Účinnost tepelného motoru. Vzorec účinnosti tepelného motoru

Výkon mnoha typů strojů je charakterizován tak důležitým ukazatelem jako účinnost tepelného motoru. Inženýři každý rok usilují o vytvoření pokročilejších technik, které při nižších nákladech na pohonné hmoty poskytnou maximální využití.

Zařízení tepelného motoru

Než pochopíte, jaká účinnost je (účinnost), musíte pochopit, jak tento mechanismus funguje. Bez znalosti zásad jeho fungování není možné objasnit podstatu tohoto ukazatele. Tepelný motor je zařízení, které pracuje s využitím vnitřní energie. Jakýkoliv tepelný stroj, který se otáčí tepelná energie v mechanickém použití tepelná roztažnost látky se stoupající teplotou. U pevných motorů je možné nejen měnit objem hmoty, ale i tvar těla. Činnost takového motoru podléhá zákonům termodynamiky.

Princip fungování

Abychom pochopili, jak funguje tepelný motor, je třeba vzít v úvahu jeho konstrukci. Pro fungování zařízení jsou potřebná dvě tělesa: horká (ohřívač) a studená (chladnička, chladič). Princip fungování tepelných motorů (účinnost tepelných motorů) závisí na jejich typu. Často kondenzátor je kondenzátor páry a ohřívač je jakýkoliv druh spalování paliva v peci. Účinnost ideálního tepelného motoru je dána následujícím vzorcem:

Účinnost = (vytápění - chlazení) / vytápění. x 100%.

V tomto případě nemůže účinnost skutečného motoru nikdy překročit hodnoty získané podle tohoto vzorce. Také toto číslo nikdy nepřekročí výše uvedenou hodnotu. Pro zvýšení účinnosti nejčastěji zvyšuje teplotu ohřívače a snižuje teplotu chladničky. Oba tyto procesy budou omezeny skutečnými provozními podmínkami zařízení.

Účinnost tepelného motoru (vzorec)

Když je topný motor funkční, pracuje se, protože plyn začíná ztrácet energii a je ochlazen na určitou teplotu. Ta druhá je zpravidla o několik stupňů vyšší než okolní atmosféra. To je teplota chladničky. Toto speciální zařízení je určeno k chlazení s následnou kondenzací odsávací páry. Pokud jsou kondenzátory, teplota chladničky je někdy nižší než teplota okolí.

V tepelném motoru se tělo při zahřátí a rozšiřování nemůže vypořádat s celou svou vnitřní energií. Část tepla bude přenesena do chladničky společně s výfukových plynů nebo páry. Tato část tepelného vnitřní energie je nevyhnutelně ztracena. Pracovní těleso při spalování paliva přijímá z ohřívače určité množství tepla Q.₁. Současně stále funguje A, během něhož přenáší část tepelné energie do chladničky: Q₂₁.

Účinnost charakterizuje účinnost motoru v oblasti přeměny a přenosu energie. Tento ukazatel je často měřen v procentech. Vzorec účinnosti:

eta- * A / Qx100%, kde Q je vynaložená energie a A je užitečná práce.

V návaznosti na zákon o zachování energie můžeme usoudit, že účinnost bude vždy menší než jednota. Jinými slovy, užitečná práce nikdy nebude víc než energie vynaložená na to.

Efektivita motoru je poměr užitečné práce k energii hlášené ohřívačem. Může být reprezentován ve formě následujícího vzorce:

eta- = (Q₁-Q₂) / Q₁, kde Q₁ - teplo získané z ohřívače a Q₂ - dané do ledničky.

Provoz tepelného motoru

Práce prováděné tepelným motorem jsou vypočteny podle následujícího vzorce:

A = | Q_H| |. | - | Q_X|, kde A je dílo, Q_H - množství tepla z ohřívače, Q_X - množství tepla dané chladiči.

Účinnost tepelného motoru (vzorec):

| Q_H| |. | - | Q_X|) / | Q_H| |. | = 1 - | Q_X| / | Q_H| |. |

To se rovná poměru práce vykonávané motorem na množství přijatého tepla. Část tepelné energie v tomto přenosu je ztracena.

Carnot motor

Maximální účinnost tepelného motoru je zaznamenána v zařízení Carnot. To je způsobeno skutečností, že v tomto systému závisí pouze na absolutní teplotě ohřívače (Tn) a chladiče (Tx). Účinnost tepelného motoru pracuje Carnot cyklus, se určuje podle následujícího vzorce:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Zákony termodynamiky umožnily vypočítat maximální možnou účinnost. Poprvé tento údaj vypočítala francouzský vědec a inženýr Sadi Carnot. Přišel s tepelným motorem, který fungoval na ideálním plynu. Pracuje na cyklu 2 izotermů a 2 adiabátů. Princip fungování je velmi jednoduchý: kontakt s ohřívačem je proveden s kontaktem ohřívače, takže pracovní médium se rozšiřuje izotermicky. Při tom funguje a přijímá určité množství tepla. Po izolaci nádoby. Navzdory tomu se plyn nadále rozšiřuje, ale již adiabaticky (bez výměny tepla s prostředím). Tehdy teplota klesne do chladničky. V tomto okamžiku se plyn dostává do kondenzátoru, což mu dodává určité množství tepla za izometrické komprese. Poté je nádoba znovu izolována. Plyn je adiabaticky komprimován na původní objem a stav.

Odrůdy

V současné době existuje mnoho typů tepelných motorů, které fungují na různých principech a na různých palivech. Všichni mají svou vlastní účinnost. Jedná se o následující:

• Spalovací motor (píst), což je mechanismus, kde část chemické energie spalovacího paliva přechází do mechanické energie. Taková zařízení mohou být plynná a kapalná. Rozlišujte mezi dvoutaktními a čtyřtaktními motory. Mohou mít nepřetržitý pracovní cyklus. Metodou přípravy směsi paliva jsou tyto motory karburátor (s vnější směsí) a diesel (s vnitřním). Typy energetického měniče jsou rozděleny na píst, reaktivní, turbínu, kombinovanou. Účinnost takových strojů nepřesahuje 0,5.

• Stirlingův motor je nástroj, ve kterém je pracovní médium v ​​uzavřeném prostoru. Jedná se o druh externího spalovacího motoru. Princip činnosti je založen na pravidelném chlazení / ohřevu těla s výrobou energie v důsledku změny jeho objemu. Jedná se o jeden z nejúčinnějších motorů.

• Turbínový (rotační) motor s externím spalováním paliva. Taková zařízení se nejčastěji vyskytují u tepelných elektráren.

• Turbínová (rotační) ICE se používá v tepelných elektrárnách v špičkovém režimu. Ne tak běžné jako ostatní.

• Turbínový motor díky šroubu vytváří určitou část tahu. Zbytek, který obdrží kvůli výfukovému plynu. Jeho konstrukce je rotačním motorem (plynová turbína), na hřídeli, do kterého je vložen vzduchový šroub.

Jiné typy tepelných motorů

• raketa, turbodmychadlo a proudové motory, které přivádějí trakci zpětným proudem výfukových plynů.

• Solidní motory používají jako palivo pevnou látku. Při práci se jeho objem nezmění, ale jeho tvar. Při provozu zařízení se používá velmi malý pokles teploty.

Jak zlepšit efektivitu

Je možné zvýšit účinnost tepelného motoru? Odpověď musí být hledána v termodynamice. Studuje vzájemné přeměny různých typů energie. Je zjištěno, že je nemožné přeměnit veškerou dostupnou tepelnou energii na elektrickou, mechanickou, atd. Současně se jejich transformace na tepelnou energii uskutečňuje bez omezení. To je možné díky skutečnosti, že povaha tepelné energie je založena na neuspořádaném (chaotickém) pohybu částic.

Čím víc ohřívá tělo, tím rychleji se budou pohybovat molekuly, které ho tvoří. Pohyb částic bude ještě nepravděpodobnější. Spolu s tím všichni ví, že pořadí může být snadno změněno v chaos, což je velmi obtížné objednat.