ККД цеплавога рухавіка. ККД цеплавога рухавіка - формула вызначэння

Працу шматлікіх відаў машын характарызуе такі важны паказчык, як ККД цеплавога рухавіка. Інжынеры з кожным годам імкнуцца ствараць больш дасканалую тэхніку, якая пры меншых выдатках паліва давала б максімальны вынік ад яго выкарыстання.

Прылада цеплавога рухавіка

Перш чым разбірацца ў тым, што такое ККД (каэфіцыент карыснага дзеяння), неабходна зразумець, як жа працуе гэты механізм. Без веды прынцыпаў яго дзеянні нельга высветліць сутнасць гэтага паказчыка. Цеплавым рухавіком называюць прылада, якое здзяйсняе працу дзякуючы выкарыстанню ўнутранай энергіі. Любая цеплавая машына, якая ператварае цеплавую энергію ў механічную, выкарыстоўвае цеплавое пашырэнне рэчываў пры павышэнні тэмпературы. У цвёрдацельных рухавіках магчыма не толькі змена аб'ёму рэчывы, але і формы цела. Дзеянне такога рухавіка падпарадкавана законам тэрмадынамікі.

прынцып функцыянавання

Для таго каб зразумець, як жа працуе цеплавой рухавік, неабходна разгледзець асновы яго канструкцыі. Для функцыянавання прыбора неабходныя два цела: гарачае (награвальнік) і халоднае (халадзільнік, ахаладжальнік). Прынцып дзеяння цеплавых рухавікоў (ККД цеплавых рухавікоў) залежыць ад іх выгляду. Часцяком халадзільнікам выступае кандэнсатар пара, а награвальнікам - любы від паліва, згараюць у топцы. ККД ідэальнага цеплавога рухавіка знаходзіцца па такой формуле:

ККД = (Тнагрев. - Тхолод.) / Тнагрев. х 100%.

Пры гэтым ККД рэальнага рухавіка ніколі не зможа перавысіць значэння, атрыманага паводле гэтай формуле. Таксама гэты паказчык ніколі не перавысіць вышэйзгаданага значэння. Каб павысіць ККД, часцей за ўсё павялічваюць тэмпературу нагревателя і памяншаюць тэмпературу халадзільніка. Абодва гэтыя працэсу будуць абмежаваныя рэальнымі ўмовамі працы абсталявання.

ККД цеплавога рухавіка (формула)

Пры функцыянаванні цеплавога рухавіка здзяйсняецца работа, па меры якой газ пачынае губляць энергію і астуджаецца да нейкай тэмпературы. Апошняя, як правіла, на некалькі градусаў вышэй навакольнага атмасферы. Гэта тэмпература халадзільніка. Такі спецыяльны прылада прызначана для астуджэння з наступнай кандэнсацыяй адпрацаванага пара. Там, дзе маюцца кандэнсатары, тэмпература халадзільніка часам ніжэй тэмпературы навакольнага асяроддзя.

У цеплавым рухавіку цела пры награванні і пашырэнні ня здольнае аддаць усю сваю ўнутраную энергію для здзяйснення працы. Нейкая частка цеплыні будзе перададзена халадзільніка разам з выхлапнымі газамі або парай. Гэтая частка цеплавой ўнутранай энергіі непазбежна губляецца. Рабочае цела пры згаранні паліва атрымлівае ад награвальніка пэўную колькасць цеплыні Q _1. Пры гэтым яно яшчэ здзяйсняе працу A, падчас якой перадае халадзільніка частка цеплавой энергіі: Q ₂ 1.

ККД характарызуе эфектыўнасць рухавіка ў сферы пераўтварэння і перадачы энергіі. Гэты паказчык часта вымяраецца ў працэнтах. Формула ККД:

η * A / Qx100%, дзе Q - затрачаных энергія, А - карысная праца.

Зыходзячы з закона захавання энергіі, можна зрабіць выснову, што ККД будзе заўсёды менш адзінкі. Іншымі словамі, карыснай працы ніколі не будзе больш, чым на яе затрачана энергіі.

ККД рухавіка - гэта стаўленне карыснай працы да энергіі, паведамленняў награвальнікам. Яго можна прадставіць у выглядзе такой формулы:

η = (Q ₁ -Q ₂₎ / Q _1, дзе Q ₁ - цеплыня, атрыманая ад награвальніка, а Q ₂ - аддадзеная халадзільніка.

Праца цеплавога рухавіка

Праца, здзяйсняная цеплавым рухавіком, разлічваецца па такой формуле:

A = | Q _H | - | Q _X |, дзе А - праца, Q _H - колькасць цеплыні, якое атрымліваецца ад награвальніка, Q _X - колькасць цеплыні, аддаванае ахаладжальніка.

ККД цеплавога рухавіка (формула):

| Q _H | - | Q _X |) / | Q _H | = 1 - | Q _X | / | Q _H |

Ён роўны адносiнам працы, якую здзяйсняе рухавік, да колькасці атрыманай цеплыні. Частка цеплавой энергіі пры гэтай перадачы губляецца.

рухавік Карно

Максімальную ККД цеплавога рухавіка адзначаецца ў прыбора Карно. Гэта абумоўлена тым, што ў названай сістэме ён залежыць толькі толькі ад абсалютнай тэмпературы награвальніка (ТН) і ахаладжальніка (Тх). ККД цеплавога рухавіка, які працуе па цыкле Карно, вызначаецца па наступнай формуле:

(ТН - Тх) / ТН = - Тх - ТН.

Законы тэрмадынамікі дазволілі вылічыць максімальны ККД, які магчымы. Упершыню гэты паказчык вылічыў французскі навуковец і інжынер Садзі Карно. Ён прыдумаў цеплавую машыну, якая функцыянавала на ідэальным газе. Яна працуе па цыкле з 2 ізатэрм і 2 адиабат. Прынцып яе працы даволі просты: да пасудзіны з газам падводзяць кантакт награвальніка, з прычыны чаго рабочае цела пашыраецца ізатэрмічных. Пры гэтым яно функцыянуе і атрымлівае пэўную колькасць цеплыні. Пасля пасудзіна цеплаізалюючая. Нягледзячы на гэта, газ працягвае пашырацца, але ўжо Адыябатны (без цеплаабмену з навакольным асяроддзем). У гэты час яго тэмпература зніжаецца да паказчыкаў халадзільніка. У гэты момант газ кантактуе з халадзільнікам, з прычыны чаго аддае яму пэўную колькасць цеплыні пры ізаметрычным сціску. Потым посуд зноў цеплаізалюючая. Пры гэтым газ Адыябатны сціскаецца да першапачатковага аб'ёму і стану.

разнавіднасці

У наш час існуе шмат тыпаў цеплавых рухавікоў, якія працуюць па розных прынцыпах і на розным паліве. Ва ўсіх у іх свой ККД. Да іх ставяцца наступныя:

• Рухавік унутранага згарання (поршневай), які ўяўляе сабой механізм, дзе частка хімічнай энергіі палае паліва пераходзіць у механічную энергію. Такія прыборы могуць быць газавымі і вадкаснымі. Адрозніваюць 2- і 4-тактные рухавікі. У іх можа быць працоўны цыкл бесперапыннага дзеяння. Па метадзе падрыхтоўкі сумесі паліва такія рухавікі бываюць карбюратарнымі (са знешнім сумесеўтварэння) і дызельнымі (з унутраным). Па відах пераўтваральніка энергіі іх падзяляюць на поршневыя, рэактыўныя, турбінныя, камбінаваныя. ККД такіх машын не перавышае паказчыка ў 0,5.

• Рухавік Стырлінга - прыбор, у якім рабочае цела знаходзіцца ў замкнёнай прасторы. Ён з'яўляецца разнавіднасцю рухавіка знешняга згарання. Прынцып яго дзеяння заснаваны на перыядычным астуджэнні / нагрэве цела з атрыманнем энергіі з прычыны змены яго аб'ёму. Гэта адзін з самых эфектыўных рухавікоў.

• турбіну (ротарны) рухавік са знешнім згаранні паліва. Такія ўстаноўкі часцей за ўсё сустракаюцца на цеплавых электрычных станцыях.

• турбіну (ротарны) ДВС выкарыстоўваецца на цеплавых электрычных станцыях у пікавым рэжыме. Не так моцна распаўсюджаны, як іншыя.

• Турбиновинтовой рухавік за кошт шрубы стварае некаторую частку цягі. Астатняе ён атрымлівае за кошт выхлапных газаў. Яго канструкцыя ўяўляе сабой ротарны рухавік (газавая турбіна), на вал якога насаджваюць паветраны вінт.

Іншыя віды цеплавых рухавікоў

• Ракетныя, турбарэактыўныя і рэактыўныя рухавікі, якія атрымліваюць цягу за кошт аддачы выхлапных газаў.

• Цвёрдацельныя рухавікі выкарыстоўваюць у якасці паліва цвёрдае цела. Пры працы змяняецца не яго аб'ём, а форма. Пры эксплуатацыі абсталявання выкарыстоўваецца гранічна малы перапад тэмпературы.

Як можна павысіць ККД

Ці магчыма павышэнне ККД цеплавога рухавіка? Адказ трэба шукаць у тэрмадынаміцы. Яна вывучае ўзаемныя ператварэння розных відаў энергіі. Устаноўлена, што нельга ўсю наяўную цеплавую энергію пераўтварыць у электрычную, механічную і т. П. Пры гэтым пераўтварэнне іх у цеплавую адбываецца без якіх-небудзь абмежаванняў. Гэта магчыма з-за таго, што прырода цеплавой энергіі заснавана на неўпарадкаваных (хаатычным) руху часціц.

Чым мацней разаграваецца цела, тым хутчэй будуць рухацца складнікі яго малекулы. Рух часціц стане яшчэ больш бязладным. Разам з гэтым усе ведаюць, што парадак можна лёгка ператварыць у хаос, які вельмі цяжка ўпарадкаваць.