Effektiviteten af varme motorer. Effektiviteten af en forbrændingsmotor - Formula

Moderne realiteter kræver varmemaskiner bred drift. Talrige forsøg på at erstatte dem med elektriske motorer, mens de gennemgår fiasko. Problemerne i forbindelse med ophobning af magt i autonome systemer, er løst med stort besvær.

Stadig relevante problemer med fremstilling Batteriet teknologi baseret på deres brug langsigtet. Speed karakteristika for elbiler er langt fra dem i biler, forbrændingsmotorer.

De første skridt i skabelsen af hybrid motorer kan reducere de skadelige udledninger i storbyområder, løse miljøproblemer.

Lidt historie

Muligheden for omdannelse af energi af damp til kinetisk energi har været kendt siden oldtiden. 130 f.Kr.: Philosopher Geron Aleksandriysky præsenteret for publikum damp legetøj - eolipil. Sphere fyldt med damp, kom i rotation under indflydelse stammer fra hendes jetfly. Denne prototype af den moderne dampmaskine på tidspunktet for ansøgningen ikke fundet.

I mange år, og tallet filosof udvikling blev det anset for bare et sjovt legetøj. 1629 skabte den italienske D. Branca en proaktiv turbine. Par iværksætte skiven forsynet med blade.

Fra det øjeblik begyndte den hurtige udvikling af dampmaskiner.

varme motor

Omdannelsen af den indre energi af brændstoffet ind i energien af bevægelse af maskindele og mekanismer, der anvendes i forbrændingsmotorer.

Vigtigste dele af maskiner: et varmelegeme (system, som modtager energi udefra), arbejdskorpusset (udfører en gavnlig virkning), køleskab.

Ovnen er konstrueret til arbejdsfluidet at akkumulere nok bestand af det indre energi til nyttigt arbejde. Køleskab fjerner overskydende energi.

Den vigtigste egenskab ved effektivitet kaldes effektiviteten af varme motorer. Denne mængde viser, hvad en del af energi brugt i opvarmning af brugte til at udføre nyttigt arbejde. Jo højere virkningsgrad, den fordelagtige drift af maskinen, men denne værdi kan ikke overstige 100%.

Beregning af virkningsgrad

Lad varmelegeme eksternt erhvervet energi lig med _Q1. Værktøj krop engageret arbejde A, mens den energi givet køleskab var _Q2.

Baseret på den beslutsomhed, vi beregne værdien effektivitet:

η = A / _Q1. Vi antager, at A = _Q1 - _Q2.

Derfor effektivitet varmemaskinen, er hvis formel givet ved η = _(Q1 - _Q2) / Q ₁ = 1 - _Q2 / _Q1, tillader følgende konklusioner:

• Effektivitet kan ikke overstige 1 (eller 100%);
• at maksimere denne mængde skal øges i enten energi opnået fra et varmeapparat, eller et fald på energi givet køleskab;
• øge opvarmereffekt opnå en ændring af brændstofkvalitet;
• reducere energiforbruget, giver køleskabet, gør det muligt at opnå de design af motorerne.

En ideel varme motor

Er oprettelsen af en sådan motor mulig, effektiviteten af hvilket ville være den maksimale (i en ideel - svarende til 100%)? De finder svaret på dette spørgsmål forsøgte at fransk fysiker og en talentfuld ingeniør Sadi Carnot. I 1824 sine teoretiske beregninger om processer, der forekommer i gasserne blev frigivet.

Den grundlæggende idé, legemliggjort i en perfekt maskine, kan vi antage adfærd af reversible processer i idealgas. Startende med ekspansion af gassen isotermisk ved temperatur _T1. Mængden af varme, der kræves til dette formål, - Q _1. Efter gas uden at udvide varme (en adiabatisk proces). Efter at have nået den temperatur _T2, komprimeres gassen isotermt ved at lede køleskab energi _Q2. gas tilbage til sin oprindelige tilstand udføres adiabatisk.

Effektiviteten af en ideel Carnot varmemaskine med den nøjagtige beregning er forholdet mellem temperaturforskellen mellem opvarmning og afkøling enhed til en temperatur, som har et varmeapparat. Det ser således ud: η = _(T1 - _T2) / _T1.

Mulig termisk effektivitet af maskinen, hvilken formel har formen: η = 1 - T ₂ / _T1, kun afhænger af værdien af varmelegeme og køligere temperaturer og kan ikke være større end 100%.

Desuden dette forhold gør det muligt at bevise, at effektiviteten af forbrændingsmotorer kan være lig med én, når køleskabet absolutte nulpunkt temperatur. Som det er kendt, er denne værdi uopnåelige.

Teoretiske beregninger Carnot tillade at bestemme den maksimale virkningsgrad en varme motor i ethvert design.

Gennemprøvet carnots princip er som følger. Vilkårlig varme motor under ingen omstændigheder i stand til at have effektivitet højere end de samme værdier i en ideel varme motorens effektivitet.

Et eksempel på problemløsning

EKSEMPEL 1. Hvilken effektivitet af en ideel varmemaskine, når varmeren temperaturen er 800 C, og ^temperaturen i køleskabet 500 ^C under?

_T1 = 800 ^{° C} = 1073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

opløsning:

Definition: η = (T ₁ - _T2) / _T1.

Vi var ikke givet temperatur i køleskabet, men AT = (T ₁ - _T2), dermed:

η = AT / _T1 = 500 K / 1073K = 0,46.

Svar: effektivitet = 46%.

Eksempel 2. Bestem effektiviteten af en ideel varmemaskine, hvis på grund af energi erhvervet én kJ varmelegeme udført nyttigt arbejde 650 J. Hvad er temperaturen af varmeelementet af varmemaskinen hvis kølevandstemperatur -. 400 K?

_Q1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, _T2 = 400 K, η - ?, T ₁ =?

opløsning:

I denne opgave, er det en termisk installation, effektivitet, der kan beregnes efter formlen:

η = A / _Q1.

At bestemme temperaturen af varmeelementet efter formel effektivitet af en ideel varme motor:

η = (T ₁ - _T2) / _T1 = 1 - T ₂ / _T1.

Udførelse af matematiske transformationer, får vi:

_T1 = _T2 / (1- η).

_T1 = _T2 / (1- A / _Q1).

Vi beregner:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Svar: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

faktiske forhold

En ideel varme motor designet med de ideelle processer. Arbejdet udføres kun i isoterme processer, det er defineret som det område, der afgrænses af grafen for Carnot cyklus.

Faktisk at skabe betingelserne for strømmen af ændringer gas status i processen, uden ledsagende ændringer i temperatur kan ikke være. Ingen sådanne materialer, som ville udelukke varmeveksling med de omkringliggende objekter. Adiabatisk proces bliver umuligt at gennemføre. I tilfælde af varmeveksling gas temperatur må nødvendigvis ændres.

Effektiviteten af termiske maskiner oprettet i virkelige forhold adskiller sig væsentligt fra den ideelle effektivitet af motorer. Bemærk, at strømmen af processer i faste motorer sker så hurtigt, at variationen af det indre termisk energi af arbejdstiden stof i færd med at ændre dens volumen ikke kan kompenseres ved tilstrømning af varme mængde af et varmelegeme og en køler tilbagevenden.

Andre varme motorer

Rigtige motorer opererer på forskellige cyklusser:

• Otto cyklus konstant volumen proces med adiabatisk ændring, hvilket skaber et lukket kredsløb;
• Diesel cyklus isobar, adiabatisk, isochore, adiabatisk;
• en gasturbine: proces forekommer ved konstant tryk, adiabatiske erstattet lukker sløjfen.

Opret en ligevægt processer i reelle motorer (at bringe dem tættere på den ideelle) i moderne teknologi er det ikke muligt. Effektivitet varmemaskiner er betydeligt lavere, selv med de samme temperaturbetingelser som i det ideelle varmeindstilling.

Men det er ikke nødvendigt at reducere rolle udregningsformlen effektivitet af Carnot cyklus, som det er, bliver det et referencepunkt i processen for at forbedre effektiviteten af reelle motorer.

Måder at ændre effektiviteten

Gennem sammenligning af ideelle og faktiske varmemaskiner, skal det bemærkes at den sidste temperaturen i køleskabet kan ikke være vilkårlig. Normalt køleskab tro atmosfæren. At tage temperaturen af atmosfæren kan kun omtrentlige beregninger. Erfaringen viser, at kølemidlets temperatur er udstødningsgassen i motorer, som det sker i forbrændingsmotorer (forkortet som DVS).

DIC - den mest almindelige i vores verden af varme motor. Effektivitet varme motor i dette tilfælde afhænger af temperaturen skabt af brændende brændstof. Den væsentlige forskel fra DIC dampmaskiner er fusionen varmer funktioner og det transporterende indretningslegemet i en luft-brændstofblanding. Brændende blanding skaber pres på de bevægelige dele af motoren.

Raising arbejdsgassen temperatur opnås, signifikant at ændre egenskaberne af brændstoffet. Desværre er det umuligt at gøre uden begrænsninger. Alle konstruktionsmateriale motorens forbrændingskammer har sit smeltepunkt. Den termiske modstand af sådanne materialer - den grundlæggende egenskab af motoren, samt at væsentligt påvirke effektiviteten.

Værdier motorens effektivitet

Hvis vi ser på dampturbinen, temperaturen af den arbejdende damp indløb, som er lig med 800 K, og udstødningsgassen - 300 K, effektiviteten af maskinen er lig med 62%. Men i virkeligheden, denne værdi ikke overstiger 40%. Denne reduktion opstår på grund af varmetab under opvarmning turbinehus.

Den højeste værdi af effektiviteten af forbrændingsmotorer ikke overstiger 44%. Forøgelse denne værdi - spørgsmålet om den nærmeste fremtid. Ændring af materialers egenskaber, brændstof - det er et problem over hvilken beskæftiger de bedste hjerner i menneskeheden.