Eficiența motorului termic. Formula eficienței motorului termic

Performanța mai multor tipuri de mașini este caracterizată de un indicator atât de important ca eficiența unui motor termic. Inginerii în fiecare an se străduiesc să creeze o tehnică mai avansată, care, la costuri mai reduse cu combustibilul, ar da rezultate maxime din utilizarea sa.

Dispozitivul motorului termic

Înainte de a înțelege ce este eficiența (eficiența), trebuie să înțelegeți cum funcționează acest mecanism. Fără cunoașterea principiilor funcționării sale, este imposibil să se clarifice esența acestui indicator. Un motor termic este un dispozitiv care funcționează prin utilizarea energiei interne. Orice mașină termică care se întoarce energia termică în utilizări mecanice expansiune termică substanțe cu temperatură în creștere. În cazul motoarelor cu rezistență solidă, este posibilă nu numai modificarea volumului de materie, ci și a formei corpului. Acțiunea unui astfel de motor este supusă legilor termodinamicii.

Principiul funcționării

Pentru a înțelege modul în care funcționează motorul termic, este necesar să se ia în considerare baza acestuia. Două corpuri sunt necesare pentru funcționarea dispozitivului: încălzitor și rece (frigider, răcitor). Principiul funcționării motoarelor termice (eficiența motoarelor termice) depinde de tipul lor. Adesea un condensator este un condensator de abur și un încălzitor este orice tip de combustibil care arde într-un cuptor. Eficiența unui motor termic ideal este dată de următoarea formulă:

Eficiență = (încălzire - răcire) / încălzire. x 100%.

În acest caz, eficiența unui motor real nu poate depăși niciodată valorile obținute în conformitate cu această formulă. De asemenea, această cifră nu va depăși niciodată valoarea de mai sus. Pentru a crește eficiența, cel mai adesea creșteți temperatura încălzitorului și reduceți temperatura frigiderului. Ambele procese vor fi limitate de condițiile de funcționare reale ale echipamentului.

Eficiența motorului termic (formula)

Când motorul termic funcționează, funcționează, deoarece gazul începe să-și piardă energia și este răcit la o anumită temperatură. Acesta din urmă, de regulă, este cu câteva grade mai mare decât atmosfera din jur. Aceasta este temperatura frigiderului. Acest dispozitiv special este destinat răcirii cu condensarea ulterioară a aburului de evacuare. În cazul în care există condensatoare, temperatura frigiderului este uneori mai mică decât temperatura ambiantă.

Într-un motor termic, corpul, atunci când se încălzește și se extinde, nu este în măsură să dea toată energia sa internă pentru a realiza lucrarea. O parte din căldură va fi transferată la frigider împreună cu gazele de eșapament sau aburi. Această parte a termalelor energia internă este inevitabil pierdut. Organismul de lucru, la arderea combustibilului, primește de la încălzitor o anumită cantitate de căldură Q₁. În același timp, acesta continuă să funcționeze A, în timpul căruia transferă la frigider o parte din energia termică: Q₂₁.

Eficiența caracterizează eficiența motorului în sfera conversiei și transmisiei de energie. Acest indicator este adesea măsurat în procente. Formulă de eficacitate:

eta- * A / Qx100%, unde Q este energia consumată, iar A este lucrarea utilă.

În baza legii de conservare a energiei, putem concluziona că eficiența este întotdeauna mai mică decât unitatea. Cu alte cuvinte, munca utilă nu va fi niciodată mai mult decât energia petrecută pe ea.

Eficiența motorului este raportul dintre lucrul util și energia raportată de încălzitor. Acesta poate fi reprezentat sub forma următoarei formule:

eta- (Q₁-Q₂) / Q₁, unde Q₁ - căldura primită de la încălzitor și Q₂ - administrat frigiderului.

Încălzirea motorului

Lucrările efectuate de motorul termic se calculează după următoarea formulă:

A = | Q_H| | - | Q_X|, unde A este lucrarea, Q_H - cantitatea de căldură primită de la încălzitor, Q_X - cantitatea de căldură dată coolerului.

Eficiența motorului termic (formula):

| Q_H| | - | Q_X|) / | Q_H| | = 1 - | Q_X| / | Q_H| |

Este egal cu raportul dintre munca efectuată de motor și cantitatea de căldură primită. O parte din energia termică din această transmisie este pierdută.

Carnot motor

Eficiența maximă a motorului termic este notată în dispozitivul Carnot. Acest lucru se datorează faptului că în acest sistem depinde numai de temperatura absolută a încălzitorului (Tn) și a răcitorului (Tx). Eficiența unui motor termic care funcționează Carnot ciclu, este determinată de următoarea formulă:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Legile termodinamicii au făcut posibilă calcularea eficienței maxime posibile. Pentru prima dată această cifră a fost calculată de savantul și inginerul francez Sadi Carnot. A venit cu un motor termic care funcționa pe un gaz ideal. Funcționează pe un ciclu de 2 izoterme și 2 adiabate. Principiul funcționării sale este foarte simplu: contactul cu încălzitorul este realizat cu contactul încălzitorului, astfel încât mediul de lucru se extinde izotermic. În acest fel, funcționează și primește o anumită cantitate de căldură. După ce nava este izolată. În ciuda acestui fapt, gazul continuă să se extindă, dar deja adiabatic (fără schimbul de căldură cu mediul). În acest moment, temperatura lui scade la frigider. În acest moment, gazul intră în contact cu condensatorul, ceea ce îi conferă o anumită cantitate de căldură sub presiune izometrică. Apoi vasul este din nou izolat. Gazul este adiabatic comprimat la volumul și starea inițială.

specie

În zilele noastre există multe tipuri de motoare termice care funcționează pe principii diferite și pe combustibili diferiți. Toți au eficiența proprie. Acestea includ următoarele:

• Motor cu combustie internă (piston), mecanism în care o parte din energia chimică a combustibilului de ardere trece în energie mecanică. Astfel de dispozitive pot fi gaze și lichide. Distingeți între motoarele cu 2 și 4 timpi. Aceștia pot avea un ciclu de funcționare continuu. Prin metoda de preparare a unui amestec de combustibil, astfel de motoare sunt carburatorul (cu formarea amestecului exterior) și motorina (cu interior). Prin tipurile de convertizor de energie sunt împărțite în piston, reactiv, turbină, combinate. Eficiența acestor mașini nu depășește 0,5.

• motor Stirling - un dispozitiv în care fluidul de lucru este într-un spațiu închis. Este un fel de motor cu combustie externă. Principiul de funcționare se bazează pe un corp de răcire / încălzire periodică a randamentului energetic, datorită modificărilor în volumul său. Acesta este unul dintre motoarele cele mai eficiente.

• Motor cu turbină (rotativă) cu combustie externă de combustibil. Astfel de instalații se găsesc cel mai adesea la termocentrale.

• ICE cu turbină (rotativă) se utilizează la centrale termice în modul de vârf. Nu la fel de obișnuit ca alții.

• Motorul turbinei datorat șurubului creează o parte a tracțiunii. Restul pe care îl primește din cauza gazelor de eșapament. Designul său este un motor rotativ (turbină cu gaz); pe axul căruia este introdus șurubul de aer.

Alte tipuri de motoare termice

• rachete, turbojet și motoarele cu jet, care primesc tracțiune prin revenirea gazelor de eșapament.

• Motoarele de tip solid utilizează un combustibil solid. Când lucrați, nu volumul său se schimbă, ci forma. Când utilizați echipamentul, se utilizează o scădere extrem de mică a temperaturii.

Cum să îmbunătățiți eficiența

Este posibil să se mărească eficiența unui motor termic? Răspunsul trebuie căutat în termodinamică. Ea studiază transformările reciproce ale diferitelor tipuri de energie. S-a stabilit că este imposibil de a converti toată energia termică disponibilă în electrice, mecanice și m. N. Pentru aceasta le converti în căldură are loc fără nici o restricție. Acest lucru este posibil datorită faptului că natura energiei termice bazate pe mișcarea dezordonată (haotică) a particulelor.

Cu cât corpul este mai încălzit, cu atât mai repede moleculele care îl formează se vor mișca. Mișcarea particulelor va deveni și mai neregulată. Odată cu acest lucru, toată lumea știe că ordinea poate fi ușor transformată în haos, ceea ce este foarte greu de ordonat.