Cтраница 1
Любой тепловой двигатель, в том числе паротурбинная установка, сооружается для того, чтобы тепловую энергию преобразовать в работу. Эту работу совершает рабочее тело при расширении, которому препятствуют внешние силы. [2]
Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочее тело - газ или пар - при расширении совершает работу. [3]
Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии которая выделяется топливом, так как газ или пар, совершив работу, еще обладает энергией. [4]
В любой тепловой двигатель энергия поступает от нагревателя в форме кинетической энергии хаотического движения молекул пара или газа. Цилиндр и поршень придают беспорядочному тепловому движению молекул направленное, упорядоченное движение, благодаря чему уже совершается механическая работа. В этом и состоит назначение теплового двигателя. [5]
Действие любого теплового двигателя основано на использовании закона сохранения энергии. [6]
Действие любого теплового двигателя основано на использовании законов сохранения энергии. [7]
В любом тепловом двигателе при помощи любого теплового цикла, даже с помощью идеального теплового цикла Карно ( со стоящего из двух изотерм и двух адиабат) теплота не может быть полностью превращена в работу. Часть тепла в цикле не используется, переходя с высшего температурного уровня на низший и, таким образом, в определенной степени обесцени вается. [8]
В любом тепловом двигателе при помощи любого теплового цикла, даже с помощью идеального теплового цикла Карно ( состоящего из двух изотерм и двух адиабат) теплота не может быть полностью превращена в работу. Часть тепла в цикле не используется, переходя с высшего температурного уровня на низший и, таким образом, в определенной степени обесцени вается. [9]
В любом тепловом двигателе при помощи любого теплового цикла, даже с помощью идеального теплового цикла Карно ( состоящего из двух изотерм и двух адиабат) теплота не может быть полностью превращена в работу. Часть тепла в цикле не используется, переходя с высшего температурного уровня на низший и, таким образом, в определенной степени обесцени. [10]
Рабочий цикл любого теплового двигателя вследствие наличия ограниченного числа ( двух или более) источников теплоты обязательно включает в себя процессы адиабатического расширения и сжатия, так как переход от одной температуры к другой может быть осуществлен только адиабатически. Очевидно, что число адиабатических процессов в цикле зависит от числа используемых источников тепла. [11]
Но и в любом тепловом двигателе, будь то паровая машина или двигатель внутреннего сгорания, источником энергии являются химические реакции. При сгорании угля происходит окисление углерода, сопровождающееся выделением тепла, в автомобильном моторе сгорает, окисляется, бензин - смесь углеводородов. [12]
Машина Карно является прообразом любого теплового двигателя, даже если он не содержит в своем составе цилиндра с поршнем. [13]
Из рассмотрения рабочего процесса любого теплового двигателя видно, что тепло, отдаваемое более нагретым те - лом, превращается в работу не полностью. Суммарный эффект процесса таков, как если бы некоторая доля тепла Qi после ряда превращений с помощью рабочего тела была передана менее на-лретому телу. [14]
Определенный таким образом термический КПД для любых тепловых двигателей должен быть меньше единицы. Потому что процесс установления теплового равновесия между двумя частями системы, обладающими различной температурой, который используется в этих устройствах для получения работы, непременно требует передачи хотя бы части тепла от горячего тела к холодному. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
В термодинамике тепловой двигатель - система, которая преобразовывает высокую температуру или тепловую энергию к механической энергии, которая может тогда использоваться, чтобы сделать механическую работу. Это делает это, принося рабочее вещество от более высокой государственной температуры до более низкой государственной температуры. Высокая температура «источник» производит тепловую энергию, которая приносит рабочее вещество к состоянию высокой температуры. Рабочее вещество производит работу в «рабочем органе» двигателя, передавая высокую температуру более холодному «сливу», пока это не достигает низкого температурного государства. Во время этого процесса часть тепловой энергии преобразована в работу, эксплуатируя свойства рабочего вещества. Рабочее вещество может быть любой системой с теплоемкостью отличной от нуля, но это обычно - газ или жидкость.
В целом двигатель преобразовывает энергию в механическую работу. Тепловые двигатели отличаются от других типов двигателей фактом, что их эффективность существенно ограничена теоремой Карно. Хотя это ограничение эффективности может быть недостатком, преимущество тепловых двигателей состоит в том, что большинство форм энергии может быть легко преобразовано, чтобы нагреться процессами как экзотермические реакции (такие как сгорание), поглощение легких или энергичных частиц, трение, разложение и сопротивление. Так как источник тепла, который поставляет тепловую энергию двигателю, может таким образом быть приведен в действие фактически любым видом энергии, тепловые двигатели очень универсальны и имеют широкий диапазон применимости.
Тепловые двигатели часто путаются с циклами, которым они пытаются подражать. Как правило, описывая физическое устройство термин 'двигатель' использован. Описывая модель термин 'цикл' использован.
В термодинамике тепловые двигатели часто моделируются, используя стандартную техническую модель, такую как цикл Отто. Теоретическая модель может быть усовершенствована и увеличена с фактическими данными от операционного двигателя, используя инструменты, такие как диаграмма индикатора. Так как очень немного фактической реализации тепловых двигателей точно соответствуют своим основным термодинамическим циклам, можно было сказать, что термодинамический цикл - идеальный случай механического двигателя. В любом случае полностью понимание двигателя и его эффективности требует получения хорошего понимания (возможно упрощенный или идеализированный) теоретическая модель, практические нюансы фактического механического двигателя и несоответствия между двумя.
В общих чертах, чем больше различие в температуре между горячим источником и холодным сливом, тем больше потенциальная тепловая эффективность цикла. На Земле холодная сторона любого теплового двигателя ограничена тем, чтобы быть близко к температуре окружающей среды окружающей среды, или не намного ниже, чем 300 Келвина, так большинство усилий повысить термодинамическую эффективность различного теплового внимания двигателей на увеличение температуры источника, в пределах существенных пределов. Максимальная теоретическая эффективность теплового двигателя (которого никогда не достигает никакой двигатель) равна перепаду температур между горячими и холодными концами, разделенными на температуру в горячем конце, все выраженные в абсолютной температуре или kelvins.
Эффективность различных тепловых двигателей предложила или использовала, сегодня имеет большой спектр:
Все эти процессы получают свою эффективность (или недостают этого) от температурного снижения через них. Значительная энергия может использоваться для вспомогательного оборудования, такого как насосы, который эффективно уменьшает эффективность.
Тепловые двигатели могут быть характеризованы их определенной властью, которая, как правило, дается в киловаттах за литр смещения двигателя (в США также лошадиная сила за кубический дюйм). Результат предлагает приближение пиковой выходной мощности двигателя. Это не должно быть перепутано с топливной экономичностью, так как высокая эффективность часто требует скудного отношения топливного воздуха, и таким образом более низкой плотности власти. Современный высокоэффективный автомобильный двигатель делает сверх 75 кВт/л (1,65 л. с./в).
Примеры повседневных тепловых двигателей включают паровой двигатель (например, в поездах), дизельный двигатель и бензин (бензин) двигатель в автомобиле. Общая игрушка, которая является также тепловым двигателем, является пьющей птицей. Также стерлингский двигатель - тепловой двигатель. Все эти знакомые тепловые двигатели приведены в действие расширением горячих газов. Общая среда - теплоотвод, который обеспечивает относительно прохладные газы, которые, когда нагрето, расширяются быстро, чтобы стимулировать механическое движение двигателя.
Важно отметить, что, хотя у некоторых циклов есть типичное местоположение сгорания (внутренний или внешний), они часто могут осуществляться с другим. Например, Джон Эрикссон разработал внешний горячий двигатель, бегущий на велосипеде очень как более ранний Дизельный цикл. Кроме того, внешне горячие двигатели могут часто осуществляться в открытом или замкнутых циклах.
Атмосфера и гидросфера земли — тепловой двигатель Земли — соединен процессы, которые постоянно выравнивают солнечную согревающую неустойчивость посредством испарения поверхностной воды, конвекции, ливня, ветров и океанского обращения, распределяя высокую температуру во всем мире.
Система Хэдли обеспечивает пример теплового двигателя. Обращение Хэдли отождествлено с повышением теплого и сырого воздуха в экваториальном регионе со спуском более холодного воздуха в субтропиках, соответствующих тепло стимулируемому прямому обращению с последовательным чистым производством кинетической энергии.
В этих циклах и двигателях, рабочие жидкости - газы и жидкости. Двигатель преобразовывает рабочую жидкость от газа до жидкости, от жидкости до газа или обоих, производя работу от жидкого расширения или сжатия.
В этих циклах и двигателях рабочая жидкость всегда - газ (т.е., нет никакого фазового перехода):
В этих циклах и двигателях рабочая жидкость всегда походят на жидкость:
Внутренний холодильник - пример теплового насоса: тепловой двигатель наоборот. Работа используется, чтобы создать тепловой дифференциал. Много циклов могут бежать наоборот, чтобы переместить высокую температуру от холодной стороны до горячей стороны, делая холодный кулер стороны и горячую сторону более горячими. Версии двигателя внутреннего сгорания этих циклов, по их характеру, не обратимому.
Циклы охлаждения включают:
Двигатель испарения Бартона - тепловой двигатель, основанный на власти производства цикла, и охладил сырой воздух от испарения воды в горячий сухой воздух.
Тепловые двигатели Mesoscopic - наноразмерные устройства, которые могут служить цели обработки тепловых потоков и выполнить полезную работу над мелкими масштабами. Возможное применение включает, например, электрические устройства охлаждения.
В таких тепловых двигателях mesoscopic работа за цикл операции колеблется из-за тепловых помех.
Есть точное равенство, которое связывает среднее число образцов работы, выполненной любым тепловым двигателем и теплопередачей от более горячей тепловой ванны. Это отношение преобразовывает неравенство Карно в точное равенство.
Эффективность теплового двигателя имеет отношение, сколько полезной работы произведено для данного энергетического входа количества тепла.
Из законов термодинамики:
::
:where
:: работа, извлеченная из двигателя. (Это отрицательно, так как работа сделана двигателем.)
:: тепловая энергия, взятая от системы высокой температуры. (Это отрицательно, так как высокая температура извлечена из источника, следовательно положительное.)
:: тепловая энергия, поставленная системе низкой температуры. (Это положительно, так как высокая температура добавлена к сливу.)
Другими словами, тепловой двигатель поглощает тепловую энергию от источника тепла высокой температуры, преобразовывая часть его к полезной работе и поставляя остальным теплоотводу низкой температуры.
В целом эффективность данного процесса теплопередачи (ли это быть холодильником, тепловым насосом или двигателем) определена неофициально отношением, «что Вы вынимаете» к, «что Вы вставляете».
В случае двигателя каждый желает извлечь работу и вставляет теплопередачу.
::
Теоретическая максимальная производительность любого теплового двигателя зависит только от температур, между которыми это работает. Эта эффективность обычно получается, используя идеальный воображаемый тепловой двигатель, такой как тепловой двигатель Карно, хотя другие двигатели, используя различные циклы могут также достигнуть максимальной производительности. Математически, это вызвано тем, что в обратимых процессах, изменение в энтропии холодного водохранилища - отрицание того из горячего водохранилища (т.е.,), держа полное изменение ноля энтропии. Таким образом:
::
где абсолютная температура горячего источника и тот из холодного слива, обычно измеряемого в kelvin. Обратите внимание на то, что это положительно, в то время как отрицательно; в любом обратимом извлекающем работу процессе энтропия в целом не увеличена, а скорее перемещена от горячего (высокая энтропия) система к холоду (низкая энтропия одна), уменьшив энтропию источника тепла и увеличив тот из теплоотвода.
Рассуждение позади этого являющегося максимальной эффективностью идет следующим образом. Сначала предполагается что, если более эффективный тепловой двигатель, чем двигатель Карно возможен, то это можно было вести наоборот как тепловой насос. Математический анализ может использоваться, чтобы показать, что эта принятая комбинация привела бы к чистому уменьшению в энтропии. С тех пор, согласно второму закону термодинамики, это статистически невероятное на грани исключения, эффективность Карно - теоретическая верхняя граница на надежной эффективности любого процесса.
Опытным путем никакой тепловой двигатель, как никогда не показывали, бежал в большей эффективности, чем тепловой двигатель цикла Карно.
Рисунок 2 и рисунок 3 показывают изменения на эффективности цикла Карно. Рисунок 2 указывает, как эффективность изменяется с увеличением тепловой дополнительной температуры для постоянной входной температуры компрессора. Рисунок 3 указывает, как эффективность изменяется с увеличением тепловой температуры отклонения для постоянной турбинной входной температуры.
Большая часть эффективности Карно как критерий тепловой работы двигателя - факт, что по его характеру, любой максимально эффективный цикл Карно должен работать в бесконечно малом температурном градиенте. Это вызвано тем, что любая передача высокой температуры между двумя телами при отличающихся температурах необратима, и поэтому выражение эффективности Карно только применяется в бесконечно малом пределе. Основная проблема с этим состоит в том, что объект большинства тепловых двигателей состоит в том, чтобы произвести своего рода власть, и бесконечно малая власть обычно не, что разыскивается.
Различная мера идеальной тепловой эффективности двигателя дана рассмотрением endoreversible термодинамики, где цикл идентичен циклу Карно кроме этого, два процесса теплопередачи не обратимы (Callen 1985):
:: (Примечание: единицы K или °R)
Эта модель делает лучшую работу по предсказанию, как хорошо реальные тепловые двигатели могут сделать (Callen 1985, см. также endoreversible термодинамику):
Как показано endoreversible эффективность намного более близко моделирует наблюдаемые данные.
Тепловые двигатели были известны начиная со старины, но были только превращены в полезные устройства во время промышленной революции в 18-м веке. Они продолжают развиваться сегодня.
Инженеры изучили различные тепловые циклы двигателя экстенсивно в усилии улучшить сумму применимой работы, которую они могли извлечь из данного источника энергии. Предел цикла Карно не может быть достигнут ни с каким основанным на газе циклом, но инженеры решили по крайней мере два способа возможно обойти тот предел и один способ получить лучшую эффективность, не сгибая правил.
Каждый процесс - одно из следующего:
ru.knowledgr.com
Cтраница 1
Теория тепловых двигателей совершенно не отражены некоторые периоды его жизни и творческой деятельности. [1]
Третья часть учебника посвящена теории тепловых двигателей. [2]
В термодинамике ( в теории тепловых двигателей) важное значение имеет процесс перехода тела из заданного начального состояния, отличающегося по своим параметрам от параметров окружающей среды, в состояние равновесия с окружающей средой. Именно в результате такого процесса производится в тепловых двигателях полезная внешняя работа. [3]
Значение второго начала термодинамики для теории тепловых двигателей заключается в том, что оно определяет степень полезного использования тепла в двигателе. [4]
Значение второго начала термодинамики для теории тепловых двигателей заключается в том, что оно определяет степень полезного использования тепла в двигателе. [5]
Прежде чем приступить к изучению теории теплового двигателя, необходимо ознакомиться со свойствами различных реальных веществ, применяемых в качестве рабочих тел тепловых двигателей. [6]
Современная техническая термодинамика является основой теории тепловых двигателей, тепловых машин, различных устройств и технологических процессов, в которых в качестве исходной энергии, претерпевающей превращения в рабочем процессе, используется теплота. Такое же основополагающее значение имеет техническая термодинамика для прямых преобразователей энергии, в которых внутренняя энергия тел или энергия полей превращается в энергию электрического тока. [7]
Важное значение имеет второе начало термодинамики для теории тепловых двигателей. Тепловой двигатель представляет собой непрерывно действующее устройство, результатом работы которого является превращение теплоты в работу. Второе начало термодинамики утверждает, что в тепловых двигателях в работу превращается лишь часть подведенной теплоты. Следовательно, экономичность двигателя характеризуется отношением количества теплоты, превращенной в полезную работу, ко всей подведенной тепловой энергии. Это отношение называется эффективным КПД двигателя; максимальное значение КПД устанавливается на основе второго начала термодинамики. [8]
Большое значение второй закон имеет для развития теории тепловых двигателей. [9]
Мы видим теперь, что необходимо начать изучение теории тепловых двигателей с подробного ознакомления со свойствами основных рабочих тел - газов и паров. [10]
В процессе своего развития термодинамика вышла за пределы теории тепловых двигателей, и ее законы в обобщенном виде нашли применение во многих других областях науки и техники. В результате и был создан термодинамический метод исследования любых макроскопических процессов, в которых так или иначе проявляются свойства энергии. [11]
Термодинамика возникла в первой половине XIX столетия, как теория теплового двигателя. Так как работа теплового двигателя связана с превращением теплоты в работу, эта наука получила впоследствии название термодинамики. [12]
В книге излагаются основные законы термодинамики и приложение их к теории тепловых двигателей; рассматриваются циклы паросиловых установок, двигателей внутреннего сгорания, холодильных установок, а также теория истечения газов, влажный воздух и ряд других вопросов. [13]
Как будет показано далее, уже в начальный период развития теории тепловых двигателей наряду с использованием водяного пара и воздуха или газов возникли идеи применения неводяных паров в качестве рабочих тел. [14]
Термодинамика зародилась в первой четверти XIX столетия и первоначально сложилась как теория тепловых двигателей. Однако в процессе дальнейшего своего развития она далеко вышла за узкие, первоначально очерченные ею рамки. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
