Sok típusú gép működését olyan fontos mutató jellemzi, mint a hőmotor hatásfoka. A mérnökök minden évben arra törekednek, hogy fejlettebb berendezéseket hozzanak létre, amelyek alacsonyabb üzemanyagköltség mellett a maximális eredményt hoznák használatukból.
Fűtőmotor-készülék
Mielőtt megértjük, mi a hatékonyság, meg kell értenünk, hogyan működik ez a mechanizmus. Működési elveinek ismerete nélkül lehetetlen kideríteni ennek a mutatónak a lényegét. A hőmotor olyan berendezés, amely belső energia felhasználásával működik. Minden olyan hőmotor, amely a hőenergiát mechanikai energiává alakítja, az anyagok növekvő hőmérsékletű hőtágulását használja fel. A szilárdtest-motorokban nem csak az anyag térfogata, hanem a test alakja is megváltoztatható. Az ilyen motor működése a termodinamika törvényeinek hatálya alá tartozik.
Működési elv
Ahhoz, hogy megértsük a hőmotor működését, figyelembe kell venni az alapokata terveit. A készülék működéséhez két testre van szükség: meleg (fűtő) és hideg (hűtő, hűtő). A hőgépek működési elve (a hőgépek hatásfoka) típusuktól függ. A gőzkondenzátor gyakran hűtőszekrényként működik, és bármilyen típusú tüzelőanyag, amely a kemencében ég, fűtőként működik. Az ideális hőmotor hatásfokát a következő képlet határozza meg:
Hatékonyság=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Ugyanakkor egy valódi motor hatásfoka soha nem haladhatja meg az e képlet szerint kapott értéket. Ezenkívül ez a mutató soha nem haladja meg a fenti értéket. A hatékonyság növelése érdekében leggyakrabban növelje a fűtőelem hőmérsékletét és csökkentse a hűtőszekrény hőmérsékletét. Mindkét folyamatot korlátozzák a berendezés tényleges működési feltételei.
Hőmotor hatásfoka (képlet)
A hőmotor működése közben a munka folyik, mivel a gáz energiát veszít, és egy bizonyos hőmérsékletre lehűl. Ez utóbbi általában néhány fokkal a környező légkör felett van. Ez a hűtőszekrény hőmérséklete. Egy ilyen speciális eszközt hűtésre terveztek, majd a kipufogógáz kondenzációjával. Ahol kondenzátorok vannak, a hűtőszekrény hőmérséklete néha alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet.
Hőmotorban a test felfűtött és kitágított állapotban nem képes minden belső energiáját a munkára adni. A hő egy része a kipufogógázokkal vagy gőzzel együtt a hűtőbe kerül. Ez a résza belső hőenergia elkerülhetetlenül elvész. A tüzelőanyag elégetése során a dolgozó test bizonyos mennyiségű Q1 hőt kap a fűtőberendezéstől. Ugyanakkor továbbra is működik A, amely során a hőenergia egy részét átadja a hűtőszekrénynek: Q2<Q1.
HATÉKONYSÁG jellemzi a motor hatásfokát az energiaátalakítás és átvitel terén. Ezt a mutatót gyakran százalékban mérik. Hatékonysági képlet:
ηA/Qx100%, ahol Q az elhasznált energia, A a hasznos munka.
Az energia megmaradás törvénye alapján megállapíthatjuk, hogy a hatásfok mindig kisebb lesz egynél. Más szóval, soha nem lesz hasznosabb munka, mint az arra fordított energia.
A motor hatásfoka a hasznos munka és a fűtőberendezés által szolgáltatott energia aránya. Ez a következő képlettel ábrázolható:
η=(Q1-Q2)/ Q1, ahol Q 1 - a fűtőtesttől kapott hő, és Q2 - a hűtőszekrénynek adva.
Hőmotor működése
A hőmotor által végzett munka kiszámítása a következő képlettel történik:
A=|QH| - |QX|, ahol A a munka, QH a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség, QX - a hűtőnek adott hőmennyiség.
Hőmotor hatásfoka (képlet):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Egyenlő a motor által végzett munka és a munka mennyiségének arányávalmelegség. Az átvitel során a hőenergia egy része elvész.
Carnot motor
A hőmotor maximális hatásfoka a Carnot-készüléken látható. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ebben a rendszerben ez csak a fűtőelem (Тн) és a hűtő (Тх) abszolút hőmérsékletétől függ. A Carnot-ciklus szerint működő hőmotor hatásfokát a következő képlet határozza meg:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
A termodinamika törvényei lehetővé tették számunkra, hogy kiszámítsuk a lehetséges maximális hatásfokot. Ezt a mutatót először Sadi Carnot francia tudós és mérnök számította ki. Feltalált egy hőmotort, amely ideális gázzal működött. 2 izotermából és 2 adiabátból álló cikluson működik. Működésének elve meglehetősen egyszerű: a fűtőelemet gázzal hozzuk az edénybe, aminek következtében a munkaközeg izotermikusan kitágul. Ugyanakkor működik, és bizonyos mennyiségű hőt vesz fel. Miután az edényt hőszigetelték. Ennek ellenére a gáz tovább tágul, de már adiabatikusan (a környezettel való hőcsere nélkül). Ekkor a hőmérséklete a hűtőszekrényig csökken. Ebben a pillanatban a gáz érintkezik a hűtővel, aminek következtében az izometrikus tömörítés során bizonyos mennyiségű hőt ad neki. Ezután az edényt ismét hőszigeteljük. Ebben az esetben a gáz adiabatikusan összenyomódik eredeti térfogatára és állapotára.
fajták
A mi korunkban sokféle hőmotor létezik, amelyek különböző elven és különböző üzemanyagokkal működnek. Mindegyiknek megvan a maga hatékonysága. Ezek tartalmazzáka következő:
• Belső égésű motor (dugattyú), amely egy olyan mechanizmus, ahol az égő üzemanyag kémiai energiájának egy része mechanikai energiává alakul. Az ilyen eszközök lehetnek gázok és folyékonyak. Vannak 2- és 4-ütemű motorok. Folyamatos munkaciklusuk lehet. Az üzemanyag-keverék előállításának módszere szerint az ilyen motorok karburátorok (külső keverékképzéssel) és dízel (belsővel). Az energiaátalakító típusai szerint dugattyúsra, sugárhajtásúra, turbinára és kombináltra oszthatók. Az ilyen gépek hatásfoka nem haladja meg a 0,5.
• Stirling motor - olyan eszköz, amelyben a munkafolyadék zárt térben van. Ez egyfajta külső égésű motor. Működési elve a test időszakos hűtése/felfűtése a térfogatváltozás miatti energiatermeléssel. Ez az egyik leghatékonyabb motor.
• Turbinás (forgó) motor külső tüzelőanyaggal. Az ilyen berendezések leggyakrabban hőerőművekben találhatók.
• A turbinás (forgó) ICE-t hőerőművekben csúcs üzemmódban használják. Nem olyan gyakori, mint mások.
• A turbólégcsavaros motor a légcsavarnak köszönhető tolóerő egy részét generálja. A többi a kipufogógázokból származik. Kialakítása egy forgómotor (gázturbina), melynek tengelyére propeller van felszerelve.
Más típusú hőmotorok
• Rakéta-, turbó- és sugárhajtóművek, amelyek tolóerőt kapnak a visszarúgásbólkipufogógázok.
• A szilárdtest-motorok szilárd anyagokat használnak üzemanyagként. Munka közben nem a térfogata változik, hanem az alakja. A berendezés működése rendkívül alacsony hőmérséklet-különbséget használ.
Hogyan javítható a hatékonyság
Növelhető a hőgép hatásfoka? A választ a termodinamikában kell keresni. Különböző típusú energiák kölcsönös átalakulását vizsgálja. Megállapítást nyert, hogy lehetetlen az összes rendelkezésre álló hőenergiát elektromos, mechanikus stb. energiává alakítani. Ugyanakkor ezek hőenergiává történő átalakítása korlátozás nélkül történik. Ez annak köszönhető, hogy a hőenergia természete a részecskék rendezetlen (kaotikus) mozgásán alapul.
Minél jobban felmelegszik a test, annál gyorsabban fognak mozogni az azt alkotó molekulák. A részecskék mozgása még ingadozóbb lesz. Ezzel együtt mindenki tudja, hogy a rend könnyen káosszá változhat, amit nagyon nehéz megrendelni.
