Die werking van baie soorte masjiene word gekenmerk deur so 'n belangrike aanwyser soos die doeltreffendheid van 'n hitte-enjin. Elke jaar streef ingenieurs daarna om meer gevorderde toerusting te skep wat, teen laer brandstofkoste, die maksimum resultaat uit die gebruik daarvan sal lewer.
Verhittenjintoestel
Voordat jy verstaan wat doeltreffendheid is, is dit nodig om te verstaan hoe hierdie meganisme werk. Sonder om die beginsels van sy optrede te ken, is dit onmoontlik om die essensie van hierdie aanwyser uit te vind. 'n Hitte-enjin is 'n toestel wat wel werk deur interne energie te gebruik. Enige hitte-enjin wat termiese energie in meganiese energie omskakel, gebruik die termiese uitsetting van stowwe met toenemende temperatuur. In vastestof-enjins is dit moontlik om nie net die volume materie te verander nie, maar ook die vorm van die liggaam. Die werking van so 'n enjin is onderworpe aan die wette van termodinamika.
Bedryfsbeginsel
Om te verstaan hoe 'n hitte-enjin werk, is dit nodig om die basiese beginsels te oorweegsy ontwerpe. Vir die werking van die toestel is twee liggame nodig: warm (verwarmer) en koud (yskas, koeler). Die beginsel van werking van hitte-enjins (die doeltreffendheid van hitte-enjins) hang af van hul tipe. Dikwels dien die stoomkondensor as 'n yskas, en enige tipe brandstof wat in die oond brand, dien as 'n verwarmer. Die doeltreffendheid van 'n ideale hitte-enjin word deur die volgende formule gevind:
Doeltreffendheid=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Terselfdertyd kan die doeltreffendheid van 'n regte enjin nooit die waarde wat volgens hierdie formule verkry word, oorskry nie. Hierdie aanwyser sal ook nooit die bogenoemde waarde oorskry nie. Om die doeltreffendheid te verhoog, verhoog die temperatuur van die verwarmer meestal en verminder die temperatuur van die yskas. Beide hierdie prosesse sal beperk word deur die werklike bedryfstoestande van die toerusting.
Verhitte-enjindoeltreffendheid (formule)
Tydens die werking van 'n hitte-enjin word daar gewerk, aangesien die gas begin energie verloor en afkoel tot 'n sekere temperatuur. Laasgenoemde is gewoonlik 'n paar grade bo die omringende atmosfeer. Dit is die yskas temperatuur. So 'n spesiale toestel is ontwerp vir verkoeling met die daaropvolgende kondensasie van die uitlaatstoom. Waar kondensators teenwoordig is, is die temperatuur van die yskas soms laer as die omgewingstemperatuur.
In 'n hitte-enjin is die liggaam, wanneer dit verhit en uitgesit word, nie in staat om al sy interne energie te gee om werk te doen nie. Van die hitte sal saam met uitlaatgasse of stoom na die yskas oorgedra word. Hierdie deeltermiese interne energie gaan onvermydelik verlore. Tydens brandstofverbranding ontvang die werkende liggaam 'n sekere hoeveelheid hitte Q1 van die verwarmer. Terselfdertyd doen dit steeds werk A, waartydens dit 'n deel van die termiese energie na die yskas oordra: Q2<Q1.
EFFICIENCY kenmerk die doeltreffendheid van die enjin op die gebied van energie-omsetting en transmissie. Hierdie aanwyser word dikwels as 'n persentasie gemeet. Doeltreffendheidsformule:
ηA/Qx100%, waar Q die verbruikte energie is, A die nuttige werk is.
Gegrond op die wet van behoud van energie, kan ons aflei dat die doeltreffendheid altyd minder as een sal wees. Met ander woorde, daar sal nooit meer bruikbare werk wees as die energie wat daaraan bestee word nie.
Enjindoeltreffendheid is die verhouding van nuttige werk tot die energie wat deur die verwarmer verskaf word. Dit kan as die volgende formule voorgestel word:
η=(Q1-Q2)/ Q1, waar V 1 - hitte ontvang van die verwarmer, en Q2 - gegee aan die yskas.
Verhittingsenjinwerking
Die werk wat deur 'n hitte-enjin verrig word, word met die volgende formule bereken:
A=|QH| - |QX|, waar A werk is, QH is die hoeveelheid hitte wat van die verwarmer ontvang word, QX - die hoeveelheid hitte wat aan die verkoeler gegee word.
Verhittingsenjindoeltreffendheid (formule):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Dit is gelyk aan die verhouding van die werk verrig deur die enjin tot die hoeveelheidwarmte. 'n Deel van die termiese energie gaan tydens hierdie oordrag verlore.
Carnot-enjin
Die maksimum doeltreffendheid van 'n hitte-enjin word by die Carnot-toestel aangeteken. Dit is te wyte aan die feit dat dit in hierdie stelsel slegs afhang van die absolute temperatuur van die verwarmer (Тн) en koeler (Тх). Die doeltreffendheid van 'n hitte-enjin wat volgens die Carnot-siklus werk, word deur die volgende formule bepaal:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Die wette van termodinamika het ons toegelaat om die maksimum doeltreffendheid wat moontlik is te bereken. Vir die eerste keer is hierdie aanwyser deur die Franse wetenskaplike en ingenieur Sadi Carnot bereken. Hy het 'n hitte-enjin uitgevind wat op ideale gas geloop het. Dit werk op 'n siklus van 2 isoterme en 2 adiabate. Die beginsel van die werking daarvan is redelik eenvoudig: 'n verwarmerkontak word met gas na die houer gebring, waardeur die werkvloeistof isotermies uitbrei. Terselfdertyd funksioneer en ontvang dit 'n sekere hoeveelheid hitte. Nadat die vaartuig is termies geïsoleer. Ten spyte hiervan gaan die gas steeds uit, maar reeds adiabaties (sonder hitte-uitruiling met die omgewing). Op hierdie tydstip daal die temperatuur na die yskas. Op hierdie oomblik is die gas in kontak met die yskas, waardeur dit 'n sekere hoeveelheid hitte gee tydens isometriese kompressie. Dan word die vaartuig weer termies geïsoleer. In hierdie geval word die gas adiabaties tot sy oorspronklike volume en toestand saamgepers.
variëteite
In ons tyd is daar baie soorte hitte-enjins wat op verskillende beginsels en op verskillende brandstowwe werk. Hulle het almal hul eie doeltreffendheid. Dit sluit indie volgende:
• Binnebrandenjin (suier), wat 'n meganisme is waar 'n deel van die chemiese energie van die brandende brandstof in meganiese energie omgeskakel word. Sulke toestelle kan gas en vloeistof wees. Daar is 2-slag- en 4-slag-enjins. Hulle kan 'n deurlopende dienssiklus hê. Volgens die metode om 'n mengsel van brandstof voor te berei, is sulke enjins vergasser (met eksterne mengselvorming) en diesel (met interne). Volgens die tipes energie-omsetter word hulle verdeel in suier, straal, turbine, gekombineer. Die doeltreffendheid van sulke masjiene oorskry nie 0,5.
• Stirling-enjin - 'n toestel waarin die werkvloeistof in 'n geslote ruimte is. Dit is 'n soort eksterne verbrandingsenjin. Die beginsel van sy werking is gebaseer op periodieke verkoeling/verhitting van die liggaam met die produksie van energie as gevolg van 'n verandering in sy volume. Dit is een van die doeltreffendste enjins.
• Turbine (roterende) enjin met uitwendige verbranding van brandstof. Sulke installasies word meestal in termiese kragsentrales aangetref.
• Turbine (roterende) ICE word by termiese kragsentrales in piekmodus gebruik. Nie so algemeen soos ander nie.
• 'n Turboprop-enjin genereer van die stukrag as gevolg van die skroef. Die res kom van uitlaatgasse. Sy ontwerp is 'n roterende enjin (gasturbine), op die as waarvan 'n skroef gemonteer is.
Ander tipes hitte-enjins
• Vuurpyl-, turbostraal- en straalmotors wat stoot van terugslag kryuitlaatgasse.
• Vastetoestand-enjins gebruik vaste stowwe as brandstof. Wanneer jy werk, is dit nie sy volume wat verander nie, maar sy vorm. Die werking van die toerusting gebruik 'n uiters lae temperatuurverskil.
Hoe om doeltreffendheid te verbeter
Is dit moontlik om die doeltreffendheid van 'n hitte-enjin te verhoog? Die antwoord moet in termodinamika gesoek word. Dit bestudeer die onderlinge transformasies van verskillende tipes energie. Daar is vasgestel dat dit onmoontlik is om alle beskikbare termiese energie om te skakel in elektriese, meganiese, ens. Terselfdertyd vind hul omskakeling in termiese energie sonder enige beperkings plaas. Dit is moontlik as gevolg van die feit dat die aard van termiese energie gebaseer is op die ongeordende (chaotiese) beweging van deeltjies.
Hoe meer die liggaam opwarm, hoe vinniger sal die molekules wat dit opmaak, beweeg. Deeltjiebeweging sal selfs meer wisselvallig word. Daarmee saam weet almal dat orde maklik in chaos verander kan word, wat baie moeilik is om te bestel.
