm dacă vaporii de apă conținuți în aer sunt aproape sau departe de starea de saturație. Prin urmare, pe lângă umiditatea absolută, a fost introdus conceptul de umiditate relativă. Umiditatea relativă j se numește o valoare egală cu raportul dintre umiditatea absolută și densitatea vaporilor de apă saturați la o temperatură dată :. Umiditatea relativă este de obicei exprimată ca procent. În meteorologie, conceptul de umiditate relativă este determinat de formulă Dacă aerul umed este răcit, atunci la o anumită temperatură vaporii de apă din acesta devin saturați și apoi se condensează într-un lichid, formând rouă. Se numește temperatura la care vaporii de apă din aer se satură punct de condensare... La această temperatură, umiditatea absolută a aerului este egală cu densitatea vaporilor saturați, iar umiditatea relativă a aerului este de 100%. Umiditatea aerului este determinată experimental folosind instrumente - higrometre și psihrometre. Un higrometru de păr se bazează pe proprietatea părului degresat de a-și schimba lungimea atunci când umiditatea aerului se schimbă: cu o creștere a umidității, părul este prelungit și, cu o scădere, acesta este scurtat. Higrometrul de condensare este proiectat pentru determinarea directă a punctului de rouă. Dispozitivul său este prezentat (în secțiune) în Fig. Dispozitivul constă dintr-o cameră cilindrică 1 metalică, al cărei perete frontal (baza) 2 este lustruit în oglindă. Un inel metalic lustruit în oglindă 3, realizat din același material ca și camera, este așezat pe corpul camerei în zona bazei sale lustruite. Acest inel este separat de cameră printr-o garnitură termoizolantă 4. Un termometru 5 și un tub 6 sunt introduse în cameră, conectate la un balon de cauciuc dintr-un atomizor 7. Camera este umplută pe jumătate cu un lichid care se evaporă ușor - eter 8. Capătul tubului 6 este scufundat în eter. Prin pomparea aerului în cameră cu ajutorul unui balon de cauciuc, provocăm o evaporare intensă a eterului, în urma căreia pereții camerei sunt foarte răciti. Când temperatura pereților scade la punctul de rouă, vaporii de apă conținuți în aer încep să se condenseze la limita de contact cu pereții camerei și formează roua. Baza lustruită a camerei se încețoșează, în timp ce suprafața inelului lustruit care o închide, care este izolată termic de cameră, rămâne strălucitoare. Acest lucru vă permite să stabiliți cu precizie momentul începerii condensului și, conform indicațiilor unui termometru introdus în cameră, să determinați punctul de rouă. Psihometrul este format din două termometre identice montate pe un suport vertical. Vârful unui termometru este înfășurat în tifon, al cărui capăt este scufundat într-o ceașcă de apă. Datorită fenomenului de capilaritate, apa crește de-a lungul tifonului, astfel tifonul este întotdeauna umed. Vârful celui de-al doilea termometru este uscat. Se învecinează direct cu aerul. Când apa se evaporă din tifon, termometrul umed este răcit și temperatura acestuia devine mai mică decât temperatura aerului. Cu cât este mai mică umiditatea relativă a aerului, cu atât apa se evaporă mai intens din tifon și cu atât mai mare este diferența de temperatură dintre termometrele umede și uscate. Dimpotrivă, odată cu creșterea umidității relative a aerului, evaporarea apei din tifon încetinește și diferența de temperatură dintre termometre scade. La o umiditate de 100%, apa încetează să se evapore cu totul, iar citirile termometrului devin aceleași. În cazurile în care umiditatea relativă este mai mică de 100%, umiditatea relativă a aerului poate fi determinată de diferența de temperatură dintre termometrele uscate și umede folosind tabele psihometrice speciale. Un psihrometru este mult mai precis decât un higrometru de păr.
Se încarcă ...