Eficiența unui motor termic care funcționează într-un ciclu închis este întotdeauna mai mică decât una. Sarcina ingineriei energiei termice este de a face eficiența cât mai mare posibil, adică de a folosi cât mai mult din căldura primită de la încălzitor pentru a lucra cât mai mult posibil. Cum se poate realiza acest lucru? Pentru prima dată, cel mai perfect proces ciclic, format din izoterme și adiabate, a fost propus de fizicianul și inginerul francez S. Carnot în 1824. 42. Entropie. A doua lege a termodinamicii. Entropia în științele naturii este o măsură a tulburării într-un sistem format din mai multe elemente. În special, în fizica statistică, o măsură a probabilității apariției unei anumite stări macroscopice; în teoria informației, o măsură a incertitudinii unei experiențe (test) care poate avea rezultate diferite și, prin urmare, cantitatea de informații; în știința istorică, pentru explicarea fenomenului istoriei alternative (invarianța și variabilitatea procesului istoric). Entropia în informatică este gradul de incompletitudine, incertitudine a cunoașterii. Conceptul de entropie a fost introdus pentru prima dată de Clausius în termodinamică în 1865 pentru a determina măsura disipării ireversibile a energiei, măsura abaterii unui proces real de la ideal. Definită ca suma încălzirilor reduse, este o funcție de stare și rămâne constantă în timpul proceselor reversibile, în timp ce în procesele nereversibile, schimbarea acesteia este întotdeauna pozitivă. , unde dS este creșterea entropiei; δQ este căldura minimă furnizată sistemului; T este temperatura absolută a procesului; Utilizarea în diverse discipline § Entropia termodinamică este o funcție termodinamică care caracterizează măsurile de tulburare ale sistemului, adică neomogenitatea locației mișcării particulelor sale ale sistemului termodinamic. § Entropia informațională este o măsură a incertitudinii sursei mesajelor, determinată de probabilitățile apariției anumitor simboluri în timpul transmiterii acestora. § Entropie diferențială - entropie pentru distribuții continue § Entropia unui sistem dinamic - în teoria sistemelor dinamice, o măsură a haosului în comportamentul traiectoriilor unui sistem. § Entropia reflexiei - o parte a informațiilor despre un sistem discret care nu este reprodusă atunci când sistemul este reflectat prin totalitatea părților sale. § Entropia în teoria controlului este o măsură a incertitudinii stării sau comportamentului unui sistem în condiții date. Entropia este o funcție a stării sistemului, egală într-un proces de echilibru cu cantitatea de căldură transmisă sistemului sau eliminată din sistem, referită la temperatura termodinamică a sistemului. Entropia este o funcție care stabilește o conexiune între stări macro și micro; singura funcție din fizică care arată direcția proceselor. Entropia este o funcție a stării sistemului, care nu depinde de trecerea de la o stare la alta, ci depinde doar de poziția inițială și finală a sistemului. A doua lege a termodinamicii este un principiu fizic care impune o restricție asupra direcției proceselor de transfer de căldură între corpuri. A doua lege a termodinamicii spune că este imposibil un transfer spontan de căldură de la un corp mai puțin încălzit la un corp mai încălzit. A doua lege a termodinamicii interzice așa-numitele mașini de mișcare perpetuă de al doilea fel, arătând că eficiența nu poate fi egală cu unitatea, deoarece pentru un proces circular temperatura frigiderului nu ar trebui să fie 0. A doua lege a termodinamicii este un postulat care nu poate fi dovedit în cadrul termodinamicii. A fost creat pe baza generalizării faptelor experimentale și a primit numeroase confirmări experimentale. 43. Secțiune transversală eficientă de împrăștiere. Calea liberă medie a moleculelor. Calea liberă medie a moleculelor Să presupunem că toate moleculele, cu excepția celei considerate, sunt nemișcate. Moleculele vor fi considerate sfere cu diametrul d. Coliziunile vor avea loc ori de câte ori centrul unei molecule imobile se află la o distanță mai mică sau egală cu d de linia dreaptă de-a lungul căreia se deplasează centrul moleculei luate în considerare. În timpul coliziunilor, molecula își schimbă direcția de mișcare și apoi se deplasează în linie dreaptă până la următoarea coliziune. Prin urmare, centrul unei molecule în mișcare, datorită coliziunilor, se mișcă de-a lungul unei linii rupte (Fig. 1).
Studiul eficienței motoarelor de ardere internă Coordonator științific: Senior profesor dr... Absolvent: Calangiu Radu Gheorghe. Otto, Lenoir, Diesel etc. Ne-au luat pe toți, ne-au ajutat să evităm o criză majoră, au făcut mai multe revoluții industriale, ne-au ajutat să ne dezvoltăm în toate domeniile; ne-au învățat să zburăm, să călărim pe apă, să călărim, să ne scufundăm în oceane sau să ne ridicăm spre cer!
Motorul diesel are un raport de compresie mai mare, mai mult presiune ridicata cilindru și cuplu mai mare. În schimb, modurile de viteză sunt mai mici. Motorul pe benzină are mai multă putere datorită rpm-urilor mai mari, dar cuplul redus datorită presiunii medii din motor. cilindru inferior.
| Fig. 1 |
Molecula se va ciocni cu toate moleculele imobile ale căror centre sunt situate într-un cilindru rupt cu un diametru de 2d. Într-o secundă, o moleculă parcurge o cale egală cu. Prin urmare, numărul de coliziuni care au loc în acest timp este egal cu numărul de molecule ale căror centre cad în interiorul unui cilindru spart cu o lungime totală și o rază d. Luăm volumul său egal cu volumul cilindrului îndreptat corespunzător, adică egal cu Dacă există n molecule pe unitate de volum de gaz, atunci numărul de coliziuni ale moleculei luate în considerare într-o secundă va fi egal cu
Deoarece eficiența motorului poate fi crescută fie prin creșterea vitezei de funcționare, iar raportul de compresie va obține ieșiri termice mai mari; primul pas în atingerea acestui obiectiv a fost trecerea la un motor. pe injecția de benzină, care menține viteze de funcționare ridicate și oferă, de asemenea, un raport de compresie mai mare, de exemplu motoare diesel... combustibil la niveluri mult mai ridicate; s-au realizat mecanisme de alocare în acest scop. special, care poate funcționa și la viteze mari; motor cu combustie interna.
 | (3.1.2) |
În realitate, toate moleculele se mișcă. Prin urmare, numărul de coliziuni pe secundă va fi oarecum mai mare decât valoarea obținută, deoarece datorită mișcării moleculelor înconjurătoare, molecula considerată ar experimenta un anumit număr de coliziuni chiar dacă ea însăși a rămas nemișcată. eliminat dacă în formula (3.1.2), în loc de viteza medie, prezentăm viteza medie a mișcării relative a moleculei luate în considerare. Într-adevăr, dacă o moleculă incidentă se mișcă cu o viteză relativă medie, atunci molecula cu care se ciocnește se dovedește a fi în repaus, ceea ce a fost presupus la obținerea formulei (3.1.2). Prin urmare, formula (3.1.2) ar trebui să fie scrisă sub forma:
Studiul eficienței unui motor cu ardere internă. O atenție mai mare este acordată motoarelor termice și transmisiilor manuale. Performanță specială - Creșterea continuă a eficienței mecanice a motorului principal și a sistemului de distribuție, rezultând economii semnificative de combustibil.
Rezervele actuale de petrol și energie ale umanității sunt limitate. Atâta timp cât introducerea de noi surse de energie în controlul real asupra combustibililor fosili, o sursă alternativă reală de energie și combustibil este chiar „reducerea consumului de combustibil prin vehicul», Fie că vom arde petrol, gaze și produse petroliere, fie că vom introduce mai întâi biocombustibili, iar apoi hidrogen extras din apă. Suntem neajutorați cu o avalanșă de soluții noi pentru motorizare sau transmisie vehicul. Hibrizii promit o soluție imediată. pe care nu le-au adus deloc se înmulțesc lunar.
Deoarece unghiurile și vitezele și, cu care moleculele se ciocnesc, sunt în mod evident variabile aleatorii independente, media
Luând în considerare ultima egalitate, formula (3.1.4) poate fi rescrisă ca:
Molecula înseamnă cale liberă este distanța medie (notată cu λ) pe care o parcurge o particulă în timpul drumului liber de la o coliziune la alta.
Fiecare nouă apariție declară că este soluția finală, susținând că combustibilul, energia și problemele dăunătoare au fost, de asemenea, rezolvate. Poate că nu este rău că am realizat o diversificare extremă. Acest lucru trădează revoluția tehnologică în care trăim, dar și faptul că avem unele probleme legate de energie. combustibilul și poluarea nu sunt încă rezolvate, necesitând modele noi și noi, brevete, până când găsesc o formă definitivă. Centralele electrice au fost mutate de la nucleare la nucleare, iar centralele fotovoltaice sunt în curs de dezvoltare pentru a genera electricitate curată prin captarea energiei solare și transformarea acesteia direct în energie celulară.
Calea liberă medie a fiecărei molecule este diferită, prin urmare, în teoria cinetică, se introduce conceptul căii libere medii (<λ>). Cantitatea<λ> este o caracteristică a întregului set de molecule de gaz la valori date de presiune și temperatură.
Unde σ este secțiunea eficientă a unei molecule, n este concentrația moleculelor.
Subiect: Fundamentele termodinamicii
Lecția: Cum funcționează un motor termic
Rata de conversie a crescut de la aproximativ 5% la aproximativ 43%. Chiar dacă hibrizii și motoarele electrice trebuie să fie înmulțite, să nu uităm că trebuie încărcate cu energie electrică, care se obține de obicei prin arderea combustibililor fosili, în special a petrolului și a gazelor, în proporția actuală planetară de aproximativ 60%. Ardem ulei în instalații termice mari pentru încălzire, apă caldă menajeră și electricitate pentru uz casnic, stradal, industrial și comercial, iar o parte din această energie este suplimentară și o folosim în vehicule electrice.
Tema ultimei lecții a fost prima lege a termodinamicii, care a stabilit o relație între o anumită cantitate de căldură care a fost transferată unei porțiuni de gaz și munca depusă de acest gaz în timpul expansiunii. Și acum a sosit timpul să spunem că această formulă prezintă interes nu numai pentru unele calcule teoretice, ci și într-o aplicație complet practică, deoarece munca unui gaz nu este altceva decât o lucrare utilă pe care o extragem atunci când folosim motoare termice.
Problema energetică globală nu a fost rezolvată, criza chiar se adâncește. Așa a fost cazul când am electrificat calea ferată pentru trenuri, când am generalizat tramvaie, troleibuze și metrou și brusc am consumat mai multă energie electrică, produsă în principal din petrol. Consumul de petrol a crescut vertiginos, iar prețul său a devenit un salt uriaș. Cel mai rău dintre toate, poluarea și consumul au crescut din cauza creșterilor suplimentare de petrol, petrol și gaze la centralele electrice globale. foarte, foarte neașteptat din cauza creșterii consumului de energie electrică, în principal din arderea speciilor clasificate pe cale de dispariție.
Definiție. Motor termic - un dispozitiv în care energia internă a combustibilului este transformată în lucru mecanic (Fig. 1).
Figura: 1. Diverse exemple de motoare termice (), ()
După cum puteți vedea din figură, motoarele termice sunt orice dispozitive care funcționează conform principiului de mai sus și variază de la un design incredibil de simplu la foarte complex.
Cu toate acestea, aproximativ 40% provin din noi tipuri de biocombustibili, din biomasă, din surse de energie nucleară fosilă și centrale hidroelectrice. În prezent, rutele eoliene, solare, de maree, oceanice, termice, chimice sau de altă natură reprezintă abia aproximativ 1-3% din producția de energie a lumii. Auzim mereu despre eforturile marilor. guvernele lumii le fac să aplice astfel de tehnologii noi, curate și durabile, în special noile parcuri solare și eoliene. Ideea este că aceste creșteri sunt, de asemenea, asociate cu astfel de tehnologii globale, iar o creștere de 40% de 1-2% reprezintă o creștere de 6.
Fără excepție, toate motoarele termice sunt împărțite funcțional în trei componente (a se vedea figura 2):
- Încălzitor
- Corpul de lucru
- Frigider
Figura: 2. Diagrama funcțională a motorului termic ()
Un încălzitor este procesul de ardere a combustibilului, care, atunci când este ars, transferă o cantitate mare de căldură către gaz, încălzindu-l la temperaturi ridicate. Gazul fierbinte, care este un fluid de lucru, datorat creșterii temperaturii și, prin urmare, a presiunii, se extinde, efectuând lucrări. Desigur, deoarece există întotdeauna un transfer de căldură cu carcasa motorului, aerul ambiant etc., lucrarea nu va fi egală numeric cu căldura transferată - o parte din energie se duce la frigider, care, de regulă, este mediul înconjurător.
Din păcate, atât consumul global de energie, cât și producția globală de energie suferă de creșteri anuale semnificative care nu numai că echivalează, dar uneori chiar depășesc rata reală de creștere a surselor moderne de energie regenerabilă, cu atât este necesară o creștere a energiei curate și curate pentru a oferi un înlocuitor real al petrolului , centrale electrice de petrol, gaze și cărbune. Pe scurt, construcția vehiculelor electrice va da o nouă lovitură rezervelor de petrol și gaze, dar nu suntem încă pregătiți pentru asta.
Din fericire, biocombustibilii, biomasa și biomasa au crescut semnificativ în ultima vreme. energie nucleară, reacție de fisiune nucleară. Aceasta, împreună cu centralele hidroelectrice, a reușit să genereze aproximativ 40% din energia reală consumată la scară globală. Doar aproximativ 2-3% din resursele energetice globale sunt produse prin diferite alte metode alternative. Acest lucru nu ar trebui să ne dezarmeze și să abandoneze introducerea centralelor solare și eoliene. Surse alternative le vor lua pe o scară fără precedent, dar ne așteptăm ca energia pe care o furnizează să fie mai consistentă în procente globale, astfel încât să ne putem baza pe ele în termeni reali, altfel riscăm ca toate aceste energii alternative să rămână neutilizate.
Cel mai simplu mod de a vă imagina este un proces care are loc într-un cilindru simplu sub un piston mobil (de exemplu, un cilindru al unui motor cu ardere internă). Bineînțeles, pentru ca motorul să funcționeze și să aibă sens, procesul trebuie să aibă loc ciclic și nu o singură dată. Adică, după fiecare expansiune, gazul trebuie să revină la poziția inițială (Fig. 3).
Programele de combustibil și energie pentru hidrogen, „când încep, când se opresc”, așa că acum nu există timp real care să ne salveze prin ele, deci nu poate exista. prioritate, dar camioanele și autobuzele ar putea fi implementate chiar acum, pentru că erau. a rezolvat parțial problemele de stocare. Cea mai mare problemă cu hidrogenul a dispărut. dar este necesară o cantitate mare de energie pentru a o extrage și mai ales pentru stocarea și umplerea acesteia. Cantitatea uriașă de energie electrică consumată pentru îmbutelierea hidrogenului trebuie să fie în întregime derivată din surse alternative de energie, altfel programele de hidrogen nu vor fi rentabile pentru omenire. Pentru o clipă.
Figura: 3. Un exemplu de funcționare ciclică a unui motor termic ()
Pentru ca gazul să revină la poziția sa inițială, este necesar să se lucreze la el (lucrul forțelor externe). Și întrucât activitatea gazului este egală cu activitatea pe gaz cu semnul opus, pentru ca gazul să efectueze o muncă totală pozitivă pe parcursul întregului ciclu (altfel nu ar avea niciun punct în motor), este necesar ca activitatea forțelor externe să fie mai mică decât activitatea gazului. Adică graficul procesului ciclic în coordonatele P-V ar trebui să arate ca: buclă închisă cu bypass în sensul acelor de ceasornic. În această condiție, activitatea gazului (în secțiunea graficului în care volumul crește) este mai mare decât activitatea pe gaz (în secțiunea în care volumul scade) (Fig. 4).
În prezent, nu merită să înlocuiți parcarea dotată cu motoare termice, s. electrificat și nu numai nerentabil, dar nici măcar posibil. Putem spune asta doar din cauza mașinii clasice, cu motoare termice, în. plină de o criză energetică, producția de automobile și automobile a crescut într-un ritm rapid, dar natural, și au fost vândute și utilizate. Astfel, înțelegem că o flotă de un miliard de mașini nu poate fi înlocuită rapid pentru a o înlocui cu una electrificată.
Chiar dacă am avut timp să descoperim noi câmpuri petroliere, să începem să extragem chiar și cele mai adânci, chiar dacă cele vechi au luat timp să reconstruiască cât mai mult posibil, chiar dacă am forat marinari, riscând să creăm un viitor de noi cutremure și chiar dacă vom trece prin întreaga industrie, vom putea îmbrăca din nou sănătos in, cânepă, bumbac, mătase naturală, lână, un lucru este clar: „mai devreme sau mai târziu petrolul se va epuiza, rezervele de fosile vor fi epuizate”.
Figura: 4. Un exemplu de grafic al procesului care are loc într-un motor termic
Întrucât vorbim despre un anumit mecanism, este imperativ să spunem care este eficiența acestuia.
Definiție. Eficiența (Eficiența) unui motor termic - raportul dintre munca utilă efectuată de fluidul de lucru și cantitatea de căldură transferată în corp de la încălzitor.
Soluții și alternative pentru întreținerea motoarelor termice. Ventilatoarele motorului cu ardere internă nu îl pot abandona cu ușurință. Este prea puternic, compact, dinamic, rapid, puternic, independent. Când motoarele magnetice încep să apară, păcură. energia epuizată care a fost obținută prin arderea petrolului este înlocuită de noi energii nucleare, hidro, solare, eoliene și alte tipuri de energie neconvențională, motoarele electrice au înlocuit arderea internă a transportului public și recent au intrat în lumea mașinilor.
Dacă luăm în considerare conservarea energiei: energia care a părăsit încălzitorul nu dispare nicăieri - o parte din aceasta este luată sub formă de muncă, restul vine la frigider:
Primim:
Aceasta este o expresie pentru eficiența în părți, dacă este necesar să se obțină valoarea eficienței în procente, este necesar să se înmulțească numărul rezultat cu 100. Eficiența în sistemul de măsurare SI este o cantitate adimensională și, după cum se poate observa din formulă, nu poate fi mai mult de una (sau 100).
Deci, avem o mașină care arde hidrogen, dar este alimentată de un motor electric. Motoarele combinate magnetice și electromagnetice abia au început, dar ne oferă o perspectivă plăcută, în special în industria feroviară și aeronautică. Otto, sau motoarele cu ardere internă în general, vor trebui să se adapteze la un combustibil nou, hidrogenul. Se compune dintr-un element de bază, hidrogenul poate fi extras industrial din aproape orice alt element sau combinație prin nucleare, chimice, fotonice, radiații, combustie etc. cel mai ușor, hidrogenul poate fi extras din apă prin descompunerea acestuia în constituenții săi, hidrogen și oxigen; prin arderea hidrogenului, recuperăm apa pe care o transportăm în circuitul său natural fără pierderi sau poluare.
De asemenea, trebuie spus că exprimare dată se numește eficiența reală sau eficiența unui motor termic real (motor termic). Dacă presupunem că reușim cumva să scăpăm complet de defectele din proiectarea motorului, atunci vom obține un motor ideal, iar eficiența acestuia va fi calculată de formula de eficiență motor termic ideal. Această formulă a fost obținută de inginerul francez Sadi Carnot (Fig. 5):
O altă soluție este extragerea hidroxilului lichid din apă. Hidrogenul trebuie depozitat în rezervoare de tip fagure pentru a evita riscul de explozie. Cel mai frumos lucru ar fi dacă am putea sparge apa direct în mașină, caz în care rezervorul va alimenta apa.
Au anunțat unele reușite, de exemplu, având în vedere pierderile de energie impuse de acest proces, am putea compensa prin captarea energiei fotonilor și transformarea ei în electricitate, cea mai mare parte a acesteia putând fi utilizată pentru divizarea apei de hidrogen sau hidroxil. În unele țări, alcoolii sau uleiurile vegetale se formează pentru utilizarea lor corectă. combustibilul nu este o soluție nouă sau o soluție foarte eficientă. Diesel a crezut că primul său motor a fost să funcționeze cu biodiesel, mai precis, cu ulei bio vegetal extras din arahide, dar cu combustibil diesel. apoi a fost în abundență capabil să înlocuiască biocombustibilii în acel moment. acesta este un preț foarte mic.
Se încarcă ...