Работу многих видов машин характеризует такой важный показатель, как КПД теплового двигателя. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при меньших затратах топлива давала бы максимальный результат от его использования.
Прежде чем разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного действия), необходимо понять, как же работает этот механизм. Без знания принципов его действия нельзя выяснить сущность этого показателя. Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Любая тепловая машина, превращающая тепловую энергию в механическую, использует тепловое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных двигателях возможно не только изменение объема вещества, но и формы тела. Действие такого двигателя подчинено законам термодинамики.
Для того чтобы понять, как же работает тепловой двигатель, необходимо рассмотреть основы его конструкции. Для функционирования прибора необходимы два тела: горячее (нагреватель) и холодное (холодильник, охладитель). Принцип действия тепловых двигателей (КПД тепловых двигателей) зависит от их вида. Зачастую холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — любой вид топлива, сгорающий в топке. КПД идеального теплового двигателя находится по такой формуле:
КПД = (Тнагрев. - Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.
При этом КПД реального двигателя никогда не сможет превысить значения, полученного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превысит вышеупомянутого значения. Чтобы повысить КПД, чаще всего увеличивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными условиями работы оборудования.
При функционировании теплового двигателя совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некой температуры. Последняя, как правило, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое специальное устройство предназначено для охлаждения с последующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника иногда ниже температуры окружающей среды.
В тепловом двигателе тело при нагревании и расширении не способно отдать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вместе с выхлопными газами или паром. Эта часть тепловой внутренней энергии неизбежно теряется. Рабочее тело при сгорании топлива получает от нагревателя определенное количество теплоты Q1. При этом оно еще совершает работу A, в ходе которой передает холодильнику часть тепловой энергии: Q21.
КПД характеризует эффективность двигателя в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель часто измеряется в процентах. Формула КПД:
η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — полезная работа.
Исходя из закона сохранения энергии, можно сделать вывод, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.
КПД двигателя — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде такой формулы:
η = (Q1-Q2)/ Q1, где Q1 — теплота, полученная от нагревателя, а Q2 — отданная холодильнику.
Работа, совершаемая тепловым двигателем, рассчитывается по такой формуле:
A = |QH| - |QX|, где А — работа, QH — количество теплоты, получаемое от нагревателя, QX — количество теплоты, отдаваемое охладителю.
КПД теплового двигателя (формула):
|QH| - |QX|)/|QH| = 1 - |QX|/|QH|
Он равняется отношению работы, которую совершает двигатель, к количеству полученной теплоты. Часть тепловой энергии при этой передаче теряется.
Максимальное КПД теплового двигателя отмечается у прибора Карно. Это обусловлено тем, что в указанной системе он зависит только лишь от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД теплового двигателя, работающего поциклу Карно, определяется по следующей формуле:
(Тн - Тх)/ Тн = - Тх - Тн.
Законы термодинамики позволили высчитать максимальный КПД, который возможен. Впервые этот показатель вычислил французский ученый и инженер Сади Карно. Он придумал тепловую машину, которая функционировала на идеальном газу. Она работает по циклу из 2 изотерм и 2 адиабат. Принцип ее работы довольно прост: к сосуду с газом подводят контакт нагревателя, вследствие чего рабочее тело расширяется изотермически. При этом оно функционирует и получает определенное количество теплоты. После сосуд теплоизолируют. Несмотря на это, газ продолжает расширяться, но уже адиабатно (без теплообмена с окружающей средой). В это время его температура снижается до показателей холодильника. В этот момент газ контактирует с холодильником, вследствие чего отдает ему определенное количество теплоты при изометрическом сжатии. Потом сосуд снова теплоизолируют. При этом газ адиабатно сжимается до первоначального объема и состояния.
В наше время существует много типов тепловых двигателей, которые работают по разным принципам и на различном топливе. У всех у них свой КПД. К ним относятся следующие:
• Двигатель внутреннего сгорания (поршневой), представляющий собой механизм, где часть химической энергии сгорающего топлива переходит в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные двигатели. У них может быть рабочий цикл непрерывного действия. По методу приготовления смеси топлива такие двигатели бывают карбюраторными (с внешним смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превышает показателя в 0,5.
• Двигатель Стирлинга — прибор, в котором рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью двигателя внешнего сгорания. Принцип его действия основан на периодическом охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие изменения его объема. Это один из самых эффективных двигателей.
• Турбинный (роторный) двигатель с внешним сгоранием топлива. Такие установки чаще всего встречаются на тепловых электрических станциях.
• Турбинный (роторный) ДВС используется на тепловых электрических станциях в пиковом режиме. Не так сильно распространен, как другие.
• Турбиновинтовой двигатель за счет винта создает некоторую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный двигатель (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.
• Ракетные, турбореактивные и реактивные двигатели, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.
• Твердотельные двигатели используют в качестве топлива твердое тело. При работе изменяется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования используется предельно малый перепад температуры.
Возможно ли повышение КПД теплового двигателя? Ответ нужно искать в термодинамике. Она изучает взаимные превращения разных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся тепловую энергию преобразовать в электрическую, механическую и т. п. При этом преобразование их в тепловую происходит без каких-либо ограничений. Это возможно из-за того, что природа тепловой энергии основана на неупорядоченном (хаотичном) движении частиц.
Чем сильнее разогревается тело, тем быстрее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще более беспорядочным. Наряду с этим все знают, что порядок можно легко превратить в хаос, который очень трудно упорядочить.
4u-pro.ru
Работу многих видов машин характеризует такой важный показатель, как КПД теплового двигателя. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при меньших затратах топлива давала бы максимальный результат от его использования.
Прежде чем разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного действия), необходимо понять, как же работает этот механизм. Без знания принципов его действия нельзя выяснить сущность этого показателя. Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Любая тепловая машина, превращающая тепловую энергию в механическую, использует тепловое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных двигателях возможно не только изменение объема вещества, но и формы тела. Действие такого двигателя подчинено законам термодинамики.
Для того чтобы понять, как же работает тепловой двигатель, необходимо рассмотреть основы его конструкции. Для функционирования прибора необходимы два тела: горячее (нагреватель) и холодное (холодильник, охладитель). Принцип действия тепловых двигателей (КПД тепловых двигателей) зависит от их вида. Зачастую холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — любой вид топлива, сгорающий в топке. КПД идеального теплового двигателя находится по такой формуле:
КПД = (Тнагрев. - Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.
При этом КПД реального двигателя никогда не сможет превысить значения, полученного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превысит вышеупомянутого значения. Чтобы повысить КПД, чаще всего увеличивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными условиями работы оборудования.
При функционировании теплового двигателя совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некой температуры. Последняя, как правило, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое специальное устройство предназначено для охлаждения с последующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника иногда ниже температуры окружающей среды.
В тепловом двигателе тело при нагревании и расширении не способно отдать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вместе с выхлопными газами или паром. Эта часть тепловой внутренней энергии неизбежно теряется. Рабочее тело при сгорании топлива получает от нагревателя определенное количество теплоты Q1. При этом оно еще совершает работу A, в ходе которой передает холодильнику часть тепловой энергии: Q2<Q1.
КПД характеризует эффективность двигателя в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель часто измеряется в процентах. Формула КПД:
η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — полезная работа.
Исходя из закона сохранения энергии, можно сделать вывод, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.
КПД двигателя — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде такой формулы:
η = (Q1-Q2)/ Q1, где Q1 — теплота, полученная от нагревателя, а Q2 — отданная холодильнику.
Работа, совершаемая тепловым двигателем, рассчитывается по такой формуле:
A = |QH| - |QX|, где А — работа, QH — количество теплоты, получаемое от нагревателя, QX — количество теплоты, отдаваемое охладителю.
КПД теплового двигателя (формула):
|QH| - |QX|)/|QH| = 1 - |QX|/|QH|
Он равняется отношению работы, которую совершает двигатель, к количеству полученной теплоты. Часть тепловой энергии при этой передаче теряется.
Максимальное КПД теплового двигателя отмечается у прибора Карно. Это обусловлено тем, что в указанной системе он зависит только лишь от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, определяется по следующей формуле:
(Тн - Тх)/ Тн = - Тх - Тн.
В наше время существует много типов тепловых двигателей, которые работают по разным принципам и на различном топливе. У всех у них свой КПД. К ним относятся следующие:
• Двигатель внутреннего сгорания (поршневой), представляющий собой механизм, где часть химической энергии сгорающего топлива переходит в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные двигатели. У них может быть рабочий цикл непрерывного действия. По методу приготовления смеси топлива такие двигатели бывают карбюраторными (с внешним смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превышает показателя в 0,5.
• Двигатель Стирлинга — прибор, в котором рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью двигателя внешнего сгорания. Принцип его действия основан на периодическом охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие изменения его объема. Это один из самых эффективных двигателей.
• Турбинный (роторный) двигатель с внешним сгоранием топлива. Такие установки чаще всего встречаются на тепловых электрических станциях.
• Турбинный (роторный) ДВС используется на тепловых электрических станциях в пиковом режиме. Не так сильно распространен, как другие.
• Турбиновинтовой двигатель за счет винта создает некоторую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный двигатель (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.
• Ракетные, турбореактивные и реактивные двигатели, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.
• Твердотельные двигатели используют в качестве топлива твердое тело. При работе изменяется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования используется предельно малый перепад температуры.
Возможно ли повышение КПД теплового двигателя? Ответ нужно искать в термодинамике. Она изучает взаимные превращения разных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся тепловую энергию преобразовать в электрическую, механическую и т. п. При этом преобразование их в тепловую происходит без каких-либо ограничений. Это возможно из-за того, что природа тепловой энергии основана на неупорядоченном (хаотичном) движении частиц.
Чем сильнее разогревается тело, тем быстрее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще более беспорядочным. Наряду с этим все знают, что порядок можно легко превратить в хаос, который очень трудно упорядочить.
загрузка...
aikido-mariel.ru
Работу многих видов машин охарактеризовывает таковой принципиальный показатель, как КПД термического мотора. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при наименьших издержек горючего давала бы наибольший итог от его использования.
До того как разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного деяния), нужно осознать, как работает этот механизм. Без познания принципов его деяния нельзя узнать суть этого показателя. Термическим движком именуют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Неважно какая термическая машина, превращающая термическую энергию в механическую, употребляет термическое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных движках может быть не только лишь изменение объема вещества, да и формы тела. Действие такового мотора подчинено законам термодинамики.
Для того чтоб осознать, как работает термический движок, нужно разглядеть базы его конструкции. Для функционирования прибора нужны два тела: горячее (нагреватель) и прохладное (холодильник, охладитель). Принцип деяния термических движков (КПД термических движков) находится в зависимости от их вида. Часто холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — хоть какой вид горючего, сгорающий в топке. КПД безупречного термического мотора находится по таковой формуле:
КПД = (Тнагрев. — Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.
При всем этом КПД реального мотора никогда не сумеет превысить значения, приобретенного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превзойдет вышеупомянутого значения. Чтоб повысить КПД, в большинстве случаев наращивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными критериями работы оборудования.
При функционировании термического мотора совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некоторой температуры. Последняя, обычно, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое особое устройство создано для остывания с следующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника время от времени ниже температуры среды.
В термическом движке тело при нагревании и расширении не способно дать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вкупе с выхлопными газами либо паром. Эта часть термический внутренней энергии безизбежно пропадает. Рабочее тело при сгорании горючего получает от нагревателя определенное количество теплоты Q1. При всем этом оно еще совершает работу A, в процессе которой передает холодильнику часть термический энергии: Q2<Q1.
КПД охарактеризовывает эффективность мотора в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель нередко измеряется в процентах. Формула КПД:
η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — нужная работа.
Исходя из закона сохранения энергии, можно прийти к выводу, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.
КПД мотора — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде таковой формулы:
η = (Q1-Q2)/ Q1, где Q1 — теплота, приобретенная от нагревателя, а Q2 — отданная холодильнику.
Работа, совершаемая термическим движком, рассчитывается по таковой формуле:
A = |QH| — |QX|, где А — работа, QH — количество теплоты, получаемое от нагревателя, QX — количество теплоты, отдаваемое охладителю.
КПД термического мотора (формула):
|QH| — |QX|)/|QH| = 1 — |QX|/|QH|
Он приравнивается отношению работы, которую совершает движок, к количеству приобретенной теплоты. Часть термический энергии при этой передаче пропадает.
Наибольшее КПД термического мотора отмечается у прибора Карно. Это обосновано тем, что в обозначенной системе он зависит только только от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД термического мотора, работающего по циклу Карно, определяется по последующей формуле:
(Тн — Тх)/ Тн = — Тх — Тн.
Законы термодинамики позволили рассчитать наибольший КПД, который вероятен. В первый раз этот показатель вычислил французский ученый и инженер Сади Карно. Он вымыслил термическую машину, которая работала на безупречном газу. Она работает по циклу из 2 изотерм и 2 адиабат. Принцип ее работы достаточно прост: к сосуду с газом подводят контакт нагревателя, вследствие чего рабочее тело расширяется изотермически. При всем этом оно работает и получает определенное количество теплоты. После сосуд теплоизолируют. Невзирая на это, газ продолжает расширяться, но уже адиабатно (без термообмена с окружающей средой). В это время его температура понижается до характеристик холодильника. В этот момент газ контактирует с холодильником, вследствие чего дает ему определенное количество теплоты при изометрическом сжатии. Позже сосуд опять теплоизолируют. При всем этом газ адиабатно сжимается до начального объема и состояния.
В наше время существует много типов термических движков, которые работают по различным принципам и на различном горючем. У всех у их собственный КПД. К ним относятся последующие:
• Бензиновый двигатель (поршневой), представляющий из себя механизм, где часть хим энергии сгорающего горючего перебегает в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные движки. У их может быть рабочий цикл непрерывного деяния. По способу изготовления консистенции горючего такие движки бывают карбюраторными (с наружным смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их делят на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превосходит показателя в 0,5.
• Движок Стирлинга — прибор, в каком рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью мотора наружного сгорания. Принцип его деяния основан на повторяющемся охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие конфигурации его объема. Это один из самых действенных движков.
• Турбинный (роторный) движок с наружным сгоранием горючего. Такие установки в большинстве случаев встречаются на термических электростанциях.
• Турбинный (роторный) ДВС употребляется на термических электростанциях в пиковом режиме. Не так очень всераспространен, как другие.
• Турбиновинтовой движок за счет винта делает некую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный движок (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.
• Ракетные, турбореактивные и реактивные движки, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.
• Твердотельные движки употребляют в качестве горючего жесткое тело. При работе меняется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования употребляется максимально малый перепад температуры.
Может быть ли увеличение КПД термического мотора? Ответ необходимо находить в термодинамике. Она изучает обоюдные перевоплощения различных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся термическую энергию конвертировать в электронную, механическую и т. п. При всем этом преобразование их в термическую происходит без каких-то ограничений. Это может быть из-за того, что природа термический энергии базирована на неупорядоченном (беспорядочном) движении частиц.
Чем посильнее разогревается тело, тем резвее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще больше хаотичным. Вместе с этим все знают, что порядок можно просто перевоплотить в хаос, который очень тяжело упорядочить.
tipsboard.ru
