Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что из себя представляет идеальный тепловой двигатель

Тепловой двигатель с внешним подводом теплоты

Автомобильный двигатель прошел длительный путь развития и с технической точки зрения является совершенным. Однако до настоящего времени наибольшее внимание в процессе его совершенствования уделялось достижению максимальной мощности, малой массы и размеров двигателя, минимальных производственных затрат. Теперь на первый план как важнейший критерий оценки двигателя выступает минимизация потребления им топлива. Снижения потребления топлива достичь непросто, и, кроме того, оно может оказывать неблагоприятное влияние на ряд параметров двигателя.

Несмотря на постоянно сокращающиеся возможности совершенствования современных двигателей внутреннего сгорания, им по-прежнему уделяется большое внимание. Это связано, прежде всего, с трудностями перевооружения такой громадной отрасли как автомобилестроение. Тем не менее, выполнение выдвигаемых на перспективу жестких требований к чистоте отработавших газов и экономичности, к бензиновым и дизельным двигателям внутреннего сгорания не представляется возможным.

Поэтому целесообразно уделять внимание радикальному изменению силовых установок механических транспортных средств. Одним из вариантов такого радикального изменения силовой установки является двигатель с внешним подводом теплоты. Возможности совершенствования, такого двигателя еще не исчерпаны. Необходимо совершенствовать как его термодинамический цикл, так и саму силовую установку его использующую.

Разновидностей тепловых двигателей

Двигатели внешнего сгорания:

  1. Двигатель Стерлинга. Основной принцип заключается в процессе нагревания и охлаждения вещества в замкнутом пространстве при помощи внешних источников тепла.
  2. Паровые машины. Используется сила давления пара, образующегося при нагревании воды. При этом камера для сгорания топлива находится отдельно от рабочей камеры.

Двигатели внутреннего сгорания:

  1. Поршневой. Способом получения механической энергии является процесс сгорания топлива внутри рабочей камеры. В результате этого приводятся в движение поршни. Основное место применения – современные автомобили.
  2. Роторный. В отличие от поршневого двигателя воздействие оказывается на ротор. Применяется в конструкции электростанций, а также в некоторых автомобилях.
  3. Реактивный двигатель. Используется принцип тяги, возникающий при выбросе отработанных газов в процессе сгорания топлива. Применяется в ракетостроении.

Тепловые двигатели имеют как преимущества, так и недостатки.

Скачать презентацию. Тема: «Идеальный тепловой двигатель». Предмет: физика. Добавлена в 2016 году. Средняя оценка: 1.0 балла из 5.

автор — составитель теста В. И. Регельман источник:http://www.physics-regelman.com/high/12-8/1.php Автор презентации: Бахтина И.В. Тест по теме «Идеальные тепловые двигатели» группа А (первый уровень) pptcloud.ru

№1: КПД идеальной тепловой машины 20%. Чему равно отношение температуры нагревателя к температуре холодильника? А) 0,2 В) 1,25 C) 0,6 D) 1,125 E) 2 №2: При совершении цикла Карно, идеальный газ в тепловом двигателе получил от нагревателя 0,5кДж теплоты. Определить количество теплоты отданное холодильнику, если КПД.двигателя 20%. А) 400кДж В) 600Дж С) 400Дж Д) 6000Дж Е) 1кДж А) 400кДж B) 600Дж C) 400Дж D) 6000Дж E) 1кДж А) I,IV B) II,III C) II,IV D) II,IV,V E) II,III,V

№4: Определить температуру холодильника, идеальной тепловой машины, если газ за каждый цикл идеальный газ отдаёт холодильнику 60% теплоты, полученной от нагревателя. Температура нагревателя 450К. А) 270oC B) -3oC C) -93oC D) 180oC E) -40oC №5: КПД идеального цикла Карно 25%. Во сколько раз необходимо изменить температуру нагревателя, чтобы КПД двигателя увеличился в два раза? Температура холодильника неизменна.

№6: Какие из нижеприведённых утверждений не справедливы при увеличении КПД машины Карно?I. При увеличении температуры нагревателя на T .II. При уменьшении температуры нагревателя на такое же T .III. При увеличении количества теплоты, отданного холодильнику.IV. При уменьшении количества теплоты, отданного холодильнику. А) II и III B) II и IV C) I и III D) III и IV E) I и IV №7: Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя в четыре раза больше температуры холодильника. На сколько процентов количество теплоты, отданное рабочему телу, отличается от количества теплоты, полученного нагревателем?

Читать еще:  Фольксваген пассат б3 двигатель 2е инжектор большой расход топлива

T1(1 — ) Где: Т1 — температура нагревателя — КПД теплового двигателя. №9: На данной диаграмме показана зависимость работ тепловых двигателей от количества сообщённого им теплоты . Какая из точек, на данной диаграмме соответствует минимальному КПД?

А В С Д Е №13: В каком из нижеприведённых соотношений находятся КПД трёх циклов (1цикл-ACDBA; 2цикл- EGDBE; 3цикл- KNDBK), указанных на рисунке? ( Кривые 1,2,3 и ДВ — представляют собой изотермы, ВА и СД — адиабаты )

№14: Используя информацию, полученную из чертежа, определить К.П.Д. цикла , совершённым одноатомным идеальным газом приведённом на рисунке. №15: Какой из ниже приведённых графиков, наиболее точно отражает зависимость отношения температуры холодильника к температуре нагревателя от К.П.Д. процесса? А) В) С) Д) Е)

№17: Какой из нижеприведённых графиков, наиболее точно отражает зависимость работы теплового двигателя от количества затраченной теплоты? А) В) С) Д) Е)

№18: В каком из нижеприведённых соотношений находятся между собой К.П.Д. указанных процессов над идеальным газом?

№20: Определить КПД изопроцесса над одноатомным идеальным газом приведённого на рисунке. №21: каком из нижеприведённых соотношений, находятся между собой К.П.Д. циклов изображённых на рисунках, над идеальным газом в количестве 5 молей?

Термины

  • Тепловая энергия – внутренняя энергия при термодинамическом балансе.
  • Внутренняя энергия – сумма всей энергии в системе, включая кинетическую и потенциальную.

Тепловой двигатель – система, трансформирующая тепловую энергию в механическую работу. К ним относятся бензиновые, дизельные, реактивные и паровые турбины. Все они используют тепло из источника. Передача тепла от горячего тела – Qh, а холодное – Qc. Температуры их обозначаются соответственно: Th и Tc.

(а) – Теплообмен осуществляется спонтанно от горячего тела к прохладному (подчиняется второму закону термодинамики). (b) – Тепловой двигатель (круг) использует часть теплопередачи, чтобы выполнить работу. Объекты именуются горячими и холодными резервуарами. Qh – теплопередача из горячего резервуара, W – выход работы, Qc – передача в холодный

Горячий резервуар нагревается внешним воздействием, поэтому работа выполняется максимально эффективно. Но нам бы хотелось выровнять W и Qh, чтобы не переносить тепло во внешний мир (Qc = 0). К сожалению, этого не случится. Второй закон термодинамики указывает на то, что при переносе тепла нельзя полностью преобразовать его в работу в циклическом процессе.

Циклический процесс заставляет систему возвращаться в исходное положение. Второй закон доходчиво объясняет, что такие двигатели не располагают идеальной трансформацией теплопередачи в работу.

Что можно сказать о КПД теплового двигателя? Итак, циклический процесс вынуждает систему постоянно начинать все сначала. Внутренняя энергия (U) системы одинакова на первом и последнем этапе цикла, так что ΔU = 0. В первом законе указано, что ΔU = Q – W (Q – чистый теплообмен во время цикла, а W – чистая работа). Так как ΔU = 0, то W = Q. Поэтому выполняемая системой работа приравнивается к чистой передаче тепла в систему или W = Qh — Qc (циклический процесс), как отображено на рисунке (b).

Эффективность выступает важнейшим параметром для теплового двигателя. Загвоздка лишь в том, что во всех процессах присутствует трата тепла на внешнюю среду (Qc). Если трансформируем энергию в работу, то всегда вынуждены получать меньше, чем вкладываем. Эффективность определяется в качестве выходной мощности, разделенной на теплопередачу:

Читать еще:  Ваз 2109 двигатель работает только со стартером

В циклическом процессе W = Qh – Qc, поэтому можно выразить как:

(для циклического процесса).

100% эффективность возможна только, если теплопередача в окружающую среду отсутствует (Qc = 0).

Первой известной в настоящий момент тепловой машиной была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ в. н. э. в Римской Империи. Это изобретение не получило распространения, вероятно из-за низкого уровня развития технологий того времени: тогда не был изобретен даже подшипник, столь необходимый для работы турбины

Работа, совершаемая двигателем, равна:

A = Q H − | Q X | -left|Q_right| >, где:

  • Q X > — количество теплоты, отданное охладителю.
  • Q H > — количество теплоты, полученное от нагревателя,

Коэффициент полезного действия КПД теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: η = | Q H | − | Q X | | Q H | = 1 − | Q X | | Q H | right|-left|Q_right|>right|>>=1-right|>right|>>>

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателяT H > и холодильникаT X >:

η K = T H − T X T H = 1 − T X T H =-T_ over T_>=1- over T_>>

2.1. Типы тепловых двигателей Роторный турбинный двигатель внешнего сгорания

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива электровоза также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия.

Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще.

Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.

2.2. Типы тепловых двигателей Роторный турбинный двигатель внутреннего сгорания

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.

2.3. Типы тепловых двигателей Реактивные и ракетные двигатели

Реактивный двигатель представляет собой совмещенный тепловой двигатель и движитель, в нём внутренняя энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи разогретого рабочего тела. Реактивные двигатели отбрасывают нагретое рабочее тело с большой скоростью, за счет его проистечения, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. В тепловых реактивных двигателях обычно используется химическое топливо в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, порождающее разогретый газ при сгорании. Воздушно-реактивные двигатели используют газообразный окислитель из окружающей среды, тогда как ракетные двигатели снабжаются запасами всех компонентов рабочего тела с носителя и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Используются для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

2.4. Типы тепловых двигателей Твёрдотельные двигатели

Такие двигатели используют твёрдый материал вещество в твёрдой фазе в качестве рабочего тела. Работа совершается при изменении формы рабочего тела. Позволяют использовать малые перепады температур.

  • Johnson thermoelectric energy converter JTEC — использует электрохимическое окисление и восстановление водорода в паре ячеек, реализует тепловой цикл, приближенный к циклу Джона Эрикссона
  • металлические двигатели, использующие изменение формы различных твердых сплавов из-за температуры, например составов с памятью формы или теплового расширения твердых тел

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Явным преимуществом двигателя Стирлинга видится более выраженная эффективность по отношению к тем же паровым системам. Исключается необходимость котлов – опасных технологически конструкций, нет нужды запасать воду и создавать сложные системы открывания / закрывания клапанов.

Следует отметить: благодаря отсутствию сложных клапанных систем, двигатели Стирлинга работают тише паровых конструкций. Учитывая возможное применение энергии, получаемой не от источников сжигания топлива, эти конструкции относятся к экологически чистым системам. Поддерживается работа на всевозможных видах топлива.

Среди потенциальных недостатков можно отметить относительно медленный запуск. Обычно требуется время для прогрева теплообменника и маховика, чтобы разогнать систему до рабочей скорости.

Также достаточно сложно проходят процессы остановки. Конструкции требуют радиаторов больших габаритов для эффективного отвода тепла, чем несколько ограничивается применение в отдельных случаях.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

  • Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
  • 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
  • Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
  • Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
  • Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
  • Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
  • Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector