Попаданцу НЕ на заметку — Альтернативная История

Главная » Гражданская техника » Попаданцу НЕ на заметку

в Избранноев Избранномиз Избранного 11

Здравствуйте. Размещаю данную статью с Яндекс Дзена в ответ на пост уважаемого коллеги Сергея Сталка «Попаданцу в копилку: хорошее дело Запорожцем не назовут». Данная статья рассказывает о истории калоризаторных двигателей (или полу дизелей). Посыл статьи, размещенной Сергеем, не понравился — с юмором и стебом издеваются над трудом предков. Посмотрел бы я что смог сделать автор статьи кроме как пиз…. с дивана. люди в довольно не простых условиях делали ДЕЛО, так как они его понимали. Извините за эмоции. Я работал на заводе который производил эти трактора после переноса производства из Кичкасса. А в совхозе, где я жил до техникума, такой трактор использовали до начала 70х годов для пахоты личных огородов (правда потом сдали на металлолом по неизвестной мне причине).

Англия — родина первого нефтяного двигателя

Реклама двигателей «Хорнсби-Акройд»

Первые калоризаторные двигатели выпускались с 1891 года в Англии фирмой Richard Hornsby & Sons. Авторство на эти двигатели принадлежит англичанину  Герберту Акройду Стюарту, заключившему в 1891 году эксклюзивный контракт на их производство с вышеупомянутой фирмой. Эти двигатели получили известность, как «нефтяные двигатели  Хорнсби-Акройда» (Hornsby-Akroyd engine) . С 1891 по 1905 год фирмой было выпущено более 32 000 двигателей.

Двигатель с калоризатором и водяным охлаждением

Эти двигатели еще называют полудизельными двигателями из-за сходства их принципа работы с двигателем Дизеля: в обеих конструкциях используется непосредственный впрыск топлива и воспламенение при сжатии. Разница — в наличии калоризатора (иначе -калильная головка, калильная камера, вапурайзер, hot bulb, запальный шар), т.е. дополнительной камеры с раскаленными стенками или раскаленного элемента. За это двигатель получил еще одно название: «Hot Bulb Engine», что буквально переводится, как «двигатель с горячим шаром». Иногда слово Bulb переводят, как «лампа».

«Hot bulb» нагревалась докрасна паяльной лампой перед пуском двигателя. Затем в камеру подавалось топливо и крутился вручную маховик. Топливо испарялось при соприкосновении с горячими стенками калильной камеры, пары смешивались с воздухом, поступающим в головку через дроссель и воспламенялись, нагревшись от стенки камеры и от сжатия. Для поджига топлива не требовалось высокая степень сжатия, как у двигателей Дизеля и, следовательно, не нужно было высокое давление впрыска топлива, т.к. давление сжатия калоризаторного двигателя — около 5 атмосфер, в то время как давление сжатия в дизельном двигателе —  от 40 атмосфер.

Двигатель с традиционной калильной головкой (поз. 6 на чертеже).

Таким образом, достоинства нефтяного «полудизеля» вполне очевидны: 1) простота в изготовлении, 2)всеядность (могли использоваться природный газ, мазут, керосин, сырая нефть, растительное масло или креозот) 3) Легкость запуска в холодном климате

Недостатки, впрочем, тоже имелись, и немаленькие: 1) Перед запуском необходимо было нагревать калильную головку паяльной лампой, а это потеря 20-30 минут. 2) Низкий КПД двигателя (около 12%) из-за непродуваемой камеры калоризатора и малой степени сжатия  3) Сильные вибрации и низкооборотистость, необходимость применения массивного маховика 4) повышенная пожароопасность 5) невозможность регулирования оборотов.

Массово подобные двигатели выпускались до 30-х годов, а полностью выпуск  прекратился лишь в 50-х годах, находя успешное применение в определенных отраслях народного хозяйства, таких, как стационарные приводы различных сельскохозяйственных машин и судовые двигатели, подкупая своей нетребовательностью к топливу, простотой ремонта и обслуживания.

Эволюция калоризаторов

Трактор LANZ BULLDOG. Hot Bulb накаляется открытым пламенем.

Простейшая калильная головка «нефтянок» представляла собой обычную герметичную полость, которую надо было нагревать открытым пламенем (как на фото выше. Охлаждение водой в ранних двигателях отсутствовало. Это вызывало определенные проблемы, т.к. нерегулируемая температура головки могла достигнуть высоких значений, из-за чего воспламенение топливной смеси начиналось раньше времени. Напротив, на холостом ходу камера могла остыть и перестать воспламенять смесь.

Для нормальной работы двигателя необходимо было поддерживать температуру калоризатора в пределах 330 — 600°. При более низкой температуре топливо не воспламенится, либо произойдёт поздняя вспышка; при температуре выше указанной — произойдёт преждевременная вспышка, что приведёт к снижению мощности двигателя.

При работе двигателя с нагрузкой в цилиндр каплями подавали воду для охлаждения, а при малой нагрузке, наоборот — прикрывали подсос воздуха, чтобы калоризатор совсем не остыл.

Двигатель с запальником (поз.1 на чертеже)

В 1892 году Стюарт получил патент на калильную головку с водяным охлаждением. Это сразу позволило поднять степень сжатия и мощность двигателя.

Пожалуй, классикой Hot-bulb-калоризаторов  можно назвать изделия немецкой фирмы Lanz. На народном немецком тракторе Lanz-Bulldog 12 PS выпуска 1921 года (на фото выше), оснащенном одноцилиндровым калильным двигателем,  можно видеть калоризатор в виде полусферической головки в передней части двигателя в разрезе. Видны полости для охлаждающей жидкости, чаша для сбора и горения топлива, лючок для прогрева чаши паяльной лампой.

Также получили распространение  двигатели с т.н. запальником. В англоязычной литературе запальник именуется «Hot-tube». Он представляет из себя быстросъемный элемент, который накаляется в снятом виде, затем вводится в камеру сгорания и двигатель заводится (см. на последнем чертеже выше).

Русские полудизеля

Выпуск двигателя системы Дизеля могли осилить единицы — в начале 20 века это были завод Людвига Нобеля, да Коломенский машиностроительный, в то время как выпустить нефтяной двигатель с калоризатором могли позволить себе даже небольшие провинциальные заводики.

Из малых русских производителей среди многих выделяются две личности, как наиболее широко освещенные и мифологизированные в русскоязычной литературе: Блинов и Мамин, оба родом из села Балаково.

Именно поэтому в России получили широкую популярность «нефтянки» за простоту и дешевизну. Часто такие двигатели называли, да и сейчас продолжают называют «Болиндерами», — по названию шведской компании, одной из первых начавшей массово производить такие двигатели как для хозяйственных нужд, так и для судов. На черноморском флоте есть даже такой термин — «болиндер» — т.е. баржа, оснащенная двигателем этой конструкции.

Вот весьма поучительный и веселый отрывок из морской байки про болиндер, взятый с сайта flot.com:

Двухтактный двигатель системы «Болиндер» — это замечта ательное творение человеческого гения. Как и двигатель Дизеля, он не требует электрического зажигания, но в отличие от «дизеля» может работать даже на сырой нефти! Для запуска «Болиндера» в специальное отверстие крышки единственного цилиндра ввинчивают стальной конус с резьбой у основания и шаровидным расширением на конце. Шар предварительно разогревают почти до белого каления, и сразу после ввинчивания конуса быстро раскручивают маховик двигателя. В дальнейшем двигатель работает неторопливо, но зато безостановочно, с характерным звонким «бонг-бонг». Только топливо подавай. Причём бывалые люди говорят, что если к топливу подмешать воды или просто помочиться в топливный бак, то «Болиндер» работает ещё лучше!О своём первом знакомстве с двигателем «Болиндер» мне рассказал командир моего катера мичман Дорогой. Эта история произошла с ним ещё до войны, он тогда только-только пришёл в дивизион зелёным матросом-салагой, и был объектом всяких нехитрых флотских розыгрышей. Например, затачивал напильником лапы якоря на барже и осаживал кувалдой кнехты на причале, бегал по базе с пустым пожарным ведром в поисках швартовой бочки, из которой должен был налить полведра девиации для кока, и т.д.

Однажды Дорогого разбудили среди ночи и велели идти на баржу, чтобы помочь запустить двигатель. Подозревая очередной розыгрыш, Дорогой осторожно спустился в трюм баржи по скоб-трапу и остановился в нерешительности на скользком от мазута полу. Трюм был едва освещён тусклым красноватым светом мазутного факела, коптящего в углу. Около факела какой-то человек накачивал меха небольшого кузнечного горна. Вдруг этот человек выхватил из горна длинными кузнечными щипцами что-то раскалённое, и побежал прямо на Дорогого с криком «С дороги!» и лексическими добавками. Дорогой испуганно шарахнулся в сторону, и упал прямо на группу сидящих на корточках людей, которых вначале не заметил. Эти люди критически оценили поведение Дорогого, снабдив оценку для убедительности лексическими добавками. Человек со щипцами крикнул: «Крутите!» (с лексическими добавками). Все кинулись к большому маховику, около которого замешкавшемуся Дорогому не хватило места. Со второй попытки двигатель заработал и все пошли досыпать.

Блиновы

Известно, что создатель первого в России опытного образца гусеничного трактора на паровой тяге,  русский промышленник и изобретатель, бывший крепостной крестьянин Федор Блинов гораздо больший успех снискал в создании пожарных насосов и двигателей. В то время, как его «самоход с бесконечными рельсами» был отнесен на нескольких промышленных выставках в разряд никчемных диковинок, за пожарный насос изобретатель в 1889 году получил серебрянную медаль, в 1890-х — бронзовую.

В России конца 19 века получили большое распространение дешевые и достаточно несовершенные даже по тем временам нефтяные двигатели, оснащенные простой калильной головкой (или открытым калоризатором) без водяного охлаждения. Помимо пожароопасности, данные двигатели развивали меньшую мощность по сравнению с более совершенными двигателями с охлаждаемым калоризатором. Зачем нужно охлаждение — см. выше вторую главу «Эволюция калоризаторов».

В 1899 году, в возрасте 68 лет, Блинов решает применить вместо открытой калильной головки т.н. запальник, т.е. предварительно раскаленный элемент, помещаемый через крышку в запальную камеру. Как уже говорилось выше, эта система уже применялась в Европе англичанами и шведами.

На собственном заводе со старообрядческим названием “Фабрика нефтяных двигателей и пожарных насосов “Благословение” П. Ф. Блинова” младший сын Ф. Блинова Порфирий начинает производить двигатели с запальником.

Уже после смерти отца, в 1903-м году, Порфирий подает заявку на патент, и в 1909-м получает привилегию. В части, посвященной описанию запальника, говорится:

“Выпаритель для работающих взрывом двигателей, характеризующийся совокупным применением двухстенной коробки, охлаждаемой водой, и металлического бруска, нагреваемого перед пуском в ход двигателя и помещенного внутрь коробки…”

Изобретение первого в мире запальника в отечественной литературе настойчиво приписывают Блинову, хотя в английской линейке нефтяных двигателей существуют такие же модели, но запальник там именуется «Hot tube«, т.е. «горячая трубка». Кроме того, широко известен калоризаторный двигатель системы Болиндера с запальником, о нем как раз шла речь в предыдущей главе.

По воспоминаниям внучки Ф.Блинова, среди бумаг и книг деда она видела множество периодической английской патентной литературы конца 19 века. Скорее всего, оттуда Блинов и подчерпнул идею запальника.

Мамин

Запальник Мамина, 20-е годы.

Параллельно продолжил дело Ф. Блинова и его ученик, Яков Мамин вместе с братом Иваном на собственном предприятии — «Чугуно-литейном механическом заводе братьев Я. и И. Маминых«.

В 1903 году на предприятии Я. и И. Маминых был сделан первый двигатель мощностью 9,5 лошадиных сил на базе двигателя английской фирмы “Хорнсби”. Двигатель Маминых работал на нефти.

В 1904 году Мамины подали заявку на изобретение, а в 1908 году получили привилегию и патент № 14061 на двигатель, который назвали “Русский Дизель”. Все эти годы на заводе выпускались нефтяные двигатели мощностью от 3,5 до 30 лошадиных сил.

После революции 1917 года, Мамин продолжал конструировать двигатели, и  известен ряд его предложений по модернизации запальника с тем, чтобы добиться оптимального температурного режима.

Двигатели с запальником, в том числе и конструкции Мамина, работали в народном хозяйстве вплоть до 60-х годов 20 века и славились своей всеядностью и ремонтопригодностью в полевых условиях.

Статья взята у Русского техника: https://zen.yandex.ru/media/rustechnic/istoriia-dizelnyh-dvigatelei-chast-2-5a3ce061ad0f227b53088842

26 августа – день в истории: Двигатель внутреннего сгорания

26 августа 1801 года французский инженер профессор механики в Школе мостов и дорог в Париже Филипп Лебон оформил патент на конструкцию газового двигателя. Движущая сила возникала после взрыва газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра — у человечества появился двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Поиск альтернативы тепловым (паровым) машинам начался фактически сразу после их появления. К этому подталкивала сама их несовершенная конструкция. С одной стороны, они обладали большими габаритами и массой из-за применения внешнего оборудования для обеспечения сгорания топлива и поддержания давления пара. А с другой — функциональная часть паровой машины (поршень и цилиндр) сравнительно невелика. Данное противоречие постоянно побуждало мысль изобретателей к поиску возможности совмещения процесса сгорания топлива с рабочим телом двигателя. Всех перспектив такого прорыва разум человека конца XVIII века представить не мог, но было ясно, что решение проблемы позволит значительно уменьшить габариты и вес двигателя и интенсифицировать процессы впуска и выпуска рабочего тела. Однако, чтобы такое стало осуществимым, сначала нужно было решить вопрос с подходящим топливом. Без этого любой прогресс в области ДВС просто невозможен. Именно топливо определяет устройство двигателя, его габариты и характеристики, да и саму возможность его создания. И первым таким топливом стал светильный газ.

Он был открыт французским инженером Филиппом Лебоном (1769−1804), который в 1799 году получил патент на использование и способ получения этого газа путём сухой перегонки древесины или угля. Данное открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако вскоре Лебон понял, что его светильный газ можно использовать не только для освещения. Изобретателю пришла в голову мысль взяться за конструирование двигателя, способного заменить паровую машину. Основным требованием к конструкции такого агрегата было сгорание топлива не во внешней топке, а непосредственно в цилиндре двигателя. Через два года работа Лебона, который к тому времени получил звание профессора механики в парижской Школе мостов и дорог, дала результат. 26 августа 1801 года он оформил патент на конструкцию своего газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на уже известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Для полезного использования этого явления в двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. Таким образом, в руках 32-летнего французского профессора оказалась хоть и несовершенная, но вполне действующая первая в истории модель двухтактного ДВС.

Если бы провидение подарило этому талантливому изобретательному французскому инженеру долгую жизнь, то вполне вероятно, что человечество значительно раньше пересело бы из конных экипажей в автомобили и поднялось в воздух на первых аэропланах. Однако Лебону было не суждено продолжить работы по усовершенствованию своего творения — в 1804 году он был убит.

Работы над двигателем, работающим на светильном газе, продолжил бельгийский механик Жан Этьен Ленуар. Он значительно усовершенствовал конструкцию и первым применил электрическую искру для воспламенения газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра. Также он первым снабдил свой двигатель водяной системой охлаждения и применил систему смазки. Двигатель Ленуара, который окончательно был сконструирован в 1860 году, имел мощность около 12 л. с. с КПД около 3,3%.

Первый работоспособный бензиновый двигатель появился только через двадцать лет. Вероятно, первым его изобретателем можно считать русского конструктора Огнеслава Костовича, предоставившего работающий прототип бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается слабо освещенным.

В Европе в создание бензиновых двигателей наибольший вклад внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. В 1882 году он и его друг Вильгельм Майбах приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом. В 1883 году ими был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр.

Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки. А в 1885 году Даймлер и Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Они использовали его для создания первого мотоцикла в 1885-м, а в 1886 году — на первом автомобиле. Человечество вступило в новую эру.

Тепловой двигатель: определение, типы и примеры

Тепловые двигатели окружают вас повсюду. От автомобиля, на котором вы едете, до холодильника, в котором ваша еда охлаждается, до систем отопления и охлаждения вашего дома — все они работают на основе одних и тех же ключевых принципов.

Целью любой тепловой машины является преобразование тепловой энергии в полезную работу, и для этого можно использовать множество различных подходов. Одной из простейших форм теплового двигателя является двигатель Карно, названный в честь французского физика Николя Леонара Сади Карно, построенный вокруг идеализированного четырехступенчатого процесса, который зависит от адиабатических и изотермических стадий.

Но двигатель Карно — это всего лишь один пример теплового двигателя, и многие другие типы достигают той же основной цели. Изучение того, как работают тепловые двигатели и как рассчитать эффективность тепловой машины, важно для всех, кто изучает термодинамику.

Что такое тепловая машина?

Тепловая машина представляет собой термодинамическую систему, преобразующую тепловую энергию в механическую. Хотя под этим общим заголовком подпадает множество различных конструкций, несколько основных компонентов можно найти практически в любой тепловой машине.

Любому тепловому двигателю требуется тепловая ванна или высокотемпературный источник тепла, который может принимать различные формы (например, ядерный реактор является источником тепла на атомной электростанции, но во многих случаях сжигание топлива используется в качестве источника тепла). источник тепла). Кроме того, должен быть низкотемпературный холодный резервуар, а также сам двигатель, который обычно представляет собой газ, расширяющийся при нагревании.

Двигатель поглощает тепло из горячего резервуара и расширяется, и этот процесс расширения воздействует на окружающую среду, обычно облекаясь в пригодную для использования форму поршня. Затем система отдает тепловую энергию обратно в холодный резервуар и возвращается в исходное состояние. Затем процесс циклически повторяется снова и снова, чтобы непрерывно производить полезную работу.

Типы тепловых двигателей

Термодинамические циклы или циклы двигателя — это общий способ описания многих конкретных термодинамических систем, которые работают циклическим образом, характерным для большинства тепловых двигателей. Простейшим примером тепловой машины, работающей по термодинамическим циклам, является двигатель Карно или двигатель, работающий на основе цикла Карно. Это идеализированная форма тепловой машины, в которой участвуют только обратимые процессы, в частности адиабатическое и изотермическое сжатие и расширение.

Все двигатели внутреннего сгорания работают по циклу Отто, который представляет собой другой тип термодинамического цикла, использующий воспламенение топлива для выполнения работы с поршнем. На первом этапе поршень опускается, втягивая в двигатель топливно-воздушную смесь, которая затем адиабатически сжимается на втором этапе и воспламеняется на третьем.

Происходит быстрое повышение температуры и давления, которое воздействует на поршень за счет адиабатического расширения, прежде чем открывается выпускной клапан, что приводит к снижению давления. Наконец, поршень поднимается, чтобы очистить отработавшие газы и завершить цикл двигателя.

Другим типом тепловой машины является двигатель Стирлинга, который содержит фиксированное количество газа, перемещающегося между двумя разными цилиндрами на разных стадиях процесса. Первый этап включает в себя нагрев газа для повышения температуры и создания высокого давления, которое перемещает поршень для выполнения полезной работы.

Затем поршень снова поднимается вверх и выталкивает газ во второй цилиндр, где он охлаждается в холодном резервуаре перед повторным сжатием. Этот процесс требует меньше работы, чем на предыдущем этапе. Наконец, газ возвращается в исходную камеру, где цикл двигателя Стирлинга повторяется.

 Эффективность тепловых двигателей

Эффективность тепловой машины – это отношение полезной работы, произведенной к подводимой теплу или тепловой энергии. выходная мощность измеряется в джоулях. Это означает, что если бы у вас была идеальная тепловая машина , она имела бы КПД 1 и преобразовывала бы всю тепловую энергию в полезную работу, а если бы ей удалось преобразовать половину ее, КПД был бы 0,5. В базовой форме формулу можно записать:

\text{КПД}= \frac{\text{Работа}}{\text{Тепловая энергия}}

Конечно, тепловая машина не может иметь КПД, равный 1, поскольку второй закон термодинамики диктует что любая закрытая система будет увеличивать энтропию с течением времени. Хотя существует точное математическое определение энтропии, которое вы можете использовать, чтобы понять это, самый простой способ думать об этом состоит в том, что неэффективность, присущая любому процессу, приводит к некоторой потере энергии, обычно в виде отработанного тепла. Например, поршень двигателя, несомненно, будет иметь некоторое трение, противодействующее его движению, а это означает, что система будет терять энергию в процессе преобразования тепла в работу.

Теоретический максимальный КПД тепловой машины называется КПД Карно. Уравнение для этого связывает температуру горячего резервуара T _H и холодного резервуара T _C с эффективностью ( η ) двигателя.

η = 1 — \frac{T_C}{T_H}

Вы можете умножить результат на 100, если хотите выразить ответ в процентах. Важно помнить, что это теоретическое значение 9.Максимум 0038 — маловероятно, что какой-либо реальный двигатель действительно приблизится к эффективности Карно на практике.

Важно отметить, что вы максимизируете эффективность тепловых двигателей, увеличивая разницу температур между горячим и холодным резервуарами. Для автомобильного двигателя T _H – температура газов внутри двигателя при сгорании, а T _C – температура, при которой они выталкиваются из двигателя.

Реальные примеры — паровой двигатель

Паровой двигатель и паровые турбины — два самых известных примера теплового двигателя, а изобретение парового двигателя стало важным историческим событием в индустриализации общества. Работа паровой машины очень похожа на работу других тепловых машин, которые обсуждались до сих пор: котел превращает воду в пар, который направляется в цилиндр с поршнем, и под высоким давлением пара приводит в движение цилиндр.

Пар передает часть тепловой энергии цилиндру, охлаждаясь при этом, а затем, когда поршень полностью выдвинут, оставшийся пар выпускается из цилиндра. В этот момент поршень возвращается в исходное положение (иногда пар направляется к другой стороне поршня, чтобы он тоже мог толкнуть его обратно), и термодинамический цикл начинается снова с большим количеством пара.

Эта относительно простая конструкция позволяет производить большое количество полезной работы из всего, что способно кипятить воду. КПД тепловой машины такой конструкции зависит от разницы температур пара и окружающего воздуха. Паровоз использует работу, созданную в результате этого процесса, для вращения колес и движения поезда.

Паровая турбина работает очень похоже, за исключением того, что работа идет на вращение турбины вместо движения поршня. Это особенно полезный способ выработки электроэнергии из-за вращательного движения, создаваемого паром.

Реальные примеры – двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания работает на основе описанного выше цикла Отто, с искровым зажиганием, используемым для бензиновых двигателей, и воспламенением от сжатия, используемым для дизельных двигателей. Основное различие между ними заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси: топливно-воздушная смесь сжимается, а затем физически воспламеняется в бензиновых двигателях, а топливо впрыскивается в сжатый воздух в дизельных двигателях, вызывая его воспламенение от температуры. .

Помимо этого, остальная часть цикла Отто завершается, как описано ранее: топливо всасывается в двигатель (или просто воздух для дизеля), сжимается, воспламеняется (искрой для топлива и распылением топлива в горячий сжатый воздух для дизеля), который совершает полезную работу над поршнем за счет адиабатического расширения, а затем открывается выпускной клапан, чтобы уменьшить давление, и поршень выталкивает использованный газ.

Реальные примеры – тепловые насосы, кондиционеры и холодильники

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники тоже работают в форме теплового цикла, хотя у них другая цель использования работы для перемещения тепловой энергии, а не наоборот. Например, в цикле нагрева теплового насоса хладагент поглощает тепло из наружного воздуха из-за его более низкой температуры (поскольку тепло ​ всегда ​ течет от горячего к холодному), а затем проталкивается через компрессор для повышения его температуры. давление и, следовательно, его температура.

Затем этот более горячий воздух перемещается в конденсатор рядом с обогреваемым помещением, где тот же процесс передает тепло в помещение. Наконец, хладагент проходит через клапан, который снижает давление и, следовательно, температуру, готовый к следующему циклу нагрева.

В цикле охлаждения (например, в кондиционере или холодильнике) процесс происходит в основном в обратном порядке. Хладагент поглощает тепловую энергию из помещения (или внутри холодильника), потому что он хранится при низкой температуре, а затем проталкивается через компрессор для повышения давления и температуры.

В этот момент он перемещается за пределы комнаты (или к задней части холодильника), где тепловая энергия передается более прохладному наружному воздуху (или окружающему помещению). Затем хладагент направляется через клапан, чтобы понизить давление и температуру, считывая для следующего цикла нагрева.

Поскольку цель этих процессов противоположна примерам с двигателями, выражение для эффективности теплового насоса или холодильника также отличается. Хотя по форме это вполне предсказуемо. Для отопления:

η = \frac{Q_H}{W_{in}}

И для охлаждения:

η = \frac{Q_C}{W_{in}}

Где ​ Q ​ термины относятся к теплу энергия, поступающая в помещение (с индексом H) и выводимая из него (с индексом C), а ​ Вт ​ _в – это работа, вводимая в систему в виде электричества. Опять же, это значение представляет собой безразмерное число от 0 до 1, но вы можете умножить результат на 100, чтобы получить процент, если хотите.

Пример из реальной жизни – электростанции или электростанции

Электростанции или электростанции на самом деле являются просто еще одной формой теплового двигателя, вырабатывают ли они тепло с помощью ядерного реактора или путем сжигания топлива. Источник тепла используется для приведения в движение турбин и, таким образом, выполнения механической работы, часто с использованием пара из нагретой воды для вращения паровой турбины, которая вырабатывает электричество описанным выше способом. Точный используемый тепловой цикл может варьироваться в зависимости от электростанции, но обычно используется цикл Ренкина.

Цикл Ренкина начинается с того, что источник тепла повышает температуру воды, затем происходит расширение водяного пара в турбине, за которым следует конденсация в конденсаторе (при этом выделяется отработанное тепло), прежде чем охлажденная вода пойдет в насос. Насос повышает давление воды и подготавливает ее к дальнейшему нагреву.

Тепловая машина – введение, типы, детали и часто задаваемые вопросы

Тепловая машина – это устройство, которое превращает тепло в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения работы. Это достигается за счет понижения температуры рабочего тела от более высокой температуры состояния. Источник тепла производит тепловую энергию, которая повышает температуру рабочего тела. Рабочее тело производит работу в рабочем органе двигателя, отдавая тепло более холодному стоку, пока не достигнет низкотемпературного состояния.

Используя свойства рабочего вещества, часть тепловой энергии в ходе этого процесса превращается в работу. В качестве рабочего тела может быть использована любая система с ненулевой теплоемкостью, однако чаще всего это газ или жидкость. Некоторое количество тепла обычно теряется в окружающей среде во время этого процесса и не преобразуется в работу. Трение и сопротивление также делают часть энергии неэффективной.

Типы тепловых двигателей

Тепловые двигатели классифицируются в соответствии с концепцией, регулирующей их работу. Несмотря на то, что все идеи исходят из термодинамики, каждый тип тепловой машины преобразует тепловую энергию в механическую работу по разным принципам. Ниже приведены примеры различных типов тепловых двигателей, встречающихся в термодинамике:

1. Двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС или двигатель внутреннего сгорания) представляет собой тепловой двигатель, в котором топливо сжигается в камере сгорания, являющейся частью контура потока рабочего тела с окислителем (обычно воздухом). Расширение высокотемпературных и высоконапорных газов, образующихся при сгорании, воздействует непосредственно на компонент двигателя внутреннего сгорания. Поршни, лопатки турбины, ротор или сопло обычно являются объектами воздействия силы. Эта сила приводит в движение, перемещает или приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель, путем преобразования химической энергии в полезную кинетическую энергию. Для приложений, где вес или размер двигателя имеют решающее значение, он заменил двигатель внешнего сгорания.

2. Двигатель Стирлинга. Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину, которая работает за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочей жидкости) при различных температурах, преобразуя тепловую энергию в механическую работу. Двигатель Стирлинга, в частности, представляет собой регенеративную тепловую машину замкнутого цикла с постоянным газообразным рабочим телом.

Детали теплового двигателя-

Тепловой двигатель состоит из 3 важных частей:

1. Источник. Должен существовать источник тепла с бесконечной теплоемкостью, поддерживающий постоянную высокую температуру, чтобы любое количество тепла, отбираемое или добавляемое к нему, не влияло на его температуру.

2. Рабочее вещество. Это должно быть какое-то вещество, которое поглощает или отводит тепло в раковину. Это действующее вещество.

3. Поглотитель. Должен существовать поглотитель с конечной теплоемкостью, и он должен поддерживаться при постоянной высокой температуре, чтобы к нему не отводилось и не подавалось никакого количества тепла, а температура не менялась.

Что такое идеальная тепловая машина?

Невозможно построить тепловую машину, единственной целью которой является поглощение тепла из высокотемпературной среды и преобразование всего этого в работу.

То есть нет возможности сконструировать тепловую машину, не выделяющую тепло в атмосферу.