Ang kahusayan ng init engine. Ang kahusayan ng init engine - Formula

Modern katotohanan ay nangangailangan ng init engine malawak na operasyon. Maraming mga pagtatangka upang palitan ang mga ito na may electric Motors habang sumasailalim sa kabiguan. Ang problema na kaugnay sa ang akumulasyon ng kapangyarihan sa autonomous system, ay nalutas na may mahusay na kahirapan.

Still may-katuturang mga problema ng manufacturing lakas ng baterya teknolohiya batay sa kanilang pang-matagalang paggamit. Bilis ng mga katangian ng electric sasakyan ay malayo mula sa mga nasa kotse, panloob na pagkasunog engine.

Ang unang hakbang sa paglikha ng mga hybrid engine ay maaaring makabuluhang bawasan ang nakakalason emissions sa lugar sa lungsod, paglutas ng mga problema sa kapaligiran.

Ang isang maliit na kasaysayan

Ang posibilidad ng pagbabago ng enerhiya ng singaw sa kinetiko enerhiya ay kilala dahil sinaunang ulit. 130 BC: Philosopher Geron Aleksandriysky iniharap sa madla steam toy - eolipil. Sphere puno ng steam, dumating sa pag-ikot sa ilalim ng impluwensiya na nagmumula sa kanyang jet. Ito prototype ng modernong steam turbine sa panahon ng application ay hindi nahanap.

Para sa maraming mga taon at siglo pilosopo unlad na ito ay isinasaalang-alang lamang ng isang masaya laruan. Sa 1629 ang Italian D. Branca lumikha ng isang proactive turbine. Mga Mag-asawa magpaandar ang disc na ibinigay sa blades.

Mula sa sandaling iyon ay nagsimula ang mabilis na pag-unlad ng steam engine.

heat engine

Ang pagbabago ng ang panloob na enerhiya ng gasolina sa ang enerhiya ng paggalaw ng mga bahagi machine at mga mekanismo na ginagamit sa init engine.

Pangunahing mga bahagi ng machine: isang pampainit ng (system pagtanggap ng enerhiya mula sa labas), ang nagtatrabaho katawan (gumaganap ng isang nakapagpapalusog epekto), refrigerator.

heater ay dinisenyo para sa mga nagtatrabaho fluid sa makaipon ng sapat na stock ng panloob na enerhiya para sa mga kapaki-pakinabang trabaho. Refrigerator nag-aalis ng labis na enerhiya.

Ang pangunahing katangian ng kahusayan ay tinatawag na ang kahusayan ng init engine. dami na ito ay nagpapakita kung ano ang bahagi ng enerhiya expended sa pag-init ng ginugol upang maisagawa ang mga kapaki-pakinabang trabaho. Ang mas mataas na kahusayan, ang mga pakinabang pagpapatakbo ng machine, ngunit ang halaga na ito ay maaaring hindi lumagpas sa 100%.

Pagkalkula ng kahusayan

Hayaan heater sa labas nakuha enerhiya katumbas ng Q _1. Tools katawan nakatuon sa trabaho A, habang ang enerhiya na ibinigay refrigerator ay Q _2.

Batay sa mga pagpapasiya, kinakalkula namin ang halaga ng kahusayan:

η = A / Q _1. akala namin na A = Q ₁ - Q _2.

Kaya ang kahusayan ng init engine, ang formula na kung saan ay ibinigay sa pamamagitan η (Q ₁ - Q ₂₎ = / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, ay nagbibigay-daan ang mga sumusunod na konklusyon:

• Kahusayan ay hindi maaaring lumampas 1 (o 100%);
• upang i-maximize ang dami kinakailangang maragdagan sa mag-ang enerhiya na nakuha mula sa isang heater, o ang pagbawas ng enerhiya na ibinigay refrigerator;
• pagtaas ng pampainit ng kapangyarihan makamit ang isang pagbabago ng gasolina kalidad;
• mabawasan ang enerhiya, ay nagbibigay sa mga refrigerator, payagan upang makamit ang mga tampok ng disenyo ng engine.

Isang ideal na heat engine

Ay ang paglikha ng tulad ng isang engine maaari, ang kahusayan ng na kung saan ay ang pinakamataas na (sa isang mainam na - katumbas ng 100%)? Hanapin ang sagot sa tanong na ito sinubukang Pranses pisisista at isang mahuhusay na engineer Sadi Carnot. Sa 1824 ang kanyang panteorya kalkulasyon tungkol sa mga proseso na nagaganap sa mga gas ay inilabas.

Ang pangunahing ideya katawanin sa ang perpektong machine ay maaaring ituring na pag-uugali kabilaan proseso na may ideal na gas. Na nagsisimula sa pagpapalawak ng gas isothermally sa temperatura T _1. Ang halaga ng init na kinakailangan para sa layuning ito, - Q _1. Matapos gas walang pagpapalawak ng init (isang adiabatic proseso). Pagkatapos maabot ang temperatura T _2, ang gas ay naka-compress isothermally pamamagitan ng pagpasa sa refrigerator enerhiya Q _2. gas bumalik sa orihinal na katayuan nito ay ginanap adiabatically.

Ang kahusayan ng isang perpektong Carnot init engine na may eksaktong pagkalkula ay ang ratio ng ang temperatura pagkakaiba sa pagitan ng pag-init at paglamig device sa isang temperatura, na may isang pampainit. Ito ay ganito ang hitsura: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Posibleng thermal kahusayan ng machine, na kung saan formula ay may mga form: η = 1 - T ₂ / T _1, ay nakasalalay lamang sa ang halaga ng heater at mas malalamig na temperatura at hindi maaaring maging mas malaki kaysa sa 100%.

Dagdag pa rito, ang relasyon na ito ay nagbibigay-daan sa isa upang patunayan na ang kahusayan ng init engine ay maaaring maging katumbas ng pagkakaisa lamang kapag ang refrigerator absolute zero temperatura. Bilang ay kilala, ang halaga na ito ay hindi matamo.

Teoretikal kalkulasyon Carnot payagan upang matukoy ang maximum na kahusayan ng init engine ng anumang disenyo.

Subok Carnot 's teorama ay tulad ng sumusunod. Arbitrary init engine sa ilalim ng walang pangyayari magagawang upang magkaroon ng kahusayan mas mataas kaysa sa parehong halaga ng isang mainam na kahusayan ng init engine.

Ang isang halimbawa ng paglutas ng problema

EXAMPLE 1. Ano ang kahusayan ng isang mainam na init engine, kapag ang pampainit temperatura ay 800 C at ^ang temperatura ng refrigerator 500 ^C sa ibaba?

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

solusyon:

Sa pamamagitan ng kahulugan: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Hindi namin ay ibinigay na temperatura ng refrigerator, ngunit ΔT = (T ₁ - T _2), samakatuwid ay ibinigay:

η = ΔT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0.46.

Sagot: kahusayan = 46%.

Halimbawa 2. Tukuyin ang kahusayan ng isang mainam na init engine, kung dahil sa ang enerhiya na nakuha sa isang kilojoules heater ginanap sa kapaki-pakinabang na trabaho 650 J. Ano ang temperatura ng initan ng init engine kung coolant temperatura -. 400 K?

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

solusyon:

Sa gawaing ito, ito ay isang thermal pag-install, ang kahusayan nito ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng formula:

η = A / Q _1.

Upang matukoy ang temperatura ng heater gamit formula kahusayan ng isang mainam na init engine:

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

Gumaganap mathematical transformations, makuha namin ang:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

compute namin ang:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Sagot: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

aktwal na mga kondisyon

Isang ideal na heat engine na dinisenyo na may ang perpektong proseso. Ang gawain ay ginanap lamang sa isothermal proseso, ito ay tinukoy bilang ang lugar bounded sa pamamagitan ng graph ng Carnot cycle.

Sa katunayan, upang lumikha ng mga kondisyon para sa daloy ng mga pagbabago gas estado sa proseso, nang walang kasamang pagbabago sa temperatura ay hindi maaaring maging. Walang naturang mga materyales, na maaaring ibukod ang init exchange na may mga nakapaligid na mga bagay. Adiabatic proseso ay magiging imposible upang isagawa. Sa kaso ng heat exchange temperatura gas ay dapat kinakailangang pagbabago.

Ang kahusayan ng thermal machine nilikha sa tunay na kondisyon ay naiiba na malaki mula sa ideal na kahusayan ng engine. Tandaan na ang daloy ng proseso sa real engine ang mangyayari kaya mabilis na ang pagkakaiba-iba ng panloob thermal enerhiya ng nagtatrabaho sangkap sa proseso ng pagbabago ng dami nito ay hindi maaaring bayad sa pamamagitan ng pag-agos ng init na dami ng heater at isang mas malalamig na return.

Ibang init engine

Real engine gumana sa iba't ibang mga cycles:

• Otto cycle pare-pareho ang dami ng proseso na may adiabatic pagbabago, ang paglikha ng isang closed loop;
• Diesel cycle isobar, adiabatic, isochore, adiabatic;
• isang gas turbine: proseso na nagaganap sa pare-pareho ang presyon, adiabatic pinalitan magsasara ang loop.

Lumikha ng isang punto ng balanse proseso sa real engine (upang dalhin ang mga ito na mas malapit sa ideal) sa modernong teknolohiya ay hindi posible. Kahusayan ng init engine ay makabuluhang mas mababa, kahit na may parehong mga kondisyon temperatura tulad ng sa ideal na setting init.

Ngunit ito ay hindi kinakailangan upang mabawasan ang papel na ginagampanan ng pagkalkula formula kahusayan ng Carnot cycle, tulad ng ito ay, ito ay nagiging isang reference point sa proseso upang mapagbuti ang kahusayan ng mga tunay na engine.

Mga paraan upang baguhin ang kahusayan

Sa pamamagitan ng paghahambing ng ideal at aktwal na engine init, dapat ito ay mapapansin na ang huling temperatura ng refrigerator ay hindi maaaring maging di-makatwirang. Karaniwan refrigerator naniniwala atmospera. Upang gawin ang mga temperatura ng kapaligiran ay maaari lamang tinatayang kalkulasyon. Karanasan ay nagpapakita na ang coolant temperatura ay ang exhaust gas sa engine, habang nangyayari ito sa panloob na combustion engine (dinaglat na bilang DVS).

DIC - ang pinaka-karaniwan sa ating mundo ng init engine. Kahusayan ng init engine sa kasong ito ay depende sa temperatura nilikha sa pamamagitan ng pagsunog ng gasolina. Ang mahahalagang pagkakaiba mula sa DIC steam engine ay ang fusion pampainit ng pag-andar at ang operating aparato katawan sa isang air-fuel timpla. Nasusunog na pinaghalong ay lumilikha ng presyon sa paglipat ng mga bahagi ng engine.

Ang pagpapataas sa nagtatrabaho temperatura gas ay nakakamit, makabuluhang pagbabago ng mga katangian ng gasolina. Sa kasamaang palad, ito ay imposible na gawin nang walang limitasyon. Ang anumang materyal ng konstruksiyon ng engine combustion chamber ay may temperatura ng pagkatunaw. Ang thermal paglaban ng naturang mga materyales - ang pangunahing katangian ng engine, pati na rin upang makabuluhang makakaapekto sa kahusayan.

Halaga engine kahusayan

Kung isaalang-alang namin ang steam turbine, ang temperatura ng nagtatrabaho steam makipot na look na kung saan ay katumbas ng 800 K, at ang maubos gas - 300 K, ang kahusayan ng ang makina ay katumbas ng 62%. Sa katotohanan, gayunpaman, ang halaga na ito ay hindi lumampas sa 40%. pagbabawas na ito ay nangyayari dahil sa pagkawala ng init sa panahon ng heating turbine pabahay.

Ang pinakamataas na halaga ng ang kahusayan ng panloob na combustion engine ay hindi lalampas sa 44%. Pagtaas ng halaga - ang tanong ng malapit na hinaharap. Ang pagbabago ng mga katangian ng mga materyales, gasolina - ito ay isang problema sa kung aling Naghahatid ang pinakamahusay na mga isip ng sangkatauhan.