Engine panas: siklus hiji, efisiensi gawé. Masalah lingkungan mesin termal. Naon eta - hiji mesin panas idéal?

Butuh pamakéan énérgi mékanis dina produksi geus ngarah ka mecenghulna mesin termal.

Unit mesin panas

engine panas (engine panas), - a alat pikeun ngarobah énérgi internal kana énergi mékanis.

Sagala engine panas ngabogaan manaskeun, cairan gawé (gas atawa uap), nu ngalakukeun gawe ku pemanasan (hasilna rotasi aci turbin, ngalir piston, jeung saterusna) jeung kulkas hiji. inohong di handap nembongkeun diagram sahiji engine panas.

Dasar lengkah mesin panas

Unggal fungsi engine panas alatan mesin. Jang ngalampahkeun pagawéan anjeunna diperlukeun pikeun on boh sisi mesin piston atanapi turbin wilah éta bédana tekanan. bédana ieu dihontal dina sagala mesin panas kieu: suhu cairan digawé ngaronjat ka ratusan atawa rébuan derajat dibandingkeun jeung hawa ambient. Dina PLTMH gas na durukan mesin internal (ICE) mangrupa kanaékan suhu alatan kanyataan yén suluh anu dibeuleum dina mesin. Kulkas bisa meta atmosfir atawa alat Tujuan husus pikeun cooling na condensing nu uap spent.

siklus Carnot

Siklus (prosés siklik) - a set parobahan kaayaan gas, hasilna eta balik ka kaayaan awal (bisa ngalaksanakeun pagawean). Dina 1824, saurang fisikawan Perancis Sadi Karno ditémbongkeun yén éta téh nguntungkeun pikeun siklus engine panas (daur Carnot), nu diwangun ku dua prosés - nu isothermal na adiabatic. inohong di handap nembongkeun grafik sahiji siklus Carnot: 1-2 sarta 3-4 - isotherm, 2-3 sarta 4-1 - adiabatic.

Luyu jeung hukum konservasi gawé énergi mesin panas nu ngalakukeun engine nyaeta:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ mana Q - jumlah panas nu geus nampi ti manaskeun éta, sarta ₂ Q - jumlah panas anu consigned kana kulkas.
Efisiensi nyaeta babandingan operasi engine panas A nu executes mesin kana kuantitas panas nu geus dicandak ti manaskeun éta:

η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1.

Dina "Pikiran dina kakuatan motif tina seuneu na di mesin anu bisa ngamekarkeun gaya ieu" (1824) ditétélakeun hiji mesin panas Carnot dina ngaran "ideal engine panas kalawan gas idéal, nu mangrupakeun awak berpungsi." Alatan hukum térmodinamik bisa ngitung kekecapan (nu maksimum mungkin) kalawan panas engine manaskeun nu ngabogaan T suhu _1, sarta kulkas gaduh suhu T _2. Carnot efisiensi engine panas nyaéta:

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

Sadi Karno dibuktikeun yén hiji mesin nyata termal dipikahoyong, nu ngoperasikeun ku manaskeun kalawan suhu T ₁ jeung condenser dina hawa T ₂ teu tiasa gaduh efisiensi nu bakal ngaleuwihan kekecapan mesin panas (idéal).

engine durukan internal (ICE)

Opat-stroke engine durukan internal ngandung hiji atawa leuwih tabung, a piston, hiji mékanisme engkol, asupan & knalpot valves, silalatu.

Daur operasi diwangun ku opat stroke:

1) nyusu ka - campuran combustible ngaliwatan éta klep kana silinder nu;
2) skéma - duanana valves ditutup;
3) stroke - nu durukan ngabeledug tina campuran combustible;
4) knalpot - ngaleupaskeun gas knalpot kana atmosfir.

turbin uap

Konversi energi turbin uap lumangsung alatan beda tina tekenan uap cai di inlet na outlet.
Kakawasaan PLTMH uap modern ngahontal 1.300 MW.

Sababaraha parameter teknis ti turbin uap 1.200 MW

• tekanan uap (tawar) - 23,5 MPa.
• hawa uap - 540 ° C.
• Uap aliran turbin - 3600 m / h.
• speed rotor - 3000 blk / mnt.
• Tekanan uap di condenser nu - 3,6 kPa.
• turbin Panjang - 47,9 m.
• turbin massa - 1900 m.

mesin termal diwangun ku hiji turbin compressor hawa, combustor jeung gas. Operasi: adiabatically hawa geus sedot kana compressor, jadi hawa na geus diangkat ka 200 ° C atawa leuwih. Hareup, dina hawa dikomprés asup kana chamber durukan mana tekanan tinggi sakaligus disadiakeun suluh cair - minyak tanah minyak suluh photogen. Salila durukan tina suluh hawa dipanaskeun nepi ka suhu 1500-2000 ° C, eta expands sarta ngaronjatkeun laju na. hawa ngalir dina kecepatan luhur, jeung produk durukan diarahkeun kana turbin anu. Sanggeus alihan tina panggung ka panggung durukan wilah turbin masihan énergi kinétikna. Bagian tina énergi ditampi ku turbin mangrupa rotasi compressor; éta bagian sésana ieu dikonsumsi dina rotor generator, pesawat rotor atanapi wadah laut, hiji kabayang kandaraan.

The turbin gas bisa dipaké, di sagigireun pesawat rotational jeung roda kendaraan atanapi propellers tina kapal, salaku engine jet. Hawa sarta durukan gas anu ejected dina kecepatan luhur ti turbin gas, ku kituna dorong jet nu timbul dina proses ieu bisa dipaké pikeun mindahkeun pesawat (kapal terbang) jeung cai (kapal) kapal, angkutan kareta api. Contona, mesin turboprop gaduh planes AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), ru-225 ( "Dream"). Ku kituna, "Dream" dina laju hiber tina 700-850 km / h sanggup mawa 250 ton kargo leuwih jarak ampir 15.000 kilométer. Ieu téh mangrupa pesawat angkutan panggedena di dunya.

Masalah lingkungan mesin termal

dampak hébat dina iklim téh kaayaanana atmosfir, utamana ayana karbon dioksida jeung uap cai. Ku kituna, robah dina kandungan karbon dioksida ngabalukarkeun paningkatan atanapi panurunan dina éfék imah kaca, nu karbon dioksida absorbs sababaraha panas nu radiates kana spasi bumi, Nepi di nambahan atmosfir sahingga suhu permukaan jeung atmosfir handap. Fenomena nu éfék imah kaca muterkeun hiji peran krusial di mitigasi iklim. Dina henteuna anak, suhu rata-rata pangeusina teu bakal +15 ° C tur handap ku 30-40 ° C.

di dunya aya kiwari leuwih ti 300 juta sagala rupa jenis kandaraan, anu nyieun leuwih ti satengah sadaya polusi udara.

Leuwih 1 sataun kana atmosfir ti kakuatan termal ti durukan suluh geus disadiakeun 150 juta ton oksida walirang, 50 juta ton nitrogén oksida, 50 juta ton lebu, 200 juta ton karbon monoksida, 3 juta ton Feona.

Komposisi atmosfir ngawengku ozon nu ngajaga kabéh kahirupan di bumi ti épék ngaruksak sinar ultraviolét. . Dina 1982, John Farman, ngajajah Britania, kapanggih leuwih Antartika ozon bolong - a ngurangan samentara tina kandungan ozon dina atmosfir. Di Puncak liang ozon 7 Oktober 1987 jumlah ozon di dinya geus turun 2 kali. Ozon liang meureun nyababkeun ti faktor anthropogenic, kaasup pamakéan dina industri klorin-ngandung freons (CFC), anu ngancurkeun lapisan ozon. Sanajan kitu, ulikan 1990. henteu dikonfirmasi view ieu. Paling dipikaresep, mecenghulna liang ozon henteu patali jeung kagiatan manusa, sarta mangrupakeun proses alam. Dina 1992, liang ozon kapanggih ngaliwatan Arktik.

Mun ngumpul sakabeh lapisan ozon atmosfir di beungeut Marcapada jeung thicken ka dénsitas hawa dina tekenan atmosfir sarta suhu 0 ° C, lajeng ketebalan ozon tameng téh ukur 2-3 mm! Éta sakabeh tameng.

A bit sajarah ...

• Juli 1769. Di Paris Meudon taman militér insinyur NZ Kyunyo ka "seuneu gerbong" nu ieu dilengkepan mesin uap dua-silinder, drove sababaraha puluhan méter.
• 1885. Karl Benz, saurang insinyur Jerman, diwangun dina mobil bensin kakuatan Motorwagen opat roda mimiti 0.66 kW, anu 29 Januari 1886 diala patén a. speed mesin éta 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, a manggihan Jerman, dijieun trolley ngajalankeun kakuatan 2.9 kW (4 horsepowers) tina mobil. Laju maksimum kendaraan ngahontal 10 km / h, kapasitas dina model béda téh ti 2 nepi ka 5 ton.
• 1899. Belgian K. Zhenattsi dina mobilna, "Jamet Contant" ( "pernah puas") pikeun kahiji kalina meuntas 100-kilométer speed garis.

Conto masalah ngarengsekeun

Masalah 1. suhu mesin panas idéal manaskeun sarua jeung 2000 K, sarta suhu kulkas - 100 ° C. Pikeun nangtukeun efisiensi dina.

solusi:
Rumus nu nangtukeun kekecapan engine panas (maksimum):

n = T ₁ T ₂ / T _1.
n = (2000K - 373K) / 2000 K = 0,81.

efisiensi engine - 81%: A.

Masalahna 2. Mesin panas 200 kJ panas ieu diala ku durukan suluh, sarta dibikeun ka cooler 120 kJ panas. Naon kekecapan mesin?

solusi:
Rumus pikeun nangtukeun efisiensi nyaeta bentuk:

n = Q1 - Q2 / Q1.
n = (2 × 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 x 10 ⁵ J = 0,4.

A: The efisiensi termal tina mesin - 40%.

Masalahna 3. Naon kekecapan mesin panas, nalika cairan gawe ti manaskeun éta sanggeus narima jumlah panas 1.6 MJ dipigawé operasi 400 kJ? Naon jumlah panas kasebut dibikeun ka kulkas?

solusi:
Efisiensi bisa ditangtukeun ku rumus

n = A / Q _1.

n = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0,25.

Dikirimkeun kuantitas kulkas panas bisa ditangtukeun ku rumus

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0,4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
A: The engine panas boga hiji kekecapan 25%; kuantitas panas dibikeun ka kulkas - 1.2 · 10 ⁶ J.