Skilvirkni vél hita. Skilvirkni í hita vél - Formúla

Modern veruleika þurfa hita Engines breið aðgerð. Fjölmargir tilraunir til að skipta þeim út með rafmótora meðan á bilun. The vandamál í tengslum við uppsöfnun orku í sjálfstæðum kerfum, eru leyst með miklum erfiðleikum.

Enn við vandamál framleiðsla máttur rafhlaða tækni sem byggist á langtíma notkun þeirra. Hraði einkenni rafbílum eru langt frá þeim í bílum, brunahreyfla.

Fyrstu skrefin í stofnun Hybrid vél getur dregið verulega úr skaðlegum útblæstri í stórborgarsvæði, að leysa umhverfisvandamál.

Smá saga

Möguleikinn á að umbreytingu orku gufu í hreyfiorku hefur verið þekkt frá fornu fari. 130 BC: Heimspekingur Geron Aleksandriysky kynnt áhorfendur gufu leikfang - eolipil. Kúlu fyllt með gufu, kom í snúningi undir áhrifum berast frá þotum sínum. Þessi frumgerð nútíma gufuhverflinum á þeim tíma sem umsókn er ekki að finna.

Fyrir mörgum árum og öld heimspekingur þróun var talið bara gaman leikfang. Árið 1629 ítalska D. Branca skapað fyrirbyggjandi hverflum. Hjón sett í gang diskinn sem fylgir með blað.

Frá þeirri stundu tók hraðri þróun gufu vél.

hita vél

Umbreyting innri orku eldsneytisins í orku hreyfingu hlutar vél og aðferðir sem notuð eru í vél hita.

Helstu hlutar vélar: hitari (kerfi fá orku utan), að vinna líkamanum (framkvæmir jákvæð áhrif), ísskápur.

Hitari er hannað fyrir vinnslustraumur að safna nógu úttekt á innri orku fyrir gagnlegt starf. Ísskápur tekur burt umfram orku.

Helstu einkenni skilvirkni er kallað skilvirkni vél hita. Þetta magn má hvaða hluta af orku eyða í að hita varið til að framkvæma gagnlegt starf. Því hærra sem skilvirkni, hagstæðar rekstur vélarinnar, en þetta gildi má ekki vera meiri en 100%.

Útreikningur skilvirkni

Láta hitara utan aflað orku sem svarar til Q _1. Verkfæri líkama framið vinna, en orkan gefin kæli var Q _2.

Miðað við ákvörðun reiknum við skilvirkni gildi:

η = A / Q _1. Við gerum ráð fyrir að A = Q ₁ - Q _2.

Þess vegna skilvirkni varmavélarinnar, uppskrift af sem er gefið með η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, leyfa eftirfarandi ályktun:

• Nýtni mega vera 1 (eða 100%);
• að hámarka þetta magn þarf að auka í báðum orku sem fæst úr ofni, eða lækkun á orku tiltekins kæli;
• auka hitari vald ná breytingu á gæði eldsneytis;
• draga úr orku, gefur ísskáp, leyfa til að ná hönnun lögun af the vél.

Kjörinn hita vél

Er sköpun slíks vél mögulegt, skilvirkni sem væri hámark (í fullkominni - jafngildir 100%)? Finna svar við þessari spurningu reyndi að franska eðlisfræðingur og hæfileikaríkur verkfræðingur Sadi Carnot. 1824 fræðilegir útreikningar hans um þau ferli sem koma á gasi var sleppt.

Grunnhugmyndin felst í hugsjón vél getur talist háttsemi afturkræf ferli með kjörgas. Byrjar með stækkun á gas jafnhitaferli hitastig T _1. Magn hita sem þarf í þessum tilgangi, - Q _1. Eftir gas án auka hita (sem óvermin ferli). Eftir að ná að hitastig _T2, sem gasið er þjappað jafnhitaferli með því að leiða kæli orku Q _2. gas aftur í upprunalegt horf er flutt adiabatically.

Nýtni fullkomnum Carnot varmavélarinnar með nákvæmlega útreikningum er hlutfallið á milli hitamun milli hitunar- og kælingu tæki í hitastig á, sem hefur hitari. Það lítur út eins og þetta: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Möguleg varma skilvirkni úr vélinni og er sem í formúlunni er hefur formi: η = 1 - T ₂ / T _1, fer aðeins eftir verðmæti hitara og kælir hitastig og getur ekki verið meiri en 100%.

Þar að auki, þetta samband gerir einn til að sanna að skilvirkni vél hita getur verið jafn einingu aðeins þegar kæli alger núll hitastig. Eins er þekkt, þetta gildi er unattainable.

Fræðilegir útreikningar Carnot leyfa að ákvarða hámarks skilvirkni í hita vél hönnun.

Setning sannað Carnot er sem hér segir. Handahófskennt hita vél undir neinum kringumstæðum hægt að hafa hagkvæmni hærri en sömu gildum fullkominni hita vél skilvirkni.

Dæmi um að leysa vandamál

Dæmi 1. Hvað skilvirkni hugsjón hita vél, þegar hitastigið hitari er 800 C og ^hitastig kæli 500 ^C hér?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, ΔT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

lausn:

Samkvæmt skilgreiningu: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Við vorum ekki gefið hitastig á kæli, en ΔT = (T ₁ - T _2), þar með:

η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0.46.

Svar: Skilvirkni = 46%.

Dæmi 2. ákvarða áhrifamátt hugsjón varmavélarinnar, ef vegna þess að orku öðlast ein kJ hitara flutt gagnlegt starf 650 J.M. Hver er hitastigið á hitari varmavélarinnar ef kælivökva hitastig -. 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

lausn:

Í þessu verkefni, það er varma uppsetningu, skilvirkni sem hægt er að reikna með formúlunni:

η = A / Q _1.

Til að ákvarða hitastig hitari því að nota formúlu skilvirkni hann fullkominn varmavélarinnar:

η = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1.

Performing stærðfræði umbreytingu, fáum við:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Við compute:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Svar: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

raunveruleg skilyrði

Kjörinn hita vél hönnuð með hugsjón ferli. Verkið er flutt aðeins í isothermal ferli, það er skilgreint sem svæðið sem afmarkast af grafi Carnot hringrás.

Í raun, að skapa skilyrði fyrir flæði breytingar gas stöðu í því ferli, án meðfylgjandi breytingar á hitastigi getur ekki verið. Engin slík efni, sem myndi útiloka varmaskipti með nærliggjandi hluti. Óvermin ferli verður ómögulegt að framkvæma. Í tilviki varmaskipta hita gas verður endilega að breyta.

Skilvirkni varma vélar skapast í raunverulegum aðstæðum verulega frá hugsjón skilvirkni vél. Athugið að flæði ferli í alvöru vél gerist svo hratt að breytileikinn á innri varmaorku að vinna efni í því ferli að breyta rúmmál hans er ekki hægt að greiða með innstreymi hita magni ofni og kælir aftur.

Aðrar vélar hita

Kaupmáttur vélar starfa á mismunandi lotum:

• Otto hringrás fast rúmmál ferli með óvermin breytingu, skapa lokaða lykkju;
• Diesel Cycle isobar, óvermin, isochore, óvermin;
• gashverfilsrafal: fer fram við fastan þrýsting, óvermin í stað lokar hliðar.

Búa jafnvægi ferli í alvöru vél (til að koma þeim nær hugsjón) í nútíma tækni er ekki hægt. Skilvirkni vél hita er verulega lægri, jafnvel með sömu hitaskilyrði sem í hugsjón hita stilling.

En það er ekki nauðsynlegt að draga úr útreikning hlutverk formúluna skilvirkni við Carnot hringrás, eins og það er, verður það viðmið í því ferli að bæta skilvirkni alvöru vél.

Leiðir til að breyta skilvirkni

Með samanburði á hugsjón og raunverulegum hita vél, skal tekið fram að síðasta hitastig í kæli getur ekki verið handahófskennt. Venjulega ísskápur telja andrúmsloftið. Til að taka hitastig andrúmsloftsins getur aðeins nálgaðar útreikninga. Reynslan sýnir að hitastig kælivökva er útblásturslofts í vél, eins og það gerist í brunahreyfla (skammstafað sem DVS).

DIC - algengasta í heimi okkar hita vél. Skilvirkni hita vél í þessu tilviki veltur á hitastigi búin með því að brenna eldsneyti. Meginmunur frá DIC gufu vél er samruni hitari hlutverk og vinni tæki líkaminn í loft-eldsneyti blöndu. Burning blöndu skapar þrýsting á hreyfanlegum hlutum vélarinnar.

Hækkun gas hita vinna er náð, verulega breyta eiginleikum eldsneytisins. Því miður, það er ómögulegt að gera án þess að takmarka. Hvaða efni sem af byggingu vél brunahólfið hefur bræðslumark þess. The varma viðnám á slíkum efnum á - grunn einkennandi fyrir vél, auk þess að veruleg áhrif á skilvirkni.

Gildi vél skilvirkni

Ef við lítum á gufu túrbínu, hitastigi vinnu gufu vík sem er jafnt 800 K, og útblástursloft - 300 K, skilvirkni vél er jafn 62%. Í raun og veru, þó þetta gildi ekki yfir 40%. Þessi lækkun á sér stað vegna hita tap á hita hverflum húsnæði.

Hæsta gildi á skilvirkni brunahreyfla ekki yfir 44%. Hækkun þessa gildis - spurning um nánustu framtíð. Breyting á eiginleikum efna, eldsneyti - þetta er vandamál yfir sem starfa bestu hugum mannkynsins.