ธีมของตัวแปลงรหัส USE: หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเครื่องยนต์ความร้อนและความปลอดภัย สิ่งแวดล้อม.
ในระยะสั้น เครื่องทำความร้อน เปลี่ยนความอบอุ่นเป็นการทำงานหรือในทางกลับกันการทำงานให้เป็นความอบอุ่น
เครื่องยนต์ความร้อนมีสองประเภท - ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้น
1. เครื่องยนต์ความร้อน แปลงความร้อนที่มาจากแหล่งภายนอกเป็นงานเชิงกล
2. เครื่องทำความเย็น ถ่ายเทความร้อนจากร่างกายที่ร้อนน้อยกว่าไปยังตัวที่ร้อนกว่าเนื่องจากการทำงานทางกลของแหล่งภายนอก
ลองพิจารณาประเภทของเครื่องยนต์ความร้อนเหล่านี้โดยละเอียด
เครื่องยนต์ความร้อน
เรารู้ว่าการทำงานกับร่างกายเป็นวิธีหนึ่งในการเปลี่ยนพลังงานภายในของมัน: งานที่เสร็จสมบูรณ์เหมือนเดิมจะสลายไปในร่างกายเปลี่ยนเป็นพลังงานของการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค
รูป: 1. เครื่องยนต์ร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ในทางตรงกันข้ามดึงการทำงานที่มีประโยชน์ออกจากพลังงานภายในที่ "วุ่นวาย" ของร่างกาย การประดิษฐ์ เครื่องยนต์ความร้อน เปลี่ยนโฉมหน้าของอารยธรรมมนุษย์อย่างสิ้นเชิง
แผนผังของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้ (รูปที่ 1) มาทำความเข้าใจกันว่าองค์ประกอบของแผนภาพนี้หมายถึงอะไร
ร่างกายทำงาน เครื่องยนต์เป็นแก๊ส มันขยายตัวเคลื่อนลูกสูบและทำงานเชิงกลที่มีประโยชน์
แต่เพื่อบังคับให้ก๊าซขยายตัวการเอาชนะกองกำลังภายนอกจำเป็นต้องให้ความร้อนในอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสิ่งนี้ก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับ เครื่องทำความร้อน - การเผาไหม้เชื้อเพลิง
ในกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงพลังงานที่สำคัญจะถูกปล่อยออกมาซึ่งส่วนหนึ่งใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ก๊าซ ก๊าซได้รับปริมาณความร้อนจากเครื่องทำความร้อน เนื่องจากความร้อนนี้ทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างมีประโยชน์
ทั้งหมดนี้ชัดเจน ตู้เย็นคืออะไรและทำไมถึงต้องการ?
ด้วยการขยายตัวของก๊าซเพียงครั้งเดียวเราสามารถใช้ความร้อนที่เข้ามาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดและเปลี่ยนเป็นการทำงานทั้งหมด ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องขยายก๊าซโดยความร้อนใต้พิภพ: กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ดังที่เราทราบให้เราในกรณีนี้
แต่ไม่มีใครต้องการการขยายเพียงครั้งเดียว เครื่องยนต์ต้องทำงานอยู่ เป็นวัฏจักรให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบซ้ำเป็นระยะ ดังนั้นเมื่อสิ้นสุดการขยายตัวจะต้องบีบอัดก๊าซให้กลับคืนสู่สภาพเดิม
ในกระบวนการขยายตัวก๊าซจะทำงานในเชิงบวก ในกระบวนการบีบอัดงานบวกจะดำเนินการกับก๊าซ (และก๊าซเองก็ทำงานเชิงลบ) เป็นผลให้การทำงานที่มีประโยชน์ของก๊าซต่อรอบ:.
แน่นอนว่าควรมี style \u003d "vertical-align: -20%;" class \u003d "tex" alt \u003d ""\u003eหรือ (มิฉะนั้นจะไม่มีจุดใดในเครื่องยนต์)
การบีบอัดก๊าซเราต้องทำงานน้อยกว่าก๊าซเมื่อขยายตัว
จะทำได้อย่างไร? คำตอบคือการบีบอัดก๊าซที่ความดันต่ำกว่าในระหว่างการขยายตัว กล่าวอีกนัยหนึ่งกระบวนการบีบอัดบนแผนภาพควรดำเนินไป ด้านล่าง กระบวนการขยายตัวนั่นคือวัฏจักรจะต้องผ่านไป ตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 2)
รูป: 2. รอบเครื่องยนต์ร้อน
ตัวอย่างเช่นในวัฏจักรในรูปการทำงานของก๊าซระหว่างการขยายตัวจะเท่ากับพื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมคางหมูโค้ง ในทำนองเดียวกันการทำงานของก๊าซในการบีบอัดจะเท่ากับพื้นที่ของสี่เหลี่ยมคางหมูโค้งที่มีเครื่องหมายลบ เป็นผลให้การทำงานของก๊าซต่อรอบเป็นบวกและเท่ากับพื้นที่ของวัฏจักร
โอเค แต่คุณจะทำให้ก๊าซกลับสู่สภาพเดิมตามเส้นโค้งที่ต่ำกว่าได้อย่างไรเช่นผ่านรัฐที่มีแรงกดดันต่ำกว่า จำไว้ว่าสำหรับปริมาตรที่กำหนดอุณหภูมิยิ่งต่ำความดันก๊าซก็จะยิ่งลดลง ดังนั้นเมื่อบีบอัดก๊าซจะต้องผ่านสถานะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า
นี่คือสิ่งที่ตู้เย็นมีไว้สำหรับ: ถึง เย็น ก๊าซในกระบวนการบีบอัด
บรรยากาศสามารถใช้เป็นตู้เย็น (สำหรับเครื่องยนต์ สันดาปภายใน) หรือน้ำหล่อเย็น (สำหรับกังหันไอน้ำ) เมื่อเย็นลงก๊าซจะระบายความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็น
ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ก๊าซได้รับต่อรอบจะเท่ากับ ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซต่อรอบอยู่ที่ไหน มันมีค่าเท่ากับศูนย์: เนื่องจากก๊าซกลับคืนสู่สถานะเดิม (และพลังงานภายในอย่างที่เราจำได้คือ ฟังก์ชั่นสถานะ). เป็นผลให้การทำงานของก๊าซต่อรอบเท่ากับ:
(1)
อย่างที่คุณเห็น: ไม่สามารถเปลี่ยนความร้อนที่มาจากเครื่องทำความร้อนให้เป็นการทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ส่วนหนึ่งของความร้อนจะต้องมอบให้กับตู้เย็น - เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการนี้เป็นวัฏจักร
ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานของเชื้อเพลิงเผาไหม้เป็นงานเชิงกลคือค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์ เครื่องยนต์ความร้อน
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน คืออัตราส่วนของการทำงานเชิงกลต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:
โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ (1) เรายังมี
(2)
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างที่เราเห็นนั้นน้อยกว่าความสามัคคีเสมอ ตัวอย่างเช่นประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำจะอยู่ที่ประมาณและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในจะอยู่ที่ประมาณ
เครื่องทำความเย็น
ประสบการณ์ในชีวิตประจำวันและการทดลองทางกายภาพบอกเราว่าในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนความร้อนจะถูกถ่ายเทจากร่างกายที่ร้อนกว่าไปยังตัวที่ร้อนน้อยกว่า แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน ไม่เคยสังเกตเห็นกระบวนการที่เกิดจากการถ่ายเทความร้อนพลังงาน โดยธรรมชาติ ผ่านจากร่างกายที่เย็นไปสู่ร่างกายที่ร้อนซึ่งเป็นผลมาจากการที่ร่างกายที่เย็นจะเย็นลงมากยิ่งขึ้นและร่างกายที่ร้อนจะร้อนมากขึ้น
รูป: 3. เครื่องทำความเย็น
คำสำคัญที่นี่คือ "ตามธรรมชาติ" หากคุณใช้แหล่งพลังงานภายนอกก็เป็นไปได้ค่อนข้างมากที่จะดำเนินกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากร่างกายที่เย็นไปสู่ความร้อน นี่คือสิ่งที่ตู้เย็นทำ
รถยนต์.
เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ความร้อนกระบวนการในเครื่องทำความเย็นจะมีทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 3)
ร่างกายทำงาน เรียกอีกอย่างว่าเครื่องทำความเย็น สารทำความเย็น... เพื่อความเรียบง่ายเราจะพิจารณาว่าเป็นก๊าซที่ดูดซับความร้อนระหว่างการขยายตัวและปล่อยออกมาในระหว่างการบีบอัด (ในโรงงานทำความเย็นจริงสารทำความเย็นเป็นสารละลายระเหยที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งใช้ความร้อนระหว่างการระเหยและปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่น)
ตู้เย็น ในเครื่องทำความเย็นนี่คือร่างกายที่เอาความร้อนออก ตู้เย็นจะถ่ายโอนปริมาณความร้อนไปยังของเหลวที่ใช้งานได้ (ก๊าซ) อันเป็นผลมาจากการที่ก๊าซขยายตัว
ในระหว่างการบีบอัดก๊าซจะให้ความร้อนแก่ร่างกายที่ร้อนขึ้น - เครื่องทำความร้อน... เพื่อให้เกิดการถ่ายเทความร้อนก๊าซจะต้องถูกบีบอัดที่อุณหภูมิสูงกว่าในระหว่างการขยายตัว สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากงานที่ทำโดยแหล่งภายนอกเท่านั้น (ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ไฟฟ้า (ในหน่วยทำความเย็นจริงมอเตอร์ไฟฟ้าจะสร้างแรงดันต่ำในเครื่องระเหยซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารทำความเย็นเดือดและรับความร้อนในทางกลับกันในคอนเดนเซอร์มอเตอร์ไฟฟ้าจะสร้างขึ้น ความดันสูงซึ่งสารทำความเย็นจะควบแน่นและให้ความร้อน)) ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องทำความร้อนจึงมากกว่าปริมาณความร้อนที่ได้รับจากตู้เย็นเพียงแค่จำนวน:
ดังนั้นบนแผนภาพวงจรการทำงานของเครื่องทำความเย็นจะไป ทวนเข็มนาฬิกา... พื้นที่ของวงจรคืองานที่ทำโดยแหล่งภายนอก (รูปที่ 4)
รูป: 4. วงจร Chiller
จุดประสงค์หลักของเครื่องทำความเย็นคือการทำให้ถังเย็นลง (เช่นตู้แช่แข็ง) ในกรณีนี้อ่างเก็บน้ำนี้มีบทบาทเป็นตู้เย็นและสภาพแวดล้อมทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความร้อน - ความร้อนที่ออกจากอ่างเก็บน้ำจะกระจายไป
ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็นคือ ค่าสัมประสิทธิ์การทำความเย็นเท่ากับอัตราส่วนของความร้อนที่นำออกจากตู้เย็นต่อการทำงานของแหล่งภายนอก:
ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพสามารถเป็นได้มากกว่าหนึ่ง ในตู้เย็นจริงจะใช้ค่าประมาณ 1 ถึง 3
มีแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจอีกอย่างคือเครื่องทำความเย็นสามารถทำงานเป็น ปั๊มความร้อน... จากนั้นจุดประสงค์ของมันคือเพื่อให้ความร้อนแก่อ่างเก็บน้ำบางแห่ง (เช่นเพื่อให้ความร้อนในห้อง) เนื่องจากความร้อนที่ถูกกำจัดออกจากสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้อ่างเก็บน้ำนี้จะเป็นเครื่องทำความร้อนและสภาพแวดล้อมจะเป็นตู้เย็น
ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนคือ ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนเท่ากับอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังอ่างเก็บน้ำอุ่นกับการทำงานของแหล่งภายนอก:
ค่าสัมประสิทธิ์การทำความร้อนของปั๊มความร้อนจริงมักจะอยู่ในช่วง 3 ถึง 5
เครื่องทำความร้อน Karnot
ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์ความร้อนคือค่าสูงสุดและต่ำสุดของอุณหภูมิของของเหลวทำงานในระหว่างรอบ ค่าเหล่านี้ตั้งชื่อตาม อุณหภูมิเครื่องทำความร้อน และ อุณหภูมิตู้เย็น.
เราได้เห็นแล้วว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นน้อยกว่าความสามัคคีอย่างเคร่งครัด คำถามที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ: อะไรคือประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนที่มีค่าคงที่ของอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนและอุณหภูมิตู้เย็น?
ตัวอย่างเช่นให้อุณหภูมิสูงสุดของของเหลวทำงานของเครื่องยนต์เท่ากันและต่ำสุด - ขีด จำกัด ประสิทธิภาพทางทฤษฎีสำหรับมอเตอร์ดังกล่าวคืออะไร?
คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้รับจากนักฟิสิกส์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot ในปีพ. ศ. 2367
เขาคิดค้นและวิจัยเครื่องยนต์ความร้อนที่ยอดเยี่ยมโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เครื่องนี้ใช้งานได้ วงจร Carnotประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบตสองตัว
พิจารณา วงจรโดยตรง เครื่อง Carnot หมุนตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 5) ในกรณีนี้เครื่องจะทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อน
รูป: 5. วงจร Carnot
ไอโซเทอร์ม ... ที่ไซต์ก๊าซจะถูกนำเข้าสู่การสัมผัสกับความร้อนกับเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิและขยายตัวจากความร้อน ปริมาณความร้อนมาจากเครื่องทำความร้อนและถูกเปลี่ยนเป็นการทำงานในพื้นที่นี้อย่างสมบูรณ์:.
อเดียบัต ... เพื่อวัตถุประสงค์ในการบีบอัดในภายหลังจำเป็นต้องถ่ายโอนก๊าซไปยังโซนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ก๊าซจึงถูกหุ้มฉนวนความร้อนจากนั้นจะขยายตัวแบบอะเดียแบติกที่ไซต์
เมื่อขยายตัวก๊าซจะทำงานในเชิงบวกและด้วยเหตุนี้พลังงานภายในจึงลดลง:
ไอโซเทอร์ม ... ฉนวนกันความร้อนถูกถอดออกก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับตู้เย็นอุณหภูมิ เกิดการบีบอัดไอโซเทอร์มอล ก๊าซให้ความร้อนในตู้เย็นและทำงานเชิงลบ
อเดียบัต ... ส่วนนี้จำเป็นในการทำให้ก๊าซกลับสู่สภาพเดิม ในระหว่างการบีบอัดอะเดียแบติกก๊าซจะทำงานเป็นลบและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเป็นบวก: ก๊าซถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิเดิม
Carnot พบประสิทธิภาพของวงจรนี้ (น่าเสียดายที่การคำนวณเกินกว่าหลักสูตรของโรงเรียน):
(3)
ยิ่งไปกว่านั้นเขาพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า ประสิทธิภาพของวงจร Carnot นั้นสูงที่สุดสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดที่มีอุณหภูมิฮีตเตอร์และอุณหภูมิตู้เย็น .
ดังนั้นในตัวอย่างข้างต้นเรามี:
อะไรคือจุดของการใช้ไอโซเทอร์มและอะเดียแบตไม่ใช่กระบวนการอื่น ๆ ?
ปรากฎว่ากระบวนการไอโซเทอร์มอลและอะเดียแบติกทำให้เครื่องจักรคาร์โนต์ ย้อนกลับได้... สามารถเรียกใช้โดย วนกลับ (ทวนเข็มนาฬิกา) ระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเดียวกันโดยไม่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อื่น ๆ ในกรณีนี้เครื่อง Carnot จะทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความเย็น
ความสามารถในการเรียกใช้เครื่อง Carnot ทั้งสองทิศทางมีบทบาทสำคัญมากในอุณหพลศาสตร์ ตัวอย่างเช่นข้อเท็จจริงนี้ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมในการพิสูจน์ประสิทธิภาพสูงสุดของวงจร Carnot เราจะกลับไปที่สิ่งนี้ในบทความถัดไปที่อุทิศให้กับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
เครื่องยนต์ความร้อนและการปกป้องสิ่งแวดล้อม
เครื่องยนต์ความร้อนก่อให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อม การใช้อย่างแพร่หลายทำให้เกิดผลเสียมากมาย
การกระจายของพลังงานความร้อนจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศทำให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้น สภาพภูมิอากาศร้อนคุกคามที่จะกลายเป็นธารน้ำแข็งละลายและภัยพิบัติร้ายแรง
การสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศซึ่งทำให้การแผ่รังสีความร้อนของโลกเข้าสู่อวกาศช้าลง (ปรากฏการณ์เรือนกระจก) ยังนำไปสู่ภาวะโลกร้อน
เนื่องจากผลิตภัณฑ์เผาไหม้เชื้อเพลิงมีความเข้มข้นสูงสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมจึงแย่ลง
สิ่งเหล่านี้เป็นปัญหาของอารยธรรม เพื่อต่อสู้กับผลกระทบที่เป็นอันตรายจากการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพลดการปล่อยสารพิษพัฒนาเชื้อเพลิงชนิดใหม่และใช้พลังงานอย่างประหยัด
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานงานที่ทำโดยเครื่องยนต์จะเท่ากับ:
ความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนคือความร้อนที่ให้กับตู้เย็น
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออัตราส่วนของงานที่เครื่องยนต์ทำกับปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:
เนื่องจากในเครื่องยนต์ทั้งหมดความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็นในทุกกรณี
ค่าสูงสุด ประสิทธิภาพเชิงความร้อน เครื่องยนต์ Sadi Carnot วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส (1796 1832) ในผลงานของเขา "Reflections on the driving force of fire" (1824) ตั้งเป้าหมาย: ค้นหาว่าภายใต้เงื่อนไขใดที่การทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนจะมีประสิทธิภาพสูงสุดนั่นคือภายใต้เงื่อนไขใดที่เครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพสูงสุด
Carnot มาพร้อมกับเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เขาคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องนี้ที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิและตู้เย็นอุณหภูมิ
ความหมายหลักของสูตรนี้คือตามที่ Carnot พิสูจน์แล้วโดยอาศัยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ว่าจริง ๆ เครื่องยนต์ความร้อนการทำงานกับเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิและเครื่องทำความเย็นอุณหภูมิไม่สามารถมีประสิทธิภาพสูงกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้
สูตร (4.18) ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แสดงว่ายิ่งเครื่องยนต์ฮีตมีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่อุณหภูมิของฮีตเตอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะลดลง เฉพาะที่อุณหภูมิตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์
แต่อุณหภูมิของตู้เย็นไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้มากนัก คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตามวัสดุใด ๆ ( ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อน จำกัด หรือทนความร้อน เมื่อได้รับความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติในการยืดหยุ่นและเพียงพอ อุณหภูมิสูง ละลาย
ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วนการสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่ ดังนั้นสำหรับกังหันไอน้ำอุณหภูมิไอน้ำเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายจะอยู่ที่ประมาณดังนี้: ที่อุณหภูมิเหล่านี้ประสิทธิภาพสูงสุดคือ:
มูลค่าที่แท้จริงของประสิทธิภาพเนื่องจากการสูญเสียพลังงานประเภทต่างๆจะเท่ากับ:
การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนการทำให้เครื่องยนต์เข้าใกล้ค่าสูงสุดเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด
เครื่องยนต์ความร้อนและการอนุรักษ์ธรรมชาติ การใช้เครื่องยนต์ความร้อนอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้พลังงานที่สะดวกสำหรับการใช้งานในระดับสูงสุดเมื่อเปรียบเทียบกับ
กระบวนการผลิตประเภทอื่น ๆ ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์โดยหลักการแล้วการผลิตพลังงานไฟฟ้าและกลจะไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องกำจัดความร้อนจำนวนมากออกสู่สิ่งแวดล้อม สิ่งนี้ไม่สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของอุณหภูมิเฉลี่ยบนโลก ตอนนี้การใช้พลังงานประมาณ 1010 กิโลวัตต์ เมื่อพลังงานนี้ถึงอุณหภูมิเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (ประมาณหนึ่งองศา) อุณหภูมิที่สูงขึ้นอีกอาจคุกคามการละลายของธารน้ำแข็งและระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นอย่างรุนแรง
แต่สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้ผลเสียของการใช้เครื่องยนต์ความร้อนหมดไป เตาของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถยนต์ ฯลฯ ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องสู่สารบรรยากาศที่เป็นอันตรายต่อพืชสัตว์และมนุษย์: สารประกอบกำมะถัน (ในระหว่างการเผาไหม้ของถ่านหิน) ไนโตรเจนออกไซด์ไฮโดรคาร์บอนคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ฯลฯ อันตรายโดยเฉพาะ ในแง่นี้รถยนต์จะแสดงจำนวนที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าตกใจและการทำความสะอาดก๊าซไอเสียเป็นเรื่องยาก ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปัญหาในการกำจัดกากกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายเกิดขึ้น
นอกจากนี้การใช้กังหันไอน้ำในโรงไฟฟ้าจำเป็นต้องมีพื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับบ่อเพื่อระบายไอน้ำเสียเมื่อความจุของโรงไฟฟ้าเพิ่มขึ้นความต้องการน้ำก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปีพ. ศ. 2523 ในประเทศของเราเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้จำเป็นต้องมีเรื่องน้ำนั่นคือประมาณ 35% ของน้ำประปาสำหรับทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจ
ทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงมากมายสำหรับสังคม นอกเหนือจากภารกิจที่สำคัญที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนแล้วจำเป็นต้องดำเนินมาตรการหลายประการเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างที่ป้องกันการปล่อยสารอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ เพื่อให้เกิดการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในเครื่องยนต์รถยนต์ ปัจจุบันยานพาหนะที่มีปริมาณ CO สูงในก๊าซไอเสียไม่ได้รับอนุญาตให้ทำงาน มีการกล่าวถึงความเป็นไปได้ในการสร้างยานยนต์ไฟฟ้าที่สามารถแข่งขันกับรถยนต์ทั่วไปและความเป็นไปได้ในการใช้เชื้อเพลิงโดยไม่มีสารอันตรายในก๊าซไอเสียเช่นในเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนกับออกซิเจนผสมกัน
เพื่อประหยัดพื้นที่และทรัพยากรน้ำขอแนะนำให้สร้างคอมเพล็กซ์ทั้งหมดของโรงไฟฟ้าโดยเฉพาะโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยมีวงจรการจ่ายน้ำแบบปิด
ความพยายามอีกด้านหนึ่งคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพื่อต่อสู้เพื่อการประหยัด
การแก้ปัญหาข้างต้นมีความสำคัญต่อมนุษยชาติ และปัญหาเหล่านี้กับความสำเร็จสูงสุดสามารถ
ได้รับการแก้ไขในสังคมสังคมนิยมด้วยการวางแผนพัฒนาเศรษฐกิจในระดับประเทศ แต่การจัดระเบียบการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมต้องใช้ความพยายามระดับโลก
1. กระบวนการใดที่เรียกว่าเปลี่ยนไม่ได้? 2. อะไรคือกระบวนการที่กลับไม่ได้โดยทั่วไปมากที่สุด? 3. ยกตัวอย่างกระบวนการกลับไม่ได้ที่ไม่ได้กล่าวถึงในข้อความ 4. กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ 5. หากแม่น้ำไหลย้อนกลับการละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานหมายความว่าอย่างไร? 6. อุปกรณ์อะไรเรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อน? 7. อะไรคือบทบาทของเครื่องทำความร้อนตู้เย็นและสื่อการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน? 8. เหตุใดเครื่องยนต์ความร้อนจึงไม่สามารถใช้พลังงานจากมหาสมุทรเป็นแหล่งพลังงานได้? 9. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเรียกว่าอะไร?
10. ค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร?
\u003e\u003e ฟิสิกส์: หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อน
พลังงานสำรองภายในเปลือกโลกและมหาสมุทรสามารถพิจารณาได้ไม่ จำกัด ในทางปฏิบัติ แต่เพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติมันไม่เพียงพอที่จะมีการสำรองพลังงาน นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องสามารถใช้พลังงานเพื่อตั้งค่าในเครื่องมือเครื่องจักรที่เคลื่อนไหวในโรงงานและโรงงานวิธีการขนส่งรถแทรกเตอร์และเครื่องจักรอื่น ๆ หมุนใบพัดของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ฯลฯ มนุษยชาติต้องการมอเตอร์ - อุปกรณ์ที่สามารถทำงานได้ เครื่องยนต์ส่วนใหญ่บนโลกคือ เครื่องยนต์ความร้อน... เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานภายในของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานกล
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนเพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้จำเป็นต้องมีความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของลูกสูบเครื่องยนต์หรือใบพัดเทอร์ไบน์ ในเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดความแตกต่างของแรงดันนี้ทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของของเหลวที่ใช้งาน (ก๊าซ) ขึ้นหลายร้อยหรือหลายพันองศาเมื่อเทียบกับอุณหภูมิโดยรอบ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้
หนึ่งในชิ้นส่วนหลักของเครื่องยนต์คือเรือบรรจุก๊าซที่มีลูกสูบเคลื่อนย้ายได้ ของเหลวที่ใช้งานได้สำหรับเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดคือก๊าซซึ่งจะทำงานระหว่างการขยายตัว ให้เราแสดงอุณหภูมิเริ่มต้นของของเหลวทำงาน (ก๊าซ) ผ่าน ที 1. อุณหภูมิในกังหันไอน้ำหรือเครื่องจักรได้มาจากไอน้ำในหม้อต้มไอน้ำ ในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์เอง อุณหภูมิ ที 1 อุณหภูมิเครื่องทำความร้อน "
บทบาทของตู้เย็นเมื่อทำงานเสร็จแล้วก๊าซจะสูญเสียพลังงานและจะทำให้อุณหภูมิเย็นลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ T 2ซึ่งมักจะสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย พวกเขาโทรหาเธอ อุณหภูมิตู้เย็น... ตู้เย็นเป็นบรรยากาศหรืออุปกรณ์พิเศษสำหรับระบายความร้อนและกลั่นตัวไอของเสีย - ตัวเก็บประจุ... ในกรณีหลังนี้อุณหภูมิของตู้เย็นอาจต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย
ดังนั้นในเครื่องยนต์ของเหลวที่ใช้งานได้ระหว่างการขยายตัวจึงไม่สามารถทุ่มเทพลังงานภายในทั้งหมดให้กับการทำงานได้ ความร้อนส่วนหนึ่งจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็น (บรรยากาศ) อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้พร้อมกับไอเสียหรือก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซ พลังงานภายในส่วนนี้จะสูญเสียไป
เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเนื่องจากพลังงานภายในของของเหลวที่ใช้งานได้ ยิ่งไปกว่านั้นในกระบวนการนี้ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากร่างกายที่ร้อนกว่า (เครื่องทำความร้อน) ไปยังตัวที่เย็นกว่า (ตู้เย็น)
แผนผังของเครื่องยนต์ความร้อนแสดงในรูปที่ 13.11
ร่างกายทำงานของเครื่องยนต์ได้รับปริมาณความร้อนจากเครื่องทำความร้อนระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง คำถามที่ 1ทำงาน ก´และถ่ายโอนปริมาณความร้อนไปยังตู้เย็น คำถาม 2 .
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อนความเป็นไปไม่ได้ของการแปลงพลังงานภายในของก๊าซไปสู่การทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนอย่างสมบูรณ์นั้นเกิดจากกระบวนการในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้ หากความร้อนสามารถย้อนกลับจากตู้เย็นไปยังเครื่องทำความร้อนได้เองพลังงานภายในจะถูกเปลี่ยนเป็นงานที่มีประโยชน์โดยใช้เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ
ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานงานที่ทำโดยเครื่องยนต์จะเท่ากับ:
ที่ไหน คำถามที่ 1 คือปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนและ คำถาม 2 - ปริมาณความร้อนที่ให้กับตู้เย็น
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องยนต์ความร้อนโทรทัศนคติในการทำงาน A´ผลิตโดยเครื่องยนต์ตามปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน:
เนื่องจากเครื่องยนต์ทั้งหมดถ่ายเทความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็นη<1.
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น เมื่อไหร่ ท 1 - ท 2\u003d 0 มอเตอร์ไม่สามารถทำงานได้
ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน กฎของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถคำนวณประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานกับเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิ ที 1และตู้เย็นที่มีอุณหภูมิ T 2... เป็นครั้งแรกที่วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot (1796-1832) ทำในงานของเขา "ภาพสะท้อนของแรงผลักดันจากไฟและเครื่องจักรที่สามารถพัฒนาพลังนี้ได้" (1824)
Carnot มาพร้อมกับเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติโดยมีก๊าซในอุดมคติเป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติของ Carnot ทำงานเป็นวงจรประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบตสองตัว ขั้นแรกให้เรือที่มีก๊าซสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนก๊าซจะขยายตัวจากความร้อนทำงานในเชิงบวกที่อุณหภูมิ ท 1, ในขณะที่เขาได้รับปริมาณความร้อน คำถามที่ 1.
จากนั้นภาชนะจะถูกหุ้มด้วยฉนวนความร้อนก๊าซยังคงขยายตัวแบบอะเดียแบติกในขณะที่อุณหภูมิลดลงถึงอุณหภูมิของตู้เย็น T 2... หลังจากนั้นก๊าซจะสัมผัสกับตู้เย็นในระหว่างการบีบอัดความร้อนอุณหภูมิจะทำให้ตู้เย็นมีปริมาณความร้อน คำถาม 2หดตัวกับปริมาณ วี 4
Carnot ได้รับการแสดงออกต่อไปนี้สำหรับประสิทธิภาพของเครื่องนี้:
อย่างที่คุณคาดหวังประสิทธิภาพของเครื่อง Carnot นั้นแปรผันตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิที่แน่นอนระหว่างเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น
ความหมายหลักของสูตรนี้คือเครื่องทำความร้อนจริงที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนที่มีอุณหภูมิ ท 1, และตู้เย็นที่มีอุณหภูมิ T 2ไม่สามารถมีประสิทธิภาพที่เกินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้
สูตร (13.19) ให้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีสำหรับค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน แสดงให้เห็นว่ายิ่งอุณหภูมิของฮีตเตอร์สูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นก็จะยิ่งลดลงเครื่องยนต์ความร้อนก็จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น เฉพาะที่อุณหภูมิตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์ η
=1.
แต่อุณหภูมิของตู้เย็นในทางปฏิบัติไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้ คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตามวัสดุใด ๆ (ของแข็ง) มีความต้านทานความร้อน จำกัด หรือทนความร้อนได้ เมื่อได้รับความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติในการยืดหยุ่นและที่อุณหภูมิสูงเพียงพอจะละลาย
ตอนนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วนการสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพยังคงมีอยู่มากที่นี่ ดังนั้นสำหรับกังหันไอน้ำอุณหภูมิของไอน้ำเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายจะอยู่ที่ประมาณดังนี้: ที 1≈800 K และ T 2≈300 K. ที่อุณหภูมิเหล่านี้ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพคือ:
การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนและการนำเข้าใกล้ค่าสูงสุดเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด
เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเนื่องจากความแตกต่างของความดันก๊าซบนพื้นผิวของลูกสูบหรือใบพัดกังหัน ความแตกต่างของความดันนี้เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้นั้นแปรผันตามความแตกต่างของอุณหภูมินี้และแปรผกผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีตู้เย็นซึ่งโดยปกติจะเป็นบรรยากาศ
???
1. อุปกรณ์อะไรเรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อน?
2. ฮีตเตอร์ตู้เย็นและของเหลวทำงานในเครื่องยนต์ความร้อนมีบทบาทอย่างไร?
3. อะไรที่เรียกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์?
4. ค่าสูงสุดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร?
G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky, ฟิสิกส์เกรด 10
เนื้อหาบทเรียน โครงร่างบทเรียน สนับสนุนกรอบการนำเสนอบทเรียนวิธีเร่งเทคโนโลยีแบบโต้ตอบ การปฏิบัติ งานและแบบฝึกหัดการฝึกอบรมการทดสอบตนเองการฝึกอบรมกรณีและปัญหาการอภิปรายการบ้านคำถามเกี่ยวกับวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียงคลิปวิดีโอและมัลติมีเดีย ภาพถ่ายรูปภาพแผนภูมิตารางโครงร่างอารมณ์ขันเรื่องตลกความสนุกคำอุปมาการ์ตูนคำพูดปริศนาอักษรไขว้คำพูด อาหารเสริม บทคัดย่อ บทความเคล็ดลับสำหรับหนังสือเรียนรู้คำศัพท์พื้นฐานและคำศัพท์เพิ่มเติมอื่น ๆ การปรับปรุงตำราและบทเรียน แก้ไขข้อบกพร่องในบทช่วยสอน การอัปเดตส่วนหนึ่งในองค์ประกอบของตำราเรียนของนวัตกรรมในบทเรียนแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบ แผนปฏิทินสำหรับปีคำแนะนำระเบียบวิธีของโปรแกรมการสนทนา บทเรียนแบบบูรณาการหากคุณมีการแก้ไขหรือข้อเสนอแนะสำหรับบทเรียนนี้
การทำงานของเครื่องจักรหลายประเภทมีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญเช่นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ทุกๆปีวิศวกรพยายามสร้างสรรค์เทคโนโลยีขั้นสูงขึ้นซึ่งการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลงจะให้ผลสูงสุดจากการใช้งาน
อุปกรณ์เครื่องยนต์ความร้อน
ก่อนที่จะเข้าใจว่ามันคืออะไรคุณต้องเข้าใจว่ากลไกนี้ทำงานอย่างไร โดยไม่ทราบหลักการของการกระทำจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะหาสาระสำคัญของตัวบ่งชี้นี้ เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานโดยใช้พลังงานภายใน เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ที่เปลี่ยนเป็นเครื่องจักรกลจะใช้การขยายตัวทางความร้อนของสารที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในเครื่องยนต์โซลิดสเตตไม่เพียง แต่เปลี่ยนปริมาตรของสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปร่างของร่างกายด้วย การทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวอยู่ภายใต้กฎของอุณหพลศาสตร์
หลักการทำงาน
เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนจำเป็นต้องพิจารณาพื้นฐานของการออกแบบ เพื่อให้อุปกรณ์ทำงานได้จำเป็นต้องมีสองตัว: ร้อน (เครื่องทำความร้อน) และเย็น (ตู้เย็นตัวทำความเย็น) หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน (ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน) ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์ บ่อยครั้งคอนเดนเซอร์ไอน้ำทำหน้าที่เป็นตู้เย็นและเชื้อเพลิงประเภทใดก็ตามที่เผาไหม้ในเตาเผาจะเป็นเครื่องทำความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติพบได้จากสูตรต่อไปนี้:
ประสิทธิภาพ \u003d (เครื่องทำความร้อน - ความเย็น) / เครื่องทำความร้อน x 100%
ในกรณีนี้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริงจะต้องไม่เกินค่าที่ได้รับตามสูตรนี้ นอกจากนี้ตัวบ่งชี้นี้จะไม่เกินค่าข้างต้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพส่วนใหญ่อุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนจะเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นจะลดลง กระบวนการทั้งสองนี้จะถูก จำกัด โดยสภาพการใช้งานจริงของอุปกรณ์
ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนงานจะเสร็จสิ้นเนื่องจากก๊าซเริ่มสูญเสียพลังงานและเย็นลงจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง ระยะหลังมักจะสูงกว่าบรรยากาศโดยรอบหลายองศา นี่คืออุณหภูมิของตู้เย็น อุปกรณ์พิเศษดังกล่าวได้รับการออกแบบมาเพื่อระบายความร้อนตามด้วยการควบแน่นของไอน้ำเสีย ในกรณีที่มีตัวเก็บประจุอุณหภูมิของตู้เย็นบางครั้งจะต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบ
ในเครื่องยนต์ความร้อนร่างกายเมื่อได้รับความร้อนและขยายตัวจะไม่สามารถละทิ้งพลังงานภายในทั้งหมดไปทำงานได้ ความร้อนบางส่วนจะถูกถ่ายเทไปยังตู้เย็นพร้อมกับไอน้ำ ส่วนนี้ของความร้อนจะสูญเสียไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงของเหลวที่ใช้งานได้รับความร้อนจำนวนหนึ่ง Q 1 จากเครื่องทำความร้อน ในขณะเดียวกันก็ยังคงทำงาน A ในระหว่างที่มันถ่ายโอนพลังงานความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็น: Q 2 ประสิทธิภาพแสดงถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์ในการแปลงและส่งกำลัง ตัวบ่งชี้นี้มักวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ สูตรประสิทธิภาพ: η * A / Qx100% โดยที่ Q ใช้พลังงานไป A คืองานที่มีประโยชน์ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานเราสามารถสรุปได้ว่าประสิทธิภาพจะน้อยกว่าเอกภาพเสมอ กล่าวอีกนัยหนึ่งจะไม่มีงานที่มีประโยชน์มากไปกว่าพลังงานที่ใช้ไป ประสิทธิภาพของมอเตอร์คืออัตราส่วนของการทำงานที่มีประโยชน์ต่อพลังงานที่ฮีตเตอร์จ่ายให้ สามารถแสดงในรูปแบบของสูตรนี้: η \u003d (Q 1 -Q 2) / Q 1 โดยที่ Q 1 คือความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์และ Q 2 จะถูกส่งไปยังตู้เย็น งานที่ทำโดยเครื่องยนต์ความร้อนคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้: ก \u003d | Q H | - | Q X | โดยที่ A ทำงาน Q H คือปริมาณความร้อนที่ได้รับจากฮีตเตอร์ Q X คือปริมาณความร้อนที่ให้กับตัวทำความเย็น | Q H | - | Q X |) / | Q H | \u003d 1 - | Q X | / | Q H | มันเท่ากับอัตราส่วนของงานที่เครื่องยนต์ทำต่อปริมาณความร้อนที่ได้รับ พลังงานความร้อนส่วนหนึ่งจะสูญเสียไประหว่างการถ่ายเทนี้ ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อนพบได้ในอุปกรณ์ Carnot นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในระบบนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน (Tn) และตัวทำความเย็น (Tx) เท่านั้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานจะพิจารณาจากสูตรต่อไปนี้: (Тн - Тх) / Тн \u003d - Тх - Тн ปัจจุบันมีเครื่องยนต์ความร้อนหลายประเภทที่ทำงานบนหลักการที่แตกต่างกันและใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน พวกเขาทั้งหมดมีประสิทธิภาพในตัวเอง ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้: เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ลูกสูบ) ซึ่งเป็นกลไกที่ส่วนหนึ่งของพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงเผาไหม้จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานกล อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเป็นก๊าซและของเหลว ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเครื่องยนต์ 2 และ 4 จังหวะ พวกเขาอาจมีรอบหน้าที่ต่อเนื่อง ตามวิธีการเตรียมส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดังกล่าว ได้แก่ คาร์บูเรเตอร์ (ที่มีส่วนผสมภายนอก) และดีเซล (ภายใน) ตามประเภทของตัวแปลงพลังงานจะแบ่งออกเป็นลูกสูบเจ็ทกังหันรวมกัน ประสิทธิภาพของเครื่องดังกล่าวไม่เกิน 0.5 เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นอุปกรณ์ที่ของเหลวที่ใช้งานได้อยู่ในพื้นที่ จำกัด เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกชนิดหนึ่ง หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการระบายความร้อน / ความร้อนของร่างกายเป็นระยะพร้อมกับการรับพลังงานเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เครื่องยนต์เทอร์ไบน์ (โรตารี่) พร้อมการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายนอก การติดตั้งดังกล่าวส่วนใหญ่มักพบในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน เครื่องยนต์สันดาปภายในเทอร์ไบน์ (โรตารี่) ถูกใช้ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในโหมดสูงสุด ไม่ธรรมดาเหมือนที่อื่น ๆ เครื่องยนต์ turboprop เนื่องจากสกรูทำให้เกิดแรงขับบางส่วน ส่วนที่เหลือเขาได้รับจากก๊าซไอเสีย การออกแบบเป็นเครื่องยนต์โรตารี่ที่เพลาซึ่งติดตั้งใบพัดอากาศ จรวดเทอร์โบเจ็ทและแรงขับเนื่องจากการไหลกลับของก๊าซไอเสีย เครื่องยนต์โซลิดสเตทใช้ตัวถังแข็งเป็นเชื้อเพลิง เมื่อทำงานไม่ใช่ระดับเสียงที่เปลี่ยนแปลง แต่เป็นรูปร่าง เมื่อใช้งานอุปกรณ์จะใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิเล็กน้อยมาก เป็นไปได้หรือไม่ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน? ต้องหาคำตอบในอุณหพลศาสตร์ เธอศึกษาการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานประเภทต่างๆ เป็นที่ยอมรับว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนพลังงานความร้อนที่มีอยู่ทั้งหมดเป็นไฟฟ้าเครื่องกล ฯลฯ ในขณะเดียวกันการเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนจะเกิดขึ้นโดยไม่มีข้อ จำกัด สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากธรรมชาติของพลังงานความร้อนขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ไม่เป็นระเบียบ (วุ่นวาย) ยิ่งร่างกายร้อนขึ้นเท่าใดโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบของมันก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะยิ่งผิดปกติมากขึ้น นอกจากนี้ทุกคนก็รู้ดีว่าคำสั่งนั้นอาจกลายเป็นความโกลาหลได้อย่างง่ายดายซึ่งเป็นเรื่องยากมากที่จะสั่งการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน
เครื่องยนต์ Carnot
กฎของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถคำนวณประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ เป็นครั้งแรกที่ตัวบ่งชี้นี้คำนวณโดย Sadi Carnot นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส เขาประดิษฐ์เครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานกับก๊าซในอุดมคติ ทำงานในวงจรของ 2 ไอโซเทอร์มและ 2 อะเดียแบต หลักการของการทำงานนั้นค่อนข้างง่าย: หน้าสัมผัสของเครื่องทำความร้อนจะถูกนำไปที่เรือด้วยก๊าซซึ่งเป็นผลมาจากการที่ของเหลวที่ใช้งานได้ขยายตัวในระดับความร้อน ในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่และรับความร้อนจำนวนหนึ่ง จากนั้นเรือจะถูกหุ้มฉนวน อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ก๊าซยังคงขยายตัว แต่อยู่แล้วในเชิงอะเดียแบติก (โดยไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม) ในเวลานี้อุณหภูมิจะลดลงถึงตู้เย็น ในขณะนี้ก๊าซสัมผัสกับตู้เย็นซึ่งเป็นผลมาจากการให้ความร้อนจำนวนหนึ่งระหว่างการบีบอัดแบบสามมิติ จากนั้นเรือจะหุ้มฉนวนอีกครั้ง ในกรณีนี้ก๊าซจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกตามปริมาตรและสถานะเดิมพันธุ์
เครื่องยนต์ความร้อนประเภทอื่น ๆ
คุณจะปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างไร
กำลังโหลด ...