USE kodifitseerija teemad: termomootorite tööpõhimõtted, soojusmootori kasutegur, termomootorid ja keskkonnakaitse.

Lühidalt, termomasinad muundada soojust tööks või vastupidi, töö soojuseks.
Soojusmasinaid on kahte tüüpi – olenevalt neis toimuvate protsesside suunast.

1. Soojusmootorid muundada välisest allikast saadava soojuse mehaaniliseks tööks.

2. Külmutusmasinad välise allika mehaanilise töö tõttu edastavad soojust vähem kuumutatud kehalt kuumemale.

Mõelge seda tüüpi soojusmootoritele üksikasjalikumalt.

Soojusmootorid

Teame, et keha kallal töö tegemine on üks viise muuta selle sisemist energiat: tehtud töö justkui lahustub kehas, muutudes kaootilise liikumise ja selle osakeste vastasmõju energiaks.

Riis. 1. Soojusmootor

Soojusmasin on seade, mis, vastupidi, ammutab kasulikku tööd keha "kaootilisest" siseenergiast. Soojusmasina leiutamine muutis radikaalselt inimtsivilisatsiooni palet.

Soojusmasina skemaatiline diagramm on kujutatud järgmiselt (joonis 1). Mõistame, mida selle skeemi elemendid tähendavad.

töötav keha mootor on gaas. See paisub, liigutab kolvi ja teeb seeläbi kasulikku mehaanilist tööd.

Kuid selleks, et sundida gaasi paisuma, ületades välised jõud, on vaja seda soojendada temperatuurini, mis on oluliselt kõrgem ümbritseva õhu temperatuurist. Selleks viiakse gaas kokku küttekeha- kütuse põletamine.

Kütuse põlemise protsessis vabaneb märkimisväärne energia, millest osa kasutatakse gaasi soojendamiseks. Gaas saab soojust küttekehast. Selle kuumuse tõttu teeb mootor kasulikku tööd.

See kõik on selge. Mis on külmkapp ja miks seda vaja on?

Gaasi ühekordse paisumisega saame sissetuleva soojuse võimalikult tõhusalt ära kasutada ja selle täielikult tööks muuta. Selleks on vaja gaasi isotermiliselt laiendada: termodünaamika esimene seadus, nagu me teame, annab meile sel juhul .

Kuid keegi ei vaja ühekordset laienemist. Mootor peab töötama tsükliliselt, pakkudes perioodilist kolvi liigutuste kordamist. Seetõttu tuleb paisumise lõpus gaas kokku suruda, viies selle tagasi algsesse olekusse.

Paisumise käigus teeb gaas positiivset tööd. Kompressiooni käigus tehakse gaasile positiivne töö (ja gaas ise teeb negatiivset tööd). Selle tulemusena on gaasi kasulik töö tsükli kohta: .

Muidugi peaks see olema class="tex" alt="(!LANG:A>0"> , или (иначе никакого смысла в двигателе нет).!}

Gaasi kokkusurumisel peame tegema vähem tööd kui gaas tegi paisumisel.

Kuidas seda saavutada? Vastus: suruge gaas kokku madalamal rõhul kui paisutamise ajal. Teisisõnu, -diagrammil peaks tihendusprotsess käima allpool laienemisprotsess, st silmus tuleb läbida päripäeva(Joonis 2).

Riis. 2. Soojusmootori tsükkel

Näiteks joonisel kujutatud tsüklis on gaasi paisumisel tehtud töö võrdne kõverjoonelise trapetsi pindalaga. Samamoodi on gaasi poolt kokkusurumisel tehtav töö võrdne miinusmärgiga kõverjoonelise trapetsi pindalaga. Selle tulemusena on gaasi töö tsükli kohta positiivne ja võrdne tsükli pindalaga.

Olgu, aga kuidas panna gaas tagasi algsesse olekusse madalamat kõverat pidi ehk läbi madalama rõhuga olekute? Tuletage meelde, et antud ruumala korral on gaasi rõhk seda madalam, seda madalam on temperatuur. Seetõttu peab gaas kokkusurumise ajal läbima madalama temperatuuriga olekuid.

Täpselt selleks on külmkapp. lahe gaas kokkusurumise ajal.

Külmik võib olla atmosfäär (sisepõlemismootorite puhul) või jooksev jahutusvesi (auruturbiinide puhul). Jahtudes annab gaas külmikusse teatud koguse soojust.

Gaasi poolt tsükli kohta vastuvõetud soojuse koguhulk on võrdne . Vastavalt termodünaamika esimesele seadusele:

kus on gaasi siseenergia muutus tsükli kohta. See on võrdne nulliga: , kuna gaas naasis algsesse olekusse (ja siseenergia, nagu mäletame, on riigi funktsioon). Selle tulemusena on gaasi töö tsükli kohta võrdne:

(1)

Nagu näha, ei ole võimalik küttekehast tulevat soojust täielikult tööks muuta. Osa soojusest tuleb anda külmikusse – et tagada tsükliline protsess.

Põleva kütuse energia mehaaniliseks tööks muundamise efektiivsuse näitajaks on soojusmasina efektiivsus.

Soojusmootori efektiivsus on mehaanilise töö ja kütteseadmest saadava soojushulga suhe:

Võttes arvesse seost (1), on meil ka

(2)

Soojusmasina kasutegur, nagu näeme, on alati väiksem kui ühtsus. Näiteks auruturbiinide kasutegur on ligikaudu ja sisepõlemismootorite kasutegur ligikaudu .

Külmutusmasinad

Igapäevased kogemused ja füüsikalised katsed räägivad, et soojusülekande käigus kandub soojus kuumemalt kehalt vähem kuumutatud kehale, aga mitte vastupidi. Kunagi ei täheldata protsesse, milles soojusülekande tõttu energia spontaanselt läheb külmalt kehalt üle kuumaks, mille tulemusena külm keha jahtuks veelgi, kuum keha aga soojeneks veelgi.

Riis. 3. Jahuti

Võtmesõnaks on siin "spontaanselt". Kui kasutate välist energiaallikat, on täiesti võimalik läbi viia soojuse ülekandmine külmast kehast kuumale. Seda teevad külmikud.
autod.

Võrreldes soojusmasinaga on külmutusmasinas toimuvad protsessid vastupidise suunaga (joonis 3).

töötav keha külmutusmasinat nimetatakse ka külmutusagens. Lihtsuse huvides käsitleme seda gaasi, mis neelab soojust paisumisel ja eraldab soojust kokkusurumisel (tõelistes külmutusseadmetes on külmutusagens madala keemistemperatuuriga lenduv lahus, mis võtab aurustumisel soojust ja vabastab selle kondenseerumisel).

Külmkapp külmutusmasinas on see keha, millelt soojus eemaldatakse. Külmik annab soojushulga üle töövedelikule (gaasile), mille tulemusena gaas paisub.

Kokkusurumisel eraldab gaas kuumuse kuumemale kehale - küttekeha. Et selline soojusülekanne toimuks, tuleb gaasi kokku suruda kõrgematel temperatuuridel kui paisumisel. See on võimalik ainult tänu välise allika (näiteks elektrimootori) tehtud tööle (päris külmutusseadmetes tekitab elektrimootor aurustis madala rõhu, mille tulemusena külmutusagens keeb ja võtab soojust; vastupidi, kondensaatoris tekitab elektrimootor kõrge rõhu, mille all külmutusagens kondenseerub ja väljub sooja)). Seetõttu osutub küttekehale ülekantav soojushulk suuremaks kui külmkapist võetud soojushulk, lihtsalt väärtuse järgi:

Seega -diagrammil kulgeb külmutusmasina töötsükkel vastupäeva. Tsikli ala on välise allika tehtud töö (joonis 4).

Riis. 4. Jahutustsükkel

Külmutusmasina põhieesmärk on teatud reservuaari (näiteks sügavkülmiku) jahutamine. Sel juhul mängib see paak külmiku rolli ja keskkond on küttekeha - paagist eemaldatud soojus hajub sellesse.

Külmutusmasina efektiivsuse näitaja on jõudluskoefitsient, mis võrdub külmikust eemaldatud soojuse ja välise allika töö suhtega:

Toimivuskoefitsient võib olla suurem kui üks. Päris külmikutes võtab see väärtusi ligikaudu 1 kuni 3.

On veel üks huvitav rakendus: külmutusmasin võib töötada nagu Soojus pump. Siis on selle eesmärk kütta teatud reservuaari (näiteks ruumi kütmine) tänu keskkonnast eemaldatavale soojusele. Sel juhul on see paak küttekehaks ja keskkond külmik.

Soojuspumba efektiivsuse näitaja on küttekoefitsient, võrdne kuumutatud reservuaarile ülekantud soojushulga ja välise allika töö suhtega:

Pärissoojuspumpade küttekoefitsiendi väärtused jäävad tavaliselt vahemikku 3 kuni 5.

Carnot soojusmootor

Soojusmasina olulised omadused on töövedeliku kõrgeim ja madalaim temperatuur tsükli jooksul. Need väärtused on vastavalt nimetatud küttekeha temperatuur ja külmiku temperatuur.

Oleme näinud, et soojusmasina kasutegur on rangelt väiksem kui ühtsus. Tekib loomulik küsimus: milline on soojusmasina maksimaalne võimalik kasutegur küttekeha temperatuuri ja külmiku temperatuuri fikseeritud väärtustega?

Olgu näiteks mootori töövedeliku maksimaalne temperatuur ja minimaalne - . Mis on sellise mootori teoreetiline kasuteguri piir?

Sellele küsimusele andis vastuse prantsuse füüsik ja insener Sadi Carnot 1824. aastal.

Ta leiutas ja uuris imelist soojusmasinat, mille töövedelikuks oli ideaalne gaas. See masin töötab Carnot' tsükkel, mis koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist.

Kaaluge otsene tsükkel carnot'i masin liigub päripäeva (joonis 5). Sel juhul töötab masin soojusmootorina.

Riis. 5. Carnot'i tsükkel

Isoterm. Sektsioonis viiakse gaas termiliselt kokku temperatuuriküttekehaga ja paisub isotermiliselt. Soojuse kogus tuleb küttekehast ja muudetakse täielikult tööks selles piirkonnas: .

adiabat. Järgneva kokkusurumise eesmärgil on vaja gaas viia madalama temperatuuriga tsooni. Selleks isoleeritakse gaas soojusisolatsiooniga ja paisub seejärel adiabaatiliselt sellel alal.

Kui gaas paisub, teeb see positiivset tööd ja tänu sellele väheneb tema siseenergia: .

Isoterm. Soojusisolatsioon eemaldatakse, gaas viiakse termokontakti temperatuurijahutiga. Tekib isotermiline kokkusurumine. Gaas annab külmikusse soojushulga ja teeb negatiivset tööd.

adiabat. See jaotis on vajalik gaasi algsesse olekusse naasmiseks. Adiabaatilise kokkusurumise käigus teeb gaas negatiivset tööd ning siseenergia muutus on positiivne: . Gaas kuumutatakse algse temperatuurini.

Carnot leidis selle tsükli tõhususe (arvutused jäävad kahjuks kooli õppekavast välja):

(3)

Veelgi enam, ta tõestas seda Carnot tsükli kasutegur on maksimaalne võimalik kõigi küttekeha temperatuuri ja jahedama temperatuuriga soojusmasinate puhul .

Niisiis, ülaltoodud näites on meil:

Mis mõte on kasutada täpselt isoterme ja adiabaate, mitte mingeid muid protsesse?

Selgub, et isotermilised ja adiabaatilised protsessid teevad Carnot masina pööratav. Selle saab käivitada vastupidine tsükkel(vastupäeva) sama küttekeha ja külmiku vahel ilma teisi seadmeid kaasamata. Sel juhul töötab Carnot' masin külmutusmasinana.

Võimalus juhtida Carnot’ masinat mõlemas suunas mängib termodünaamikas väga olulist rolli. Näiteks on see fakt lüliks Carnot' tsükli maksimaalse efektiivsuse tõestuseks. Selle juurde pöördume tagasi järgmises termodünaamika teist seadust käsitlevas artiklis.

Soojusmootorid ja keskkonnakaitse

Soojusmootorid põhjustavad tõsist kahju keskkonnale. Nende laialdane kasutamine toob kaasa mitmeid negatiivseid tagajärgi.

Suure hulga soojusenergia hajumine atmosfääri põhjustab temperatuuri tõusu planeedil. Kliima soojenemine ähvardab muutuda liustike sulamiseks ja katastroofilisteks katastroofideks.
Süsinikdioksiidi akumuleerumine atmosfääri toob kaasa ka kliima soojenemise, mis aeglustab Maa soojuskiirguse kosmosesse pääsemist (kasvuhooneefekt).
Kütuse põlemisproduktide suure kontsentratsiooni tõttu keskkonna olukord halveneb.

Need on kogu tsivilisatsiooni hõlmavad probleemid. Soojusmasinate tööst tulenevate kahjulike mõjude vastu võitlemiseks on vaja tõsta nende efektiivsust, vähendada mürgiste ainete emissiooni, arendada uut tüüpi kütust ja kasutada säästlikult energiat.

Näide. Mootori keskmine veojõud on 882 N. Bensiini kulub 7 kg 100 km kohta. Määrake selle mootori efektiivsus. Otsige kõigepealt kasulik töö. See on võrdne jõu F korrutisega kaugusega S, mille keha ületab selle mõjul Ап=F∙S. Määrake soojushulk, mis eraldub 7 kg bensiini põletamisel, see on kulutatud töö Аз=Q=q∙m, kus q on kütuse eripõlemissoojus, bensiini puhul on see 42∙10^ 6 J/kg ja m on selle kütuse mass. Mootori kasutegur võrdub kasuteguriga = (F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

Üldiselt on iga soojusmasina (sisepõlemismootor, aurumasin, turbiin jne), kus töö tehakse gaasiga, kasutegur leida kasutegur, mis võrdub küttekeha poolt eraldatava soojuse vahega. Q1 ja külmiku poolt vastuvõetud Q2, leidke küttekeha ja külmiku soojuse erinevus ning jagage küttekeha soojusega Kasutegur = (Q1-Q2)/Q1. Siin mõõdetakse efektiivsust alamkordades vahemikus 0 kuni 1, et teisendada tulemus protsendiks, korrutada see 100-ga.

Ideaalse soojusmasina (Carnot mootori) kasuteguri saamiseks leidke küttekeha T1 ja jahuti T2 temperatuuride erinevuse suhe küttekeha temperatuuri COP=(T1-T2)/T1. See on maksimaalne võimalik kasutegur konkreetset tüüpi soojusmasina jaoks küttekeha ja külmiku antud temperatuuride juures.

Elektrimootori jaoks leidke kulutatud töö võimsuse ja selle sooritamise aja korrutisena. Näiteks kui kraana elektrimootor võimsusega 3,2 kW tõstab 800 kg koormuse 3,6 m kõrgusele 10 sekundiga, siis on selle kasutegur võrdne kasuliku töö suhtega Ap=m∙g∙h, kus m on koormuse mass, g≈10 m / s² vaba langemise kiirendus, h - kõrgus, kuhu koorem tõsteti, ja kulutatud töö Az \u003d P∙t, kus P on mootori võimsus, t on selle toimimise aeg. Hankige efektiivsuse määramise valem = Ap / Az ∙ 100% = (m ∙ g ∙ h) / (Р ∙ t) ∙ 100% =% = (800 ∙ 10 ∙ 3,6) / (3200 ∙ 10) ∙ 100% = 1 90%.

Seotud videod

Allikad:

• kuidas määrata tõhusust

Tõhusus (efektiivsuse tegur) on mõõtmeteta väärtus, mis iseloomustab töö efektiivsust. Töö on jõud, mis mõjutab protsessi aja jooksul. Energia kulutatakse jõu toimel. Energiat investeeritakse jõusse, jõudu töösse, tööd iseloomustab tulemuslikkus.

Juhend

Efektiivsuse arvutamine otseselt tulemuse saavutamiseks kulutatud energia määramisest. Seda saab väljendada ühikutes, mis on vajalikud energia, jõu, jõu tulemuse saavutamiseks.
Et mitte eksida, on kasulik meeles pidada järgmist diagrammi. Lihtsaim neist sisaldab elementi: "töötaja", energiaallikas, juhtimisseadmed, energia juhtimise ja muundamise viisid ja elemendid. Tulemuse saavutamiseks kulutatud energia on energia, mida kulutab ainult “töövahend”.

Järgmisena määrate kogu süsteemi poolt tulemuse saavutamise protsessis tegelikult kulutatud energia. See tähendab, et mitte ainult "töövahend", vaid ka juhtseadised, energiamuundurid ja kulud peaksid sisaldama energiaradadel hajuvat energiat.

Ja siis arvutate efektiivsuse valemi abil:
K.P.D. = (A / B) * 100%, kus
A – tulemuse saavutamiseks vajalik energia
B on süsteemi poolt tulemuste saavutamiseks reaalselt kulutatud energia Näiteks elektritööriistadele kulus 100 kW, kogu töökoja elektrisüsteem aga 120 kW. Süsteemi (poe energiasüsteem) efektiivsus on sel juhul võrdne 100 kW / 120 kW = 0,83 * 100% = 83%.

Seotud videod

Märge

Sageli kasutatakse efektiivsuse mõistet, hinnates planeeritud energiakulude ja tegelikult kulutatud suhet. Näiteks planeeritud töömahu (või töö tegemiseks kuluva aja) suhe tegelikkuses tehtud töödesse ja kulutatud aega. Siin peaksite olema äärmiselt ettevaatlik. Näiteks plaanisid nad tööle kulutada 200 kW, kuid kulutasid 100 kW. Või plaaniti töö valmis saada 1 tunniga, kuid kulus 0,5 tundi; mõlemal juhul on efektiivsus 200%, mis on võimatu. Tegelikult on sellistel juhtudel, nagu majandusteadlased ütlevad, "Stahanovi sündroom", see tähendab plaani teadlik alahindamine seoses tõesti vajalike kuludega.

Kasulikud nõuanded

1. Peate hindama energiakulusid samades ühikutes.

2. Kogu süsteemi kulutatud energia ei saa olla väiksem kui otseselt tulemuse saavutamiseks kulutatud energia, st kasutegur ei tohi olla suurem kui 100%.

Allikad:

• kuidas energiat arvutada

Vihje 3: kuidas arvutada tankide tõhusust rakenduses World of Tanks

Tanki efektiivsuse või selle efektiivsuse hinnang on üks keerukamaid mängusisese oskuse näitajaid. Seda võetakse arvesse tippklannide, spordimeeskondade ja ettevõtetega liitumisel. Arvutusvalem on üsna keeruline, seetõttu kasutavad mängijad erinevaid veebikalkulaatoreid.

Arvutusvalem

Üks esimesi arvutusvalemeid nägi välja selline:
R=K x (350–20 x L) + Ddmg x (0,2 + 1,5 / L) + S x 200 + Ddef x 150 + C x 150

Valem ise on näidatud pildil. See valem sisaldab järgmisi muutujaid:
- R - mängija võitlustõhusus;
- K - hävitatud tankide keskmine arv (fragide koguarv jagatud lahingute koguarvuga):
- L - paagi keskmine tase;
- S - tuvastatud tankide keskmine arv;
- Ddmg – keskmine tekitatud kahju suurus lahingu kohta;
- Ddef - baaskaitsepunktide keskmine arv;
- C - baashõivepunktide keskmine arv.

Saadud numbrite tähendus:
- vähem kui 600 - halb mängija; umbes 6% kõigist mängijatest on sellise efektiivsusega;
- 600 kuni 900 - mängija on alla keskmise; 25% kõigist mängijatest on sellise efektiivsusega;
- 900 kuni 1200 - keskmine mängija; 43% mängijatest on sellise efektiivsusega;
- alates 1200 ja üle selle - tugev mängija; selliseid mängijaid on umbes 25%;
- üle 1800 - ainulaadne mängija; need ei ületa 1%.

Ameerika mängijad kasutavad oma WN6 valemit, mis näeb välja järgmine:
wn6=(1240 – 1040 / (MIN (TIER,6)) ^ 0,164) x FRAGS + KAHJUSTUS x 530 / (184 x e ^ (0,24 x TIER) + 130) + TÄHT x 125 + MIN(DEF,2.2) x 10 + ((185 / (0,17+ e ^ ((WINRATE - 35) x 0,134))) - 500) x 0,45 + (6-MIN(TIER,6)) x 60

Selles valemis:
MIN (TIER,6) - mängija tanki keskmine tase, kui see on üle 6, kasutatakse väärtust 6
FRAGS – keskmine hävitatud tankide arv
TIER – mängija tankide keskmine tase
DAMAGE – keskmine kahju lahingus
MIN (DEF,2,2) - hõivatud põhihõivepunktide keskmine arv, kui väärtus on suurem kui 2,2, kasutatakse 2,2
WINRATE – üldine võidumäär

Nagu näete, ei võta see valem arvesse baashõivepunkte, madala tasemega sõidukite murdude arv, võitude protsent ja esialgse valguse mõju reitingule ei mõjuta reitingut kuigi palju.

Uuenduses tutvustas Wargeiming mängija isikliku soorituse reitingu indikaatorit, mis arvutatakse keerukama valemi abil, mis võtab arvesse kõiki võimalikke statistilisi näitajaid.

Kuidas tõhusust parandada

Kx(350-20xL) valemist on näha, et mida kõrgem on paagi tase, seda väiksem on efektiivsuspunktide arv tankide hävitamise eest, kuid rohkem kahju tekitamise eest. Seetõttu proovige madala tasemega sõidukitel mängides võtta rohkem frage. Kõrgel tasemel - tehke rohkem kahju (kahju). Saadud või maha löödud baashõivepunktide arv hinnangut eriti ei mõjuta, pealegi saab mahalöödud püüdmispunktide eest rohkem efektiivsuspunkte kui saadud baashõivepunktide eest.

Seetõttu parandab enamik mängijaid oma statistikat madalamatel tasemetel, nn liivakastis mängides. Esiteks on enamik madalama taseme mängijaid algajad, kellel puuduvad oskused, nad ei kasuta oskuste ja võimetega pumbatud meeskonda, ei kasuta lisavarustust, ei tea konkreetse tanki eeliseid ja puudusi.

Sõltumata sellest, millist sõidukit te kasutate, proovige võimalikult palju baasi püüdmise punkte maha lüüa. Rühmalahingud tõstavad oluliselt tõhususe reitingut, kuna rühma mängijad tegutsevad koordineeritult ja saavutavad sagedamini võitu.

Mõiste "tõhusus" on lühend, mis tuleneb väljendist "tõhusus". Kõige üldisemal kujul esindab see kulutatud ressursside ja neid kasutades tehtud töö tulemuse suhet.

tõhusust

Tõhususe kontseptsiooni (COP) saab rakendada väga erinevat tüüpi seadmetele ja mehhanismidele, mille töö põhineb mis tahes ressursside kasutamisel. Seega, kui vaadelda selliseks ressursiks süsteemi toimimiseks kuluvat energiat, siis tuleks selle tulemuseks lugeda selle energiaga tehtud kasuliku töö hulka.

Üldjoontes võib kasuteguri valemi kirjutada järgmiselt: n = A*100%/Q. Selles valemis kasutatakse sümbolit n tõhususe tähisena, sümbol A tähistab tehtud töö hulka ja Q on kulutatud energia hulk. Samas tuleb rõhutada, et efektiivsuse mõõtühikuks on protsent. Teoreetiliselt on selle koefitsiendi maksimaalne väärtus 100%, kuid praktikas on sellist näitajat peaaegu võimatu saavutada, kuna iga mehhanismi töös esineb teatud energiakadusid.

Mootori efektiivsus

Sisepõlemismootor (ICE), mis on kaasaegse auto mehhanismi üks võtmekomponente, on ka ressursi - bensiini või diislikütuse - kasutamisel põhineva süsteemi variant. Seetõttu on selle jaoks võimalik arvutada efektiivsuse väärtus.

Hoolimata kõikidest autotööstuse tehnilistest edusammudest jääb sisepõlemismootorite standardkasutegur üsna madalaks: sõltuvalt mootori projekteerimisel kasutatud tehnoloogiatest võib see olla 25% kuni 60%. See on tingitud asjaolust, et sellise mootori töö on seotud märkimisväärsete energiakadudega.

Seega tekivad suurimad kaod sisepõlemismootori efektiivsuses jahutussüsteemi töös, mis võtab kuni 40% mootori poolt toodetud energiast. Märkimisväärne osa energiast - kuni 25% - läheb heitgaaside eemaldamise protsessis kaduma, see tähendab, et see viiakse lihtsalt atmosfääri. Lõpuks läheb umbes 10% mootori toodetud energiast sisepõlemismootori erinevate osade vahelise hõõrdumise ületamiseks.

Seetõttu teevad autotööstuses töötavad tehnoloogid ja insenerid märkimisväärseid jõupingutusi mootorite tõhususe parandamiseks, vähendades kadusid kõigis ülaltoodud üksustes. Seega on jahutussüsteemi tööga seotud kadude vähendamisele suunatud disainiarenduse põhisuund seotud katsetega vähendada pindade suurust, mille kaudu soojusülekanne toimub. Kadude vähendamine gaasivahetuse protsessis toimub peamiselt turboülelaaduri abil ning hõõrdumisega seotud kadude vähendamine toimub mootori konstruktsioonis tehnoloogilisemate ja kaasaegsemate materjalide kasutamisega. Ekspertide hinnangul võib nende ja teiste tehnoloogiate kasutamine tõsta sisepõlemismootorite kasuteguri 80% ja kõrgemale tasemele.

Seotud videod

Allikad:

• Sisepõlemismootorist, selle varudest ja arenguperspektiividest spetsialisti pilgu läbi

Tõenäoliselt mõtlesid kõik sisepõlemismootori efektiivsuse (efektiivsuse koefitsiendi) üle. Lõppude lõpuks, mida kõrgem on see indikaator, seda tõhusamalt jõuallikas töötab. Praegu peetakse elektrilist tüüpi kõige tõhusamaks, selle kasutegur võib ulatuda 90–95% -ni, kuid sisepõlemismootorite jaoks, olgu see siis diisel või bensiin, pole see pehmelt öeldes kaugeltki ideaalne ...

Ausalt öeldes on kaasaegsed mootorivalikud palju tõhusamad kui nende kolleegid, mis ilmusid 10 aastat tagasi, ja sellel on palju põhjuseid. Mõelge ise enne 1,6-liitrist varianti, see andis välja ainult 60–70 hj. Ja nüüd võib see väärtus ulatuda 130–150 hj. See on vaevarikas töö efektiivsuse tõstmiseks, kus iga "samm" antakse katse-eksituse meetodil. Alustame siiski määratlusega.

- see on kahe suuruse suhte väärtus, milleks on mootori väntvõllile antava võimsuse ja kolvi poolt vastuvõetava võimsuse väärtus, mis on tingitud kütuse süütamisel tekkinud gaaside rõhust.

Lihtsamalt öeldes on see küttesegu (õhk ja bensiin) põlemisel tekkiva soojus- või soojusenergia muundamine mehaaniliseks energiaks. Tuleb märkida, et seda on juba juhtunud näiteks auruelektrijaamades - ka kütus ajas temperatuuri mõjul agregaatide kolbe. Sealsed paigaldised olid aga kordades suuremad ning kütus ise oli tahke (tavaliselt kivisüsi või küttepuud), mistõttu oli raske transportida ja käitada, pidevalt oli vaja seda labidatega ahju “sööta”. Sisepõlemismootorid on palju kompaktsemad ja kergemad kui aurumasinad ning kütust on palju lihtsam ladustada ja transportida.

Veel kaotustest

Tulevikku vaadates võime kindlalt väita, et bensiinimootori kasutegur jääb vahemikku 20–25%. Ja selleks on palju põhjuseid. Kui võtta sissetulev kütus ja arvutada see protsendina ümber, siis saame justkui “100% energiast”, mis mootorile üle kantakse ja siis läksid kaod:

1)Kütusesäästlikkus . Kõik kütus ei põle, väike osa sellest lahkub koos heitgaasidega, sellel tasemel kaotame juba kuni 25% efektiivsusest. Muidugi paranevad nüüd kütusesüsteemid, ilmus pihusti, kuid see pole kaugeltki ideaalne.

2) Teine on soojuskaod.ja . Mootor soojendab ennast ja palju muid elemente, nagu radiaatorid, selle kere, selles ringlevat vedelikku. Samuti kaob osa soojusest koos heitgaasidega. Kõige selle eest kuni 35% efektiivsuse kaotus.

3) Kolmas on mehaanilised kaod . Kõikvõimalikele kolbidele, kepsudele, rõngastele – kõikidele kohtadele, kus esineb hõõrdumist. Siia kuuluvad ka generaatori koormusest tulenevad kaod, näiteks mida rohkem elektrit generaator toodab, seda rohkem aeglustab see väntvõlli pöörlemist. Muidugi on ka määrdeained edasi astunud, kuid jällegi pole keegi veel hõõrdumist täielikult võitnud - veel 20% kaotus

Seega kuivas jäägis on kasutegur umbes 20%! Muidugi on bensiinivalikutest silmapaistvaid võimalusi, mille puhul seda arvu suurendatakse 25% -ni, kuid neid pole nii palju.

See tähendab, et kui teie auto tarbib 10 liitrit kütust 100 km kohta, siis ainult 2 liitrit neist läheb otse tööle ja ülejäänud on kaod!

Loomulikult saab võimsust suurendada, näiteks pead puurides, vaatame lühikest videot.

Kui mäletate valemit, saate:

Millise mootori kasutegur on kõrgeim?

Nüüd tahan rääkida bensiini- ja diislikütuse valikutest ning teada saada, milline neist on kõige tõhusam.

Lihtsamalt öeldes ja mitte tehniliste terminite džunglisse laskumiseks, siis - kui võrrelda kahte tõhusust - kõige tõhusam neist on loomulikult diisel ja siin on põhjus:

1) Bensiinimootor muudab vaid 25% energiast mehaaniliseks energiaks, diiselmootor aga umbes 40%.

2) Kui varustate diiselmootori turboülelaaduriga, võite saavutada efektiivsuse 50–53% ja see on väga märkimisväärne.

Miks see siis nii tõhus on? See on lihtne – vaatamata sarnasele töötüübile (mõlemad on sisepõlemisagregaadid) teeb diiselmootor oma tööd palju tõhusamalt. Sellel on suurem kokkusurumine ja kütus süttib erineval põhimõttel. See soojeneb vähem, mis tähendab, et see säästab jahutust, sellel on vähem klappe (sääst hõõrdumisel) ning sellel puuduvad ka tavalised süütepoolid ja küünlad, mis tähendab, et see ei nõua generaatorilt täiendavaid energiakulusid . See töötab madalamatel pööretel, väntvõlli pole vaja metsikult vändata – kõik see teeb diiselversioonist tõhususe tšempioni.

Diisli kütusesäästlikkuse kohta

Kasuteguri suuremast väärtusest tuleneb ka kütusesäästlikkus. Nii võib näiteks 1,6-liitrine mootor linnas tarbida vaid 3-5 liitrit, erinevalt bensiinitüübist, kus kulu on 7-12 liitrit. Diiselmootoril on palju, mootor ise on sageli kompaktsem ja kergem ning viimasel ajal ka keskkonnasõbralikum. Kõik need positiivsed hetked saavutatakse tänu suuremale väärtusele, tõhususe ja kokkusurumise vahel on otsene seos, vt väike plaat.

Kuid hoolimata kõigist eelistest on sellel ka palju puudusi.

Nagu selgub, pole sisepõlemismootori kasutegur kaugeltki ideaalne, seega on tulevik kindlasti elektrivõimaluste jaoks - jääb üle vaid leida tõhusad akud, mis ei karda külma ja hoiavad pikka aega laengut.

Iga seadme, mille puhul on energia muundamise efektiivsus eriti oluline, töö üks olulisi parameetreid on efektiivsustegur. Seadme kasulikkuse määrab definitsiooni järgi kasuliku energia ja maksimumi suhe ning seda väljendatakse koefitsiendina η. See on lihtsustatud mõttes soovitud koefitsient, külmiku ja küttekeha efektiivsus, mille leiate igast tehnilisest juhendist. Sel juhul peate teadma mõningaid tehnilisi punkte.

Seadme ja komponentide efektiivsus

Kasutegur, mis lugejaid sagedamini huvitab, ei puuduta kogu külmutusseadet. Kõige sagedamini - paigaldatud kompressor, mis tagab soovitud jahutusparameetrid, või mootor. Seepärast soovitamegi huvi tundes, milline on külmiku kasutegur, mis on paigaldatud paigaldatud kompressori ja protsendi vastu.

Parem on seda küsimust näitega käsitleda. Näiteks on saadaval Ariston MB40D2NFE (2003) külmik, millel on Danfossi NLE13KK.3 R600a patenteeritud kompressor, võimsusega 219W töötemperatuuri tingimustes -23,3°C. Külmutuskompressorite puhul võib see sõltuda RC parameetrist (käivituskondensaator), meie puhul on see 1,51 (ilma RCta, -23,3°C) ja 1,60 (RC-ga -23,3°C). Need andmed leiate tehnilistest parameetritest. Kondensaatori mõju seadme tööle seisneb selles, et see võimaldab teil kiiresti jõuda töökiiruseni ja seeläbi suurendada selle kasulikku toimet.

Teie külmutusmootori efektiivsus on seotud võimsuse ja energiatarbimisega. Ilmselgelt, mida väiksem koefitsient, mida rohkem elektrit mudel tarbib, seda vähem tõhus on. See tähendab, et maksimaalset koefitsienti saab kaudselt määrata energiatarbimise klassiga - A +++.

Kompressori kasutegur suurem kui 1 – kuidas ja miks?

Sageli teeb kasuliku tegevuse koefitsiendi küsimus muret inimestele, kes kooli füüsikakursust veidi mäletavad ega saa aru, miks kasulik tegevus on üle 100%. See küsimus nõuab väikest ekskursiooni füüsikasse. Küsimus puudutab seda, kas soojusgeneraatori kasulikkuse koefitsient võib olla suurem kui 1?

See probleem professionaalide seas tõstatus selgelt 2006. aastal, kui avaldati "Argumendid ja faktid" number 8, et keerissoojuse generaatorid on võimelised tootma 172%. Hoolimata teadmiste kajast füüsika käigus, kus kasutegur on alati alla 1, on selline parameeter võimalik, kuid teatud tingimustel. Me räägime Carnot' tsükli omadustest.

1824. aastal käsitles ja kirjeldas prantsuse insener S. Carnot üht ringprotsessi, mis hiljem mängis otsustavat rolli termodünaamika arendamisel ja soojusprotsesside kasutamisel tehnoloogias. Carnot' tsükkel koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist.

Seda teostab gaas kolviga silindris ning kasulikkuse koefitsient väljendatakse küttekeha ja külmiku parameetrites ning moodustab suhte. Omapäraks on asjaolu, et soojusvahetite vahel saab soojust üle kanda ilma kolvi kallal tööd tegemata, mistõttu peetakse Carnot' tsüklit kõige tõhusamaks protsessiks, mida vajaliku soojusvahetuse tingimustes saab modelleerida. Teisisõnu on rakendatud Carnot tsükliga külmutusseadme kasulik tegevus kõrgeim või täpsemalt maksimaalne.

Kui see osa teooriast on paljudele koolikursusest meelde jäänud, siis ülejäänu läheb sageli lava taha. Põhiidee on selles, et antud tsüklit saab läbida igas suunas. Soojusmasin töötab tavaliselt otsetsüklis ja külmutusseadmed vastupidises tsüklis, kui soojust vähendatakse külmas reservuaaris ja kantakse üle kuumale välise tööallika - kompressori - toimel.

Olukord, kus kasulikkuse tegur on suurem kui 1, tekib siis, kui see arvutatakse mõnest teisest kasulikkuse tegurist, nimelt W(saadud)/W(kulutatud) suhtarvust ühel tingimusel. See seisneb selles, et kulutatud energia all mõistetakse ainult kasulikku energiat, mida kasutatakse tegelike kulude katteks. Selle tulemusena on soojuspumpade termodünaamilistes tsüklites võimalik määrata energiakulud, mis on väiksemad kui toodetud soojushulk. Seega, kui kasulikud seadmed on alla 1, võib soojuspumba kasutegur olla suurem.

Termodünaamiline efektiivsus on alati väiksem kui 1

Külmutus- (soojus-) masinates arvestab valem tavaliselt termodünaamilist efektiivsust ja jõudluskoefitsienti. Külmutusseadmetes viitab see koefitsient kasuliku töötsükli efektiivsusele, kui soojust tarnitakse tööseadmesse välisest allikast (soojusülekandest) ja see eemaldatakse soojuskontuuri teises sektsioonis, et viia see üle teisele välisele vastuvõtjale.

Tööorgan teostab koos kahte protsessi - paisumist ja kokkutõmbumist, mis vastavad tööparameetrile. Kõige tõhusamaks seadeks loetakse siis, kui tarnitav soojus on väiksem kui eemaldatud – seda suurem on tsükli efektiivsus.

Soojuse mehaaniliseks tööks muundava termodünaamilise seadme täiuslikkuse astet hinnatakse termilise koefitsiendi järgi protsentides, mis võib antud juhul huvi pakkuda. Tavaliselt arvutatakse välja soojustõhusus ja see näitab, kui palju küttekehast ja külmikust saadavat soojust masin tööks muundab konkreetsetes tingimustes, mida peetakse ideaalseks. Termilise parameetri väärtus on alati väiksem kui 1 ja ei saa olla suurem, nagu kompressorite puhul. 40°C juures töötab seade minimaalse efektiivsusega.

Lõpuks

Kaasaegsetes kodumaistes külmutussüsteemides kasutatakse just vastupidist Carnot’ protsessi, samas kui külmiku temperatuuri saab määrata sõltuvalt kütteelemendist ülekantava soojushulgast. Jahutuskambri ja kütteseadmete parameetrid võivad praktikas olla täiesti erinevad ning sõltuvad ka mootori välisest tööst kompressoriga, millel on oma tõhususe parameeter. Sellest tulenevalt sõltuvad need parameetrid (külmiku kasutegur protsentides) põhimõtteliselt identse termodünaamilise protsessiga tootja rakendatud tehnoloogiast.

Kuna valemi järgi sõltub kasulikkuse koefitsient soojusvahetite temperatuuridest, näitavad tehnilised parameetrid, mitu protsenti kasulikkust on võimalik saada teatud ideaalsetes tingimustes. Just neid andmeid saab kasutada erinevate kaubamärkide mudelite võrdlemiseks, mitte ainult fotode, sealhulgas tavatingimustes või kuni 40 ° temperatuuril töötavate fotode järgi.

Soojusmasina teoreetilises mudelis vaadeldakse kolme keha: küttekeha, töötav keha ja külmkapp.

Küttekeha - termiline reservuaar (suur korpus), mille temperatuur on konstantne.

Igas mootori töötsüklis saab töövedelik küttekehast teatud koguse soojust, paisub ja teeb mehaanilist tööd. Osa küttekehast saadud energia ülekandmine külmikusse on vajalik töövedeliku algsesse olekusse naasmiseks.

Kuna mudel eeldab, et küttekeha ja külmiku temperatuur ei muutu soojusmasina töötamise ajal, siis tsükli lõpus: töövedeliku kuumutamine-paisumine-jahutus-kokkusurumine, loetakse, et masin naaseb. algsesse olekusse.

Iga tsükli kohta võime termodünaamika esimese seaduse alusel kirjutada, et soojushulk K kütteseadmelt saadud koormus, soojushulk | K cool |, antud külmikusse ja tööorgani poolt tehtud tööd AGA on omavahel seotud:

A = K koormus – | K külm|.

Reaalsetes tehnilistes seadmetes, mida nimetatakse soojusmootoriteks, soojendatakse töövedelikku kütuse põlemisel vabaneva soojusega. Niisiis on elektrijaama auruturbiini küttekehaks kuuma kivisöega ahi. Sisepõlemismootoris (ICE) võib põlemisprodukte pidada küttekehaks ja liigset õhku töövedelikuks. Külmikuna kasutavad nad atmosfääriõhku või looduslikest allikatest pärit vett.

Soojusmasina (masina) efektiivsus

Soojusmootori efektiivsus (efektiivsus) on mootori tehtud töö ja kütteseadmest saadava soojushulga suhe:

Iga soojusmasina kasutegur on väiksem kui üks ja seda väljendatakse protsentides. Kogu kerisest saadava soojushulga mehaaniliseks tööks muutmise võimatus on tsüklilise protsessi korraldamise vajaduse eest makstav hind ja tuleneb termodünaamika teisest seadusest.

Päris soojusmasinate puhul määrab kasuteguri eksperimentaalne mehaaniline võimsus N mootor ja ajaühikus põletatud kütuse kogus. Nii et kui õigel ajal t põles massikütus m ja eripõlemissoojus q, siis

Sõidukite puhul on võrdlusnäitaja sageli maht V teel põles kütus s mehaanilise mootori võimsusel N ja kiirusega. Sel juhul, võttes arvesse kütuse tihedust r, saame efektiivsuse arvutamiseks kirjutada valemi:

Termodünaamika teine ​​seadus

On mitmeid koostisi termodünaamika teine ​​seadus. Üks neist ütleb, et võimatu on soojusmasin, mis teeks tööd ainult tänu soojusallikale, s.t. ilma külmkapita. Maailma ookean võiks talle olla praktiliselt ammendamatu siseenergia allikas (Wilhelm Friedrich Ostwald, 1901).

Sellega on samaväärsed teised termodünaamika teise seaduse formuleeringud.

Clausiuse sõnastus(1850): protsess, mille käigus soojus kandub spontaanselt vähem kuumutatud kehadelt rohkem kuumenenud kehadele, on võimatu.

Thomsoni sõnastus(1851): võimatu on ringprotsess, mille ainsaks tulemuseks oleks töö tootmine termilise reservuaari siseenergia vähendamise teel.

Clausiuse sõnastus(1865): kõik spontaansed protsessid suletud mittetasakaalulises süsteemis toimuvad sellises suunas, milles süsteemi entroopia suureneb; termilise tasakaalu seisundis on see maksimaalne ja konstantne.

Boltzmanni sõnastus(1877): paljudest osakestest koosnev suletud süsteem läheb spontaanselt rohkem korrastatud olekust vähem järjestatud olekusse. Süsteemi spontaanne väljumine tasakaaluasendist on võimatu. Boltzmann tutvustas häire kvantitatiivset mõõdet süsteemis, mis koosneb paljudest kehadest - entroopia.

Ideaalse gaasiga töövedeliku soojusmasina kasutegur

Kui on antud soojusmasina töövedeliku mudel (näiteks ideaalne gaas), siis on võimalik arvutada töövedeliku termodünaamiliste parameetrite muutus paisumisel ja kokkutõmbumisel. See võimaldab arvutada soojusmasina efektiivsust termodünaamika seaduste alusel.

Joonisel on kujutatud tsüklid, mille kasutegurit saab arvutada, kui töövedelik on ideaalne gaas ja parameetrid on seatud ühe termodünaamilise protsessi ülemineku punktidesse teisele.

	Isobaar-isohooriline
	Isokooriline-adiabaatiline
	Isobaar-adiabaatiline
	Isobaarne-isohooriline-isotermiline
	Isobaarne-isohooriline-lineaarne

Carnot' tsükkel. Ideaalse soojusmasina kasutegur

Kõrgeim efektiivsus antud küttekeha temperatuuridel T küte ja külmkapp T külmal on soojusmootor, kus töövedelik paisub ja tõmbub kokku Carnot' tsükkel(joon. 2), mille graafik koosneb kahest isotermist (2–3 ja 4–1) ning kahest adiabaadist (3–4 ja 1–2).

Carnot’ teoreem tõestab, et sellise mootori kasutegur ei sõltu kasutatavast töövedelikust, seega saab selle arvutada ideaalse gaasi termodünaamiliste seoste abil:

Soojusmasinate keskkonnamõjud

Soojusmasinate intensiivne kasutamine transpordis ja energeetikas (soojus- ja tuumaelektrijaamad) mõjutab oluliselt Maa biosfääri. Kuigi inimelu Maa kliimale mõjutavate mehhanismide üle käivad teaduslikud vaidlused, toovad paljud teadlased välja tegurid, mille tõttu selline mõju võib tekkida:

1. Kasvuhooneefekt on süsinikdioksiidi (soojusmasinate küttekehade põlemisprodukt) kontsentratsiooni suurenemine atmosfääris. Süsinikdioksiid edastab Päikeselt nähtavat ja ultraviolettkiirgust, kuid neelab Maa infrapunakiirgust. See toob kaasa atmosfääri alumiste kihtide temperatuuri tõusu, orkaanituulte sagenemise ja globaalse jää sulamise.
2. Mürgiste heitgaaside otsene mõju elusloodusele (kantserogeenid, sudu, põlemisel tekkivad happevihmad).
3. Osoonikihi hävitamine lennukilendude ja rakettide stardi ajal. Atmosfääri ülemiste kihtide osoon kaitseb kogu elu Maal Päikese liigse ultraviolettkiirguse eest.

Väljapääs tekkivast ökoloogilisest kriisist peitub soojusmasinate kasuteguri tõstmises (tänapäevaste soojusmasinate kasutegur ületab harva 30%); töökorras mootorite ja kahjulike heitgaaside neutralisaatorite kasutamine; alternatiivsete energiaallikate (päikesepatareid ja küttekehad) ja alternatiivsete transpordivahendite (jalgrattad jne) kasutamine.