Yeterlik. Formül, tanım. Dizel ve benzinli motorlar: verimliliğin karşılaştırılması
Muhtemelen herkes motorun verimliliğini (Verim Katsayısı) merak etmiştir. içten yanma. Sonuçta, bu gösterge ne kadar yüksek olursa o kadar verimli çalışır güç ünitesi. Şu anda en etkili olarak kabul ediliyor elektrik tipi Verimliliği% 90 - 95'e kadar çıkabilir, ancak içten yanmalı motorlar için, ister dizel ister benzinli olsun, en hafif deyimiyle ideal olmaktan uzaktır...
Dürüst olmak gerekirse o zaman modern seçenekler motorlar 10 yıl önce piyasaya sürülen muadillerine göre çok daha verimli ve bunun pek çok nedeni var. Daha önce kendiniz düşünün, 1,6 litrelik versiyon yalnızca 60 - 70 hp üretiyordu. Ve artık bu değer 130 - 150 hp'ye ulaşabiliyor. Bu, her "adım"ın deneme yanılma yoluyla verildiği, verimliliği artırmaya yönelik özenli bir çalışmadır. Ancak bir tanımla başlayalım.
- yakıtın ateşlenmesiyle oluşan gazların basıncı nedeniyle motor krank miline sağlanan gücün piston tarafından alınan güce iki büyüklüğünün oranının değeridir.
Basit bir ifadeyle bu, yanma sırasında ortaya çıkan termal veya termal enerjinin dönüşümüdür. yakıt karışımı(hava ve benzin) mekanik olarak. Bunun örneğin Steam'de zaten gerçekleştiğine dikkat edilmelidir. enerji santralleri- yakıt ayrıca sıcaklığın etkisi altında ünitelerin pistonlarını da itti. Bununla birlikte, oradaki tesisler çok daha büyüktü ve yakıtın kendisi katıydı (genellikle kömür veya yakacak odun), bu da taşımayı ve çalıştırmayı zorlaştırıyordu; sürekli olarak küreklerle fırına "beslemek" gerekiyordu. İçten yanmalı motorlar "buharlı" motorlardan çok daha kompakt ve daha hafiftir ve yakıtın depolanması ve taşınması çok daha kolaydır.
Kayıplar hakkında daha fazla bilgi
İleriye baktığımızda, benzinli bir motorun verimliliğinin% 20 ila 25 arasında değiştiğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Ve bunun birçok nedeni var. Gelen yakıtı alıp yüzdelere çevirirsek, motora aktarılan “enerjinin %100'ünü” elde etmiş gibi oluyoruz ve sonrasında kayıplar oluyor:
1)Yakıt verimliliği . Yakıtın tamamı yakılmıyor, küçük bir kısmı egzoz gazlarıyla birlikte gidiyor, bu seviyede zaten %25'e varan verim kaybı yaşıyoruz. Elbette artık yakıt sistemleri gelişiyor, bir enjektör ortaya çıktı ama aynı zamanda ideal olmaktan da uzak.
2) İkincisi ise termal kayıplardır.Ve . Motor kendisini ve radyatörler, gövdesi ve içinde dolaşan sıvı gibi birçok unsuru ısıtır. Ayrıca ısının bir kısmı egzoz gazlarıyla birlikte ayrılır. Bütün bunlar %35'e varan verim kaybına neden olur.
3) Üçüncüsü mekanik kayıplardır. . Her türlü pistonda, biyel kolunda, segmanda - sürtünmenin olduğu her yerde. Bu aynı zamanda jeneratörün yükünden kaynaklanan kayıpları da içerebilir; örneğin jeneratör ne kadar çok elektrik üretirse krank milinin dönüşünü o kadar yavaşlatır. Tabii ki, yağlayıcılar da ilerleme kaydetti, ancak yine de hiç kimse sürtünmenin tamamen üstesinden gelemedi - kayıplar hala% 20'dir.
Dolayısıyla sonuç olarak verimlilik yaklaşık %20'dir! Elbette benzinli seçenekler arasında bu rakamın %25’e çıkarıldığı öne çıkan seçenekler de var ama bunların sayısı çok fazla değil.
Yani, arabanız 100 km'de 10 litre yakıt tüketiyorsa, bunun sadece 2 litresi doğrudan işe gidecek, geri kalanı kayıptır!
Elbette gücü artırabilirsiniz örneğin kafayı sıkarak, kısa bir video izleyerek.
Formülü hatırlarsanız, ortaya çıkıyor:
Hangi motor en yüksek verime sahiptir?
Şimdi benzinli ve dizel seçeneklerinden bahsedip hangisinin en verimli olduğunu öğrenmek istiyorum.
Basit bir ifadeyle söylemek gerekirse, yabani otlara bulaşmayın teknik terimler o zaman – eğer iki verimliliği karşılaştırırsanız – bunlardan daha verimli olanı elbette dizeldir ve nedeni şu:
1) Gaz motoru Enerjinin yalnızca %25'ini mekanik enerjiye dönüştürürken dizel yaklaşık %40'ını dönüştürür.
2) Varsa dizel tipi turboşarjla% 50-53 verim elde edebilirsiniz ve bu çok önemlidir.
Peki neden bu kadar etkili? Çok basit - benzer çalışma türüne rağmen (her ikisi de içten yanmalı ünitelerdir), dizel işini çok daha verimli bir şekilde yapar. Daha fazla sıkıştırmaya sahiptir ve yakıt farklı bir prensip kullanarak ateşlenir. Daha az ısınır, bu da soğutmadan tasarruf anlamına gelir, daha az valfe sahiptir (sürtünmeden tasarruf sağlar) ve aynı zamanda alışılagelmiş ateşleme bobinleri ve bujilere sahip değildir, bu da jeneratörden ek enerji maliyeti gerektirmediği anlamına gelir. . Daha düşük hızlarda çalışır, krank milini çılgınca döndürmeye gerek yoktur - tüm bunlar dizel versiyonunu verimlilik açısından şampiyon yapar.
Dizel yakıt verimliliği hakkında
Daha yüksek bir verimlilik değerinden itibaren yakıt verimliliği de bunu takip eder. Yani örneğin 1,6 litrelik bir motor, tüketimin 7-12 litre olduğu benzinli tipin aksine şehirde yalnızca 3-5 litre tüketebilir. Dizel motor çok daha verimlidir; motorun kendisi genellikle daha kompakt ve daha hafiftir, ayrıca Son zamanlarda ve daha çevre dostu. Bütün bu olumlu noktalar, değerinin daha büyük olması nedeniyle elde edilir, verimlilik ile sıkıştırma arasında doğrudan bir ilişki vardır, küçük tabloya bakınız.
Ancak tüm avantajlarına rağmen birçok dezavantajı da vardır.
Açıkça görüldüğü gibi, içten yanmalı motorun verimliliği ideal olmaktan uzaktır, dolayısıyla gelecek açıkça görülmektedir. elektrik seçenekleri– geriye kalan tek şey dondan korkmayan ve şarjı uzun süre tutan verimli piller bulmak.
Diyelim ki kulübede dinleniyoruz ve kuyudan su almamız gerekiyor. Kovayı içine indiriyoruz, suyu alıp kaldırmaya başlıyoruz. Amacımızın ne olduğunu unuttun mu? Aynen öyle: biraz su al. Ama bakın: Sadece suyu değil, aynı zamanda kovanın kendisini ve onun asılı olduğu ağır zinciri de kaldırıyoruz. Bu, iki renkli bir okla sembolize edilir: Kaldırdığımız yükün ağırlığı, suyun ağırlığı ile kova ve zincirin ağırlığının toplamıdır.
Durum göz önüne alındığında niteliksel olarak, şunu söyleyeceğiz: suyu yükseltmek gibi faydalı bir işin yanı sıra, başka işler de yapıyoruz - bir kova ve zinciri kaldırmak. Elbette zincir ve kova olmasaydı su çekemezdik ama nihai hedef açısından bunların ağırlığı bize “zarar veriyor”. Bu ağırlık daha az olsaydı, o zaman mükemmel işi tamamla aynı zamanda daha küçük olacaktır (aynı kullanışlılıkla).
Şimdi devam edelim nicel Bu eserleri incelemek ve tanıtmak fiziksel miktar, isminde yeterlik.
Görev. Yükleyici, işlenmek üzere seçilen elmaları sepetlerden kamyona döküyor. Boş bir sepetin kütlesi 2 kg, içindeki elmalar ise 18 kg'dır. Yükleyicinin yaptığı faydalı işin payı nedir? tam çalışma?
Çözüm. İşin tamamı elmaları sepetlerde taşımaktır. Bu çalışma elmaları kaldırmak ve sepetleri kaldırmaktan ibarettir. Önemli: Elmaları kaldırmak faydalı bir iştir, ancak sepetleri kaldırmak "işe yaramaz" çünkü yükleyicinin işinin amacı yalnızca elmaları hareket ettirmektir.
Gösterimi tanıtalım: Fя ellerin yalnızca elmaları yukarı kaldırma kuvvetidir ve Fк ellerin yalnızca sepeti yukarı kaldırma kuvvetidir. Bu kuvvetlerin her biri karşılık gelen yer çekimi kuvvetine eşittir: F=mg.
A = ±(F||· l) formülünü kullanarak bu iki kuvvetin işini "yazıyoruz":
Yararlı = +Fя · lя = mя g · h ve Аyararsız = +Fк · lк = mк g · h
Toplam iş iki eserden oluşur, yani bunların toplamına eşittir:
Tam = Yararlı + Yararsız = mя g h + mк g h = (mя + mк) · g h
Problemde bizden yükleyicinin faydalı işinin toplam işinden payını hesaplamamız isteniyor. Bunu bölerek yapalım faydalı iş tam olarak:
Fizikte bu tür kesirler genellikle yüzde olarak ifade edilir ve gösterilir. Yunan harfi"η" (okuyun: "bu"). Sonuç olarak şunu elde ederiz:
η = 0,9 veya η = 0,9 %100 = %90, bu da aynıdır.
Bu sayı, yükleyicinin toplam işinin %100'ünün, faydalı işinin payının %90 olduğunu göstermektedir. Problem çözüldü.
Orana eşit fiziksel miktar fizikte tam mükemmel çalışmaya giden faydalı bir çalışma var Uygun isim- yeterlik - yeterlik:
Bu formül kullanılarak verim hesaplandıktan sonra genellikle %100 ile çarpılır. Ve tam tersi: Verimliliği bu formüle koymak için, değerinin yüzdeden ondalık kesire dönüştürülmesi ve %100'e bölünmesi gerekir.
Yeterlik (Yeterlik) - enerjinin dönüşümü veya iletimi ile ilgili olarak bir sistemin (cihaz, makine) verimliliğinin karakteristiği. Faydalı olarak kullanılan enerjinin sistem tarafından alınan toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir; genellikle η (“bu”) ile gösterilir. η = Wpol/Wcym. Verimlilik boyutsuz bir niceliktir ve genellikle yüzde olarak ölçülür. Matematiksel olarak verimliliğin belirlenmesişu şekilde yazılabilir:
%100,
Nerede A- yararlı iş ve Q- harcanan enerji.
Enerjinin korunumu kanunu gereği verimlilik her zaman birden az veya ona eşittir, yani harcanan enerjiden daha fazla faydalı iş elde etmek imkansızdır.
Isı motoru verimliliği- motorun tüm faydalı çalışmasının ısıtıcıdan alınan enerjiye oranı. Bir ısı motorunun verimliliği aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.
,ısıtıcıdan alınan ısı miktarı, buzdolabına verilen ısı miktarıdır. Belirli sıcak kaynak sıcaklıklarında çalışan çevrimsel makineler arasında en yüksek verimlilik T 1 ve soğuk T 2, Carnot çevrimine göre çalışan ısı motorlarına sahip olun; bu marjinal verimlilik şuna eşittir:
.Enerji süreçlerinin verimliliğini karakterize eden göstergelerin tümü yukarıdaki açıklamaya karşılık gelmemektedir. Geleneksel olarak veya hatalı bir şekilde "verimlilik" olarak adlandırılsalar bile, özellikle %100'ü aşan başka özelliklere de sahip olabilirler.
Kazan verimliliği
Ana makale: Kazan ısı dengesi
Fosil yakıtlı kazanların verimliliği geleneksel olarak daha düşük kalorifik değere göre hesaplanır; yanma ürünlerinin neminin kazanı aşırı ısıtılmış buhar şeklinde terk ettiği varsayılmaktadır. İÇİNDE yoğuşmalı kazanlar bu nem yoğunlaşır, yoğunlaşma ısısından faydalanılır. Düşük kalorifik değere göre verim hesaplanırken birden büyük çıkabilmektedir. Bu durumda buhar yoğuşma ısısını dikkate alan daha yüksek kalorifik değere göre hesaplamak daha doğru olacaktır; ancak böyle bir kazanın performansını diğer kurulumlardaki verilerle karşılaştırmak zordur.
Isı pompaları ve soğutucular
Isı pompalarının ısıtma ekipmanı olarak avantajı, bazen çalışmaları için tüketilen enerjiden daha fazla ısı alabilmeleridir; benzer şekilde, bir soğutma makinesi, soğutulan uçtan, prosesin organize edilmesinde harcanan ısıdan daha fazlasını uzaklaştırabilir.
Bu tür ısı motorlarının verimliliği şu şekilde karakterize edilir: performans katsayısı(soğutma makineleri için) veya dönüşüm oranı(ısı pompaları için)
,soğuk uçtan alınan ısı nerede (içinde) soğutma makineleri) veya sıcak (ısı pompalarında) olarak aktarılır; - bu süreç için harcanan iş (veya elektrik). Ters Carnot çevrimi bu tür makineler için en iyi performans göstergelerine sahiptir: bir performans katsayısına sahiptir
,nerede, sıcak ve soğuk uçların sıcaklıkları, . Bu değerin keyfi olarak büyük olabileceği açıktır; Pratik olarak yaklaşmak zor olsa da performans katsayısı yine de birliği aşabilir. Bu, termodinamiğin birinci yasasıyla çelişmez, çünkü dikkate alınan enerjiye ek olarak A(örneğin elektrik), ısıtmak için Q Ayrıca soğuk kaynaktan alınan enerji de bulunmaktadır.
Edebiyat
- Peryshkin A.V. Fizik. 8. sınıf. - Bustard, 2005. - 191 s. - 50.000 kopya. - ISBN 5-7107-9459-7.
Notlar
Wikimedia Vakfı. 2010.
Eş anlamlı:Diğer sözlüklerde “Verimlilik faktörü”nün ne olduğuna bakın:
yeterlik- Çıkış gücünün tüketilen güce oranı aktif güç. [OST 45.55 99] verimlilik faktörü Verimlilik Enerjinin dönüşümü, dönüşümü veya aktarımı süreçlerinin mükemmelliğini karakterize eden, faydalı oranı olan bir değer ... ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Veya geri dönüş katsayısı (Verimlilik), herhangi bir makine veya aparatın verimliliği açısından çalışma kalitesinin bir özelliğidir. Verimlilik derken, bir makineden alınan iş miktarının veya aparattan alınan enerjinin bu miktara oranı kastedilmektedir... ... Deniz sözlüğü
- (verimlilik), mekanizma tarafından gerçekleştirilen işin, çalışması için harcanan işe oranı olarak tanımlanan, bir mekanizmanın verimliliğinin bir göstergesi. Yeterlik genellikle yüzde olarak ifade edilir. İdeal bir mekanizmanın verimliliği =... ... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük
Modern ansiklopedi
- Enerji dönüşümüyle ilgili olarak bir sistemin (cihaz, makine) verimliliğinin (verimlilik) özelliği; yararlı olarak kullanılan enerjinin (döngüsel bir süreç sırasında işe dönüştürülen) toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir,... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük
- (verimlilik), enerjinin dönüşümü veya iletimi ile ilgili olarak bir sistemin (cihaz, makine) verimliliğinin özelliği; faydalı olarak kullanılan enerjinin (Wtotal) m) sistem tarafından alınan toplam enerji miktarına (Wtotal) oranıyla belirlenir; h=Wkat… … Fiziksel ansiklopedi
- Örneğin, yararlı olarak kullanılan enerjinin (Wp) (verimlilik) oranı. iş biçiminde, sistem (makine veya motor) tarafından alınan toplam enerji W miktarına, W p/W. Gerçek sistemlerde sürtünme ve diğer dengesizlik süreçlerinden kaynaklanan kaçınılmaz enerji kayıpları nedeniyle... ... Fiziksel ansiklopedi
Harcanan faydalı işin veya alınan enerjinin, harcanan tüm işe veya sırasıyla tüketilen enerjiye oranı. Örneğin bir elektrik motorunun verimliliği mekanik oranıdır. kendisine sağlanan elektriğe verdiği güç. güç; İLE.… … Teknik demiryolu sözlüğü
İsim, eş anlamlı sayısı: 8 verimlilik (4) getiri (27) bereket (10) ... Eş anlamlılar sözlüğü
Yeterlik- herhangi bir sistemin mükemmelliğini, içinde meydana gelen herhangi bir dönüşüm veya enerji aktarımı süreciyle ilgili olarak karakterize eden, faydalı işin harekete geçirme için harcanan işe oranı olarak tanımlanan bir niceliktir.... ... Yapı malzemelerinin terimleri, tanımları ve açıklamaları ansiklopedisi
Yeterlik- (verimlilik), herhangi bir cihazın veya makinenin (ısı motoru dahil) enerji verimliliğinin sayısal bir özelliği. Verimlilik, yararlı olarak kullanılan enerjinin (yani işe dönüştürülen) toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük
Her sistemin veya cihazın belirli bir performans katsayısı (verimlilik) vardır. Bu gösterge, her türlü enerjiyi serbest bırakma veya dönüştürme konusundaki çalışmalarının verimliliğini karakterize eder. Verimlilik, değeri açısından ölçülemez bir niceliktir ve 0'dan 1'e kadar sayısal bir değer veya yüzde olarak sunulur. Bu özellik her türlü elektrik motoru için tamamen geçerlidir.
Elektrik motorlarında verim özellikleri
Elektrik motorları, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren cihazlar kategorisine girer. Bu cihazların verimliliği, ana işlevi yerine getirmedeki etkinliğini belirler.
Motor verimliliği nasıl bulunur? Elektrik motoru verimliliği formülü şu şekildedir: ƞ = P2/P1. Bu formülde P1 sağlanan elektrik gücü, P2 ise motorun ürettiği faydalı mekanik güçtür. Elektrik gücünün değeri (P), P = UI formülüyle ve mekanik güç - P = A/t, birim zaman başına işin oranı olarak belirlenir.
Elektrik motoru seçerken verimlilik faktörü dikkate alınmalıdır. Büyük önem reaktif akımlar, güç azalması, motor ısınması ve diğer olumsuz faktörlerle ilişkili verimlilik kayıplarına sahiptir.
Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümüne kademeli bir güç kaybı eşlik eder. Verimlilik kaybı çoğunlukla elektrik motoru çalışma sırasında ısındığında ısı salınımıyla ilişkilidir. Kayıpların nedenleri sürtünmenin etkisi altında ortaya çıkan manyetik, elektriksel ve mekanik olabilir. Dolayısıyla bunun en güzel örneği 1000 ruble değerinde elektrik enerjisi tüketildiği halde sadece 700-800 ruble değerinde faydalı iş üretildiği durumdur. Böylece bu durumda verimlilik% 70-80 olacak ve farkın tamamı Termal enerji, motoru ısıtır.
Elektrik motorlarını soğutmak için fanlar, havayı özel boşluklardan geçirmek için kullanılır. Belirlenen standartlara uygun olarak, A sınıfı motorlar 85-90 0 C'ye, B sınıfı - 110 0 C'ye kadar ısınabilir. Motor sıcaklığı aşılırsa yerleşik standartlar, bu yakın zamanda mümkün olduğunu gösteriyor.
Yüke bağlı olarak elektrik motorunun verimliliği değerini değiştirebilir:
- İçin boşta hareket - 0;
- %25 yükte - 0,83;
- %50 yükte - 0,87;
- %75 yükte - 0,88;
- Tam %100 yükte verimlilik 0,87'dir.
Bir elektrik motorunun verimliliğindeki azalmanın nedenlerinden biri, üç fazın her birinde farklı bir voltajın ortaya çıkması durumunda akım asimetrisi olabilir. Örneğin 1. fazda 410 V, 2. fazda - 402 V, 3. fazda - 288 V varsa ortalama gerilim değeri (410 + 402 + 388) / 3 = 400 V olacaktır. Gerilim asimetrisi olacaktır. değeri: 410 - 388 = 22 volt. Dolayısıyla bu sebepten dolayı verim kaybı 22/400 x 100 = %5 olacaktır.
Elektrik motorunda verimin azalması ve toplam kayıplar
Toplam kayıpların miktarını etkileyen birçok olumsuz faktör bulunmaktadır. elektrik motorları. Var olmak özel tekniklerönceden belirlenmesine olanak sağlar. Örneğin, gücün kısmen ağdan statora ve ardından rotora beslendiği bir boşluğun varlığını belirleyebilirsiniz.
Marş motorunun kendisinde meydana gelen güç kayıpları birkaç bileşenden oluşur. Her şeyden önce bunlar stator çekirdeğinin kısmi mıknatıslanmasının tersine çevrilmesiyle ilişkili kayıplardır. Çelik elemanların ihmal edilebilir bir etkisi vardır ve pratikte dikkate alınmaz. Bunun nedeni, manyetik akı hızını önemli ölçüde aşan statorun dönme hızından kaynaklanmaktadır. Bu durumda rotorun beyan edilen teknik özelliklere tam olarak uygun şekilde dönmesi gerekir.
Rotor milinin mekanik güç değeri elektromanyetik güce göre daha düşüktür. Aradaki fark, sarımda meydana gelen kayıpların miktarıdır. Mekanik kayıplar, yataklardaki ve fırçalardaki sürtünmenin yanı sıra hava bariyerlerinin dönen parçalar üzerindeki etkisini içerir.
Asenkron elektrik motorları, stator ve rotordaki dişlerin varlığı nedeniyle ek kayıpların varlığı ile karakterize edilir. Ayrıca ayrı ayrı motor bileşenlerinde girdap akışları görülebilir. Tüm bu faktörler birlikte verimliliği ünitenin nominal gücünün yaklaşık %0,5'i kadar azaltır.
Olası kayıpları hesaplarken kullanılır verimlilik formülü motor, bu parametredeki düşüşü hesaplamanıza olanak tanır. Öncelikle motor yüküyle doğrudan ilgili olan toplam güç kayıpları dikkate alınır. Yük arttıkça kayıplar da orantılı olarak artar ve verim düşer.
Asenkron elektrik motorlarının tasarımları, maksimum yüklerin varlığında olası tüm kayıpları dikkate alır. Dolayısıyla bu cihazların verim aralığı oldukça geniş olup %80 ile %90 arasında değişmektedir. Yüksek güçlü motorlarda bu rakam %90-96'ya ulaşabilmektedir.
« Fizik - 10. sınıf"
Termodinamik sistem nedir ve hangi parametreler onun durumunu karakterize eder?
Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını belirtin.
Termodinamiğin ikinci yasasının formüle edilmesine yol açan şey, ısı motorları teorisinin yaratılmasıydı.
Yerkabuğundaki ve okyanuslardaki iç enerji rezervleri neredeyse sınırsız sayılabilir. Ancak pratik sorunları çözmek için enerji rezervlerine sahip olmak yeterli değildir. Fabrika ve fabrikalardaki takım tezgahlarını, taşıtları, traktörleri ve diğer makineleri harekete geçirmek, jeneratörlerin rotorlarını döndürmek için de enerji kullanabilmek gerekir. elektrik akımı vb. İnsanlığın motorlara, iş yapabilen cihazlara ihtiyacı var. Çoğu Dünyadaki motorlar ısı motorları.
Isı motorları - bunlar yakıtın iç enerjisini mekanik işe dönüştüren cihazlardır.
Isı motorlarının çalışma prensibi.
Bir motorun iş yapabilmesi için motor pistonunun veya türbin kanatlarının her iki tarafında basınç farkı olması gerekir. Tüm ısı motorlarında bu basınç farkı sıcaklığın arttırılmasıyla sağlanır. çalışma sıvısı(gaz) sıcaklığa kıyasla yüzlerce veya binlerce derece çevre. Bu sıcaklık artışı yakıt yandığında meydana gelir.
Motorun ana parçalarından biri, hareketli pistonlu, gazla dolu bir kaptır. Tüm ısı motorlarının çalışma akışkanı, genleşme sırasında çalışan gazdır. Çalışma akışkanının (gazın) başlangıç sıcaklığını T 1 ile gösterelim. Buhar türbinlerinde veya makinelerde bu sıcaklık, buhar kazanındaki buharla sağlanır. İçten yanmalı motorlarda ve gaz türbinlerinde, yakıtın motorun içinde yanması nedeniyle sıcaklık artışı meydana gelir. Sıcaklık T 1 denir ısıtıcı sıcaklığı.
Buzdolabının rolü.
İş yapıldıkça gaz enerji kaybeder ve kaçınılmaz olarak ortam sıcaklığından biraz daha yüksek olan belirli bir T2 sıcaklığına kadar soğur. Onu aradılar buzdolabı sıcaklığı. Buzdolabı, atık buharın soğutulması ve yoğunlaştırılması için atmosfer veya özel cihazlardır - kapasitörler. İkinci durumda, buzdolabının sıcaklığı ortam sıcaklığından biraz daha düşük olabilir.
Dolayısıyla bir motorda çalışma akışkanı genleşme sırasında iş yapmak için iç enerjisinin tamamını bırakamaz. Isının bir kısmı, içten yanmalı motorlardan ve gaz türbinlerinden gelen atık buhar veya egzoz gazlarıyla birlikte kaçınılmaz olarak buzdolabına (atmosfere) aktarılır.
Yakıtın iç enerjisinin bu kısmı kaybolur. Bir ısı motoru, çalışma akışkanının iç enerjisinden dolayı iş yapar. Ayrıca bu işlemde ısı, daha sıcak olan cisimlerden (ısıtıcı) daha soğuk olanlara (buzdolabı) aktarılır. Şematik diyagramısı motoru Şekil 13.13'te gösterilmektedir.
Motorun çalışma sıvısı, yakıtın yanması sırasında ısıtıcıdan Q1 ısı miktarını alır, A" işi yapar ve ısı miktarını buzdolabına aktarır 2. Soru< Q 1 .
Motorun sürekli çalışabilmesi için, çalışma akışkanının sıcaklığının T1'e eşit olduğu çalışma akışkanını başlangıç durumuna döndürmek gerekir. Motorun periyodik olarak tekrarlanan kapalı işlemlere göre veya dedikleri gibi bir döngüde çalıştığı anlaşılmaktadır.
Döngü sistemin başlangıç durumuna geri dönmesinin bir sonucu olarak gerçekleşen bir dizi süreçtir.
Bir ısı motorunun performans katsayısı (verimlilik).
Gazın iç enerjisini tamamen ısı motorlarının işine dönüştürmenin imkansızlığı, doğadaki süreçlerin geri döndürülemezliğinden kaynaklanmaktadır. Eğer ısı buzdolabından ısıtıcıya kendiliğinden geri dönebilseydi, o zaman iç enerji herhangi bir ısı motoru tarafından tamamen faydalı işe dönüştürülebilirdi. Termodinamiğin ikinci yasası şu şekilde ifade edilebilir:
Termodinamiğin ikinci yasası:
Isıyı tamamen mekanik işe dönüştürecek ikinci türden bir sürekli hareket makinesi yaratmak imkansızdır.
Enerjinin korunumu kanununa göre motorun yaptığı iş şuna eşittir:
A" = Ç 1 - | Ç 2 |, (13.15)
burada Q1 ısıtıcıdan alınan ısı miktarıdır ve Q2 buzdolabına verilen ısı miktarıdır.
Bir ısı motorunun performans katsayısı (verimlilik), motor tarafından gerçekleştirilen "A" işinin ısıtıcıdan alınan ısı miktarına oranıdır:
Tüm motorlar bir miktar ısıyı buzdolabına aktardığından, η< 1.
Isı motorlarının maksimum verim değeri.
Termodinamik yasaları, T1 sıcaklığında bir ısıtıcı ve T2 sıcaklığında bir buzdolabı ile çalışan bir ısı motorunun mümkün olan maksimum verimliliğini hesaplamayı ve bunu artırmanın yollarını belirlemeyi mümkün kılar.
İlk defa bir ısı motorunun mümkün olan maksimum verimi Fransız mühendis ve bilim adamı Sadi Carnot (1796-1832) tarafından “Yangının itici gücü ve bu kuvveti geliştirebilen makineler üzerine düşünceler” (1824) adlı çalışmasında hesaplanmıştır. ).
Carnot, çalışma akışkanı olarak ideal bir gaza sahip ideal bir ısı makinesi buldu. İdeal bir Carnot ısı motoru, iki izoterm ve iki adiabattan oluşan bir çevrim üzerinde çalışır ve bu süreçlerin tersinir olduğu kabul edilir (Şekil 13.14). Öncelikle içinde gaz bulunan bir kap ısıtıcıyla temas ettirilir, gaz izotermal olarak genleşir ve olumlu çalışma, T 1 sıcaklığında, Q 1 ısı miktarını alırken.
Daha sonra kap termal olarak yalıtılır, gaz adyabatik olarak genleşmeye devam ederken sıcaklığı buzdolabının T2 sıcaklığına düşer. Bundan sonra gaz buzdolabıyla temas ettirilir; izotermal sıkıştırma sırasında buzdolabına Q2 ısı miktarını vererek V4 hacmine sıkıştırır.< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:
Formül (13.17)'den de anlaşılacağı gibi, bir Carnot makinesinin verimliliği, ısıtıcı ve buzdolabının mutlak sıcaklıkları arasındaki farkla doğru orantılıdır.
Bu formülün asıl önemi, verimliliği artırmanın yolunu göstermesidir, bunun için ısıtıcının sıcaklığının arttırılması veya buzdolabının sıcaklığının düşürülmesi gerekir.
T1 sıcaklığında bir ısıtıcı ve T2 sıcaklığında bir buzdolabı ile çalışan herhangi bir gerçek ısı makinesi, ideal bir ısı makinesinin verimini aşan bir verime sahip olamaz: 
Gerçek bir ısı makinesinin çevrimini oluşturan süreçler geri döndürülemez.
Formül (13.17), ısı motorlarının maksimum verim değeri için teorik bir sınır verir. Bu, ısıtıcı ile buzdolabı arasındaki sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa, bir ısı motorunun daha verimli olduğunu gösterir.
Sadece mutlak sıfıra eşit bir buzdolabı sıcaklığında η = 1 olur. Ayrıca formül (13.17) kullanılarak hesaplanan verimin çalışma maddesine bağlı olmadığı kanıtlanmıştır.
Ancak rolü genellikle atmosferin oynadığı buzdolabının sıcaklığı pratikte ortam hava sıcaklığından daha düşük olamaz. Isıtıcı sıcaklığını artırabilirsiniz. Bununla birlikte, herhangi bir malzemenin (katı) sınırlı bir ısı direnci veya ısı direnci vardır. Isıtıldığında elastik özelliğini yavaş yavaş kaybeder ve yeterince ısıtıldığında Yüksek sıcaklık erir.
Artık mühendislerin ana çabaları, parçalarının sürtünmesini, eksik yanmadan kaynaklanan yakıt kayıplarını vb. azaltarak motorların verimliliğini artırmayı amaçlıyor.
İçin buhar türbünü buharın başlangıç ve son sıcaklıkları yaklaşık olarak şu şekildedir: T 1 - 800 K ve T 2 - 300 K. Bu sıcaklıklarda maksimum verim değeri %62'dir (verimlilik genellikle yüzde olarak ölçülür). Çeşitli enerji kayıpları nedeniyle gerçek verim değeri yaklaşık %40'tır. Maksimum verimlilik (yaklaşık %44) Dizel motorlarla elde edilir.
Çevresel koruma.
Hayal etmek zor modern dünyaısı motorları olmadan. Bize sağlayan onlar Komforlu hayat. Isı motorları araçları hareket ettirir. Mevcudiyete rağmen elektriğin yaklaşık %80'i nükleer enerji santralleri, ısı motorları kullanılarak üretilir.
Ancak ısı motorlarının çalışması sırasında kaçınılmaz çevre kirliliği meydana gelir. Bu bir çelişkidir: Bir yandan insanlığın her yıl giderek daha fazla enerjiye ihtiyacı vardır ve bunun büyük kısmı yakıtın yanması yoluyla elde edilir, diğer yandan yanma süreçlerine kaçınılmaz olarak çevre kirliliği de eşlik eder.
Yakıt yandığında atmosferdeki oksijen miktarı azalır. Ayrıca yanma ürünlerinin kendisi de canlı organizmalara zararlı kimyasal bileşikler oluşturur. Kirlilik sadece yerde değil havada da meydana gelir, çünkü herhangi bir uçak uçuşuna atmosfere zararlı yabancı maddelerin emisyonu eşlik eder.
Motorun çalışmasının sonuçlarından biri de oluşumdur. karbon dioksit, absorbe eden kızılötesi radyasyon Atmosfer sıcaklığının artmasına neden olan Dünya yüzeyi. Bu sözde Sera etkisi. Ölçümler atmosfer sıcaklığının yılda 0,05 °C arttığını gösteriyor. Sıcaklıktaki bu kadar sürekli bir artış, buzların erimesine neden olabilir ve bu da okyanuslardaki su seviyelerinde değişikliklere, yani kıtaların sular altında kalmasına yol açabilir.
Bir tanesini daha not edelim olumsuz nokta Isı motorlarını kullanırken. Bu nedenle bazen motorları soğutmak için nehirlerden ve göllerden gelen su kullanılır. Isıtılan su daha sonra geri döndürülür. Su kütlelerindeki sıcaklığın artması doğal dengeyi bozar; bu olaya termal kirlilik denir.
Çevreyi korumak amacıyla, zararlı maddelerin atmosfere salınmasını önlemek amacıyla çeşitli temizleme filtreleri yaygın olarak kullanılmakta ve motor tasarımları iyileştirilmektedir. Yanma sırasında daha az zararlı madde üreten yakıtın yanı sıra yanma teknolojisinde de sürekli bir gelişme vardır. Aktif olarak geliştiriliyor alternatif kaynaklar rüzgar, güneş radyasyonu, nükleer enerji kullanan enerjiler. Elektrikli arabalar ve güneş enerjisiyle çalışan arabalar zaten üretiliyor.
