A hőmotorok működése és hatékonysága
A hőmotor működési elve
A téma az utolsó óra volt az első főtétele, ami komoly kapcsolat egy bizonyos mennyiségű hőt, ami átkerült egy része gáz, és az elvégzett munka ez a gáz a tágulás során. És most itt az ideje, hogy azt mondják, hogy ez a képlet az érdeklődés nem csak néhány elméleti számítások, hanem nagyon gyakorlati alkalmazása, mert a gáz a munka nem más, mint egy hasznos munkát, amit letölteni hő alkalmazásával motorokat.
Definíció. A termikus motor olyan eszköz, amelyben az üzemanyag belső energiája mechanikai munkává alakul (1. ábra).
Amint az az ábrán látható, a hõmotorok olyan eszközök, amelyek a fenti elven mûködnek, és hihetetlenül egyszerűek vagy nagyon összetettek.
Minden kivétel nélkül a hõmotorok funkcionálisan három összetevõre vannak osztva (lásd a 2. ábrát):
- hősugárzó
- Munkavállaló
- hűtőgép
Ábra. 2. A hőmotor működési diagramja (Forrás)
A fűtőelem az üzemanyag elégetésének folyamata, amely az égés során nagy mennyiségű hőforrást szállít a gázhoz, és magas hőmérsékletre melegíti. A forró gáz, ami a munkatest, a hőmérsékletnövelés és ennek következtében a nyomásnövelés következtében bővül. Természetesen, mivel mindig van hőátadás a motorházzal, a környezeti levegővel stb., A munka nem lesz számszerűen egyenlő az átadott hővel - az energia egy része a hűtőszekrénybe kerül, ami általában a környezet.
A legegyszerűbb módja egy egyszerű henger alakú, mozgatható dugattyú (pl. Egy belső égésű motor hengere) alatt előforduló folyamat elképzelése. Természetesen annak érdekében, hogy a motor működjön és érthető legyen, a folyamatnak ciklikusan, nem egyszer kell történnie. Ez azt jelenti, hogy minden egyes bővítés után a gáznak vissza kell térnie az eredeti helyzetébe (3. ábra).
Ábra. 3. Példa egy hőmotor ciklikus működésére (forrás)
Annak érdekében, hogy a gáz visszatérjen kiindulási helyzetébe, valamilyen munkát kell végeznie (a külső erők munkája). És mivel a gáz munkája megegyezik az ellenkező jelzésű gázzal végzett munkával, annak érdekében, hogy a gáz teljes egészében pozitív munkát végezhessen az egész ciklusban (különben a motorban nincs értelme), a külső erők munkája kisebb, mint a gáz munkája. Ez azt jelenti, hogy a P-V koordináták ciklikus folyamatának grafikonját úgy kell kinéznie, mint egy zárt hurkot óramutató járásával megegyező irányban. Ebben az állapotban a gáz munkája (a grafikon részeként, ahol a térfogat nő) több munkát végez a gázon (ahol a térfogat csökken) (4.
Ábra. 4. Példa a hőgépben folyó folyamat grafikonjára
Mivel egy bizonyos mechanizmusról beszélünk, meg kell mondani, mi a hatékonysága.
A modern technológiában széles körben alkalmazzák a különböző típusú hőmotorokat. A gázt vagy a magas hőmérsékletre melegített gázot a dugattyú, a hajtórúd és a főtengely segítségével forgatja a motor tengelye. Az ilyen motorokat turbináknak nevezik.
Gőzturbina rotorja
Hajtóberendezés legegyszerűbb gőzturbina ábrán látható 28. A meghajtó 5 tengely ültetett 4, a pereme, amelyek rögzített penge 2. A lapátok vannak elrendezve a cső körül - a fúvóka 1, amelybe gőzt áramlik a 3 kazán. A fúvókákból kilépõ gõzfúvók nagy nyomást gyakorolnak a pengékre, és a turbina lemezt egy gyors forgómozgásba vezetik.
Gőzturbina elrendezése
A modern turbinákban nem egy, hanem több tárcsát alkalmaznak, amelyek egy közös tengelyre vannak ültetve. A gőz egymás után áthalad az összes lemez kardán át, így mindegyikük energiájának egy részét adja.
A turbina erőművekben elektromos áramgenerátor csatlakozik. A turbina tengely forgási sebessége eléri a 3000 ford./perc-ot, ami nagyon kényelmes elektromos áram generátorok vezetésére.
Hazánkban több kilowattos és 120000 kW teljesítményű gőzturbinákat építenek.
A turbinákat hőerőművekben és hajókon használják.
Fokozatosan egyre nagyobb mértékben használják a gázturbinákat, amelyekben gáztermékeket használnak gőz helyett.
Bármely hőmotor mechanikus energiává alakul, csak az üzemanyag által kibocsátott energia egy kis része. A legtöbb üzemanyag energia nem hasznos, de elveszett a környező térben.
A hőmotor egy fűtőberendezésből, egy működő folyadékból és egy hűtőszekrényből áll. A gáz vagy a gőz, amely működő folyadék, bizonyos fűtést kap a fűtőberendezéstől. A munkaterület fűtött, bővíti és elvégzi a munkát a belső energia rovására. Az energia egy része a légkörbe - a hűtőszekrénybe kerül - a kipufogógázzal vagy a kipufogógázokkal együtt.
Nagyon fontos tudni, hogy az üzemanyag által kibocsátott energia mennyisége milyen mértékben hasznosítható a hőmotor számára. Minél több az energia ezen része, annál gazdaságosabb a motor.
A különböző motorok gazdaságának jellemzésére a motor CVD hatékonyságának koncepcióját vezették be.
A motor elvégzett hasznos munkájának és a fűtőtest energiájához viszonyított arányát a hőmotor hatékonysági együtthatójának nevezik.
A hatékonysági együtthatót η (görög "ez" betű) jelöli.
A termikus motor hatékonyságát a képlet határozza meg
ahol An a hasznos munka, Q1 a fűtőtestből érkező hő mennyisége, Q2 a hőt a hőtől kapott hőmennyiség, Q1 a Q2 az a hőmennyiség, amely bejutott a munkába. A hatékonyság százalékban kifejezve.
Például egy motor az üzemanyag elégetéséből felszabaduló összes energia felhasználásából a hasznos munka csupán egynegyedét fogyasztja. Ezután a motor hatékonysága ¼ vagy 25%.
A motor hatékonyságát rendszerint százalékban fejezzük ki. Mindig kevesebb, mint egy, azaz kevesebb, mint 100%. Például a belső égésű motorok hatékonysága 20-40%, a gőzturbinák valamivel magasabbak, mint 30%.
házi feladat
- Milyen hőforrásokat neveznek gőzturbináknak?
- Mi a különbség a turbinák és a dugattyús gépek elrendezésében?
- Milyen részei vannak a gőzturbina és hogyan működik?
- Miért csak a hőmotorokban az üzemanyag energiájának egy részét mechanikai energiává alakítják?
- Mi a hőmotor hatékonysága?
- Miért nem lehet több mint 100% -os motorhatás, de 100% -os is?
2. feladat: Problémák megoldása.
☝ Egy 30 kg-os, egy ferde sík mentén mozgó rakomány egyenletes mozgatásával 80 N erőt alkalmaztunk. Számítsuk ki a sík hatékonyságát, ha annak hossza 3,6 m és a magasság 60 cm.
☝ Mekkora a ferde sík hossza, ha 5 N erőt alkalmaztak 1 kg tömegű mozgatáskor? A ferde sík magassága 0,2 m, a hatékonyság pedig 80%.
☝ 300 kg terheléssel egy karral emelte a magassága 0,5 m. Ebben az esetben, a hosszú karján erő 500 N csatlakoztattunk kart és a megtámasztás csökkent 4 m. Számítsuk kart hatékonyságot.
☝ Milyen erőt alkalmaztak a hosszú karon 40% -os hatékonysággal, ha 100 kg súlyt emeltek 10 cm magasságig és a hosszú kar 50 cm-rel?
1. Az erőteljes mechanizmusokat nem gőzgép dugattyús gépekkel, hanem gőzturbinákkal állítják be. Végül is ugyanolyan erővel rendelkező dugattyús gépek nagy méretűek és súlyúak, és kisebb hatékonyságot mutatnak. Számos esetben ez technikailag kényelmetlen és gazdaságilag nem jövedelmező.
2. A gőzgép hatékonyságának növelése érdekében a gőzkazán falát vasból vagy rézből kell készíteni.
Ezek a fémek javítják a kazán hővezető képességét és ezáltal növelik hatékonyságát. By the way, a mérlegréteg ronthatja a kazán hővezető képességét, és rajta repedések keletkezését, végül a kazán károsodását, így a kazán méretének tisztításához szükséges.
A leckéhez csatolva a "A gőzturbinák találmánya és elosztása". A fájlt bármikor kényelmesen letöltheti.