Ko'p turdagi mashinalarning ishlashi issiqlik dvigatelining samaradorligi kabi muhim ko'rsatkich bilan tavsiflanadi. Har yili muhandislar arzonroq yoqilg‘i sarfi bilan undan foydalanishdan maksimal natija beradigan ilg‘or uskunalar yaratishga intilishadi.
Issiqlik dvigateli qurilmasi
Samaradorlik nima ekanligini tushunishdan oldin ushbu mexanizm qanday ishlashini tushunish kerak. Uning harakat tamoyillarini bilmasdan, bu ko'rsatkichning mohiyatini bilib bo'lmaydi. Issiqlik dvigateli - bu ichki energiya yordamida ishlaydigan qurilma. Issiqlik energiyasini mexanik energiyaga aylantiradigan har qanday issiqlik dvigateli haroratning oshishi bilan moddalarning termal kengayishidan foydalanadi. Qattiq jismli dvigatellarda nafaqat materiya hajmini, balki tananing shaklini ham o'zgartirish mumkin. Bunday dvigatelning ishlashi termodinamika qonunlariga bo'ysunadi.
Foydalanish printsipi
Issiqlik dvigateli qanday ishlashini tushunish uchun asoslarni hisobga olish kerakuning dizaynlari. Qurilmaning ishlashi uchun ikkita korpus kerak: issiq (isitgich) va sovuq (muzlatgich, sovutgich). Issiqlik dvigatellarining ishlash printsipi (issiqlik dvigatellarining samaradorligi) ularning turiga bog'liq. Ko'pincha bug 'kondensatori sovutgich vazifasini bajaradi va o'choqda yonadigan har qanday turdagi yoqilg'i isitgich sifatida ishlaydi. Ideal issiqlik dvigatelining samaradorligi quyidagi formula bilan topiladi:
Samaralilik=(Teating - Sovutish)/ Teatr. x 100%.
Shu bilan birga, haqiqiy dvigatelning samaradorligi hech qachon ushbu formula bo'yicha olingan qiymatdan oshmasligi kerak. Bundan tashqari, bu ko'rsatkich hech qachon yuqoridagi qiymatdan oshmaydi. Samaradorlikni oshirish uchun ko'pincha isitgichning haroratini oshiring va muzlatgichning haroratini pasaytiring. Bu ikkala jarayon ham uskunaning haqiqiy ish sharoitlari bilan cheklanadi.
Issiqlik dvigatelining samaradorligi (formula)
Issiqlik dvigatelining ishlashi davomida ish bajariladi, chunki gaz energiyani yo'qota boshlaydi va ma'lum bir haroratgacha soviydi. Ikkinchisi odatda atrofdagi atmosferadan bir necha daraja yuqorida joylashgan. Bu muzlatgich harorati. Bunday maxsus qurilma egzoz bug'ining keyingi kondensatsiyasi bilan sovutish uchun mo'ljallangan. Kondensatorlar mavjud bo'lganda, muzlatgich harorati ba'zan atrof-muhit haroratidan past bo'ladi.
Issiqlik dvigatelida tana qizdirilganda va kengaytirilganda, ish bajarish uchun butun ichki energiyasini bera olmaydi. Issiqlikning bir qismi chiqindi gazlar yoki bug 'bilan birga muzlatgichga o'tkaziladi. Bu qismtermal ichki energiya muqarrar ravishda yo'qoladi. Yoqilg'i yonishi jarayonida ishchi organ isitgichdan ma'lum miqdorda issiqlik Q1 oladi. Shu bilan birga, u hali ham A ishini bajaradi, bu vaqtda u issiqlik energiyasining bir qismini muzlatgichga o'tkazadi: Q2<Q1.
EFFICIENCY energiyani aylantirish va uzatish sohasidagi dvigatelning samaradorligini tavsiflaydi. Bu ko'rsatkich ko'pincha foiz sifatida o'lchanadi. Samaradorlik formulasi:
ķA/Qx100%, bu erda Q - sarflangan energiya, A - foydali ish.
Energiyaning saqlanish qonuniga asoslanib, samaradorlik har doim birdan kam bo'ladi degan xulosaga kelishimiz mumkin. Boshqacha qilib aytganda, hech qachon unga sarflangan energiyadan ko'ra foydali ish bo'lmaydi.
Dvigatel unumdorligi - foydali ishning isitgich tomonidan etkazib beriladigan energiyaga nisbati. U quyidagi formula sifatida ifodalanishi mumkin:
ķ=(Q1-Q2)/ Q1, bu erda Q 1 - isitgichdan olingan issiqlik va Q2 - muzlatgichga beriladi.
Issiqlik dvigatelining ishlashi
Issiqlik dvigatelining ishi quyidagi formula boʻyicha hisoblanadi:
A=|QH| - |QX|, bu erda A - ish, QH - isitgichdan olingan issiqlik miqdori, QX - sovutgichga berilgan issiqlik miqdori.
Issiqlik dvigatelining samaradorligi (formula):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Dvigatel bajargan ishning miqdoriga nisbatiga tengissiqlik. Bu uzatish jarayonida issiqlik energiyasining bir qismi yo‘qoladi.
Carnot dvigateli
Issiqlik dvigatelining maksimal samaradorligi Carnot qurilmasida qayd etilgan. Buning sababi shundaki, bu tizimda u faqat isitgichning (Tn) va sovutgichning (Tx) mutlaq haroratiga bog'liq. Karno sikli bo'yicha ishlaydigan issiqlik dvigatelining samaradorligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
(Tn - Tx)/ Tn=- Tx - Tn.
Termodinamika qonunlari bizga mumkin boʻlgan maksimal samaradorlikni hisoblash imkonini berdi. Birinchi marta bu ko'rsatkich frantsuz olimi va muhandisi Sadi Karno tomonidan hisoblab chiqilgan. U ideal gazda ishlaydigan issiqlik dvigatelini ixtiro qildi. U 2 izoterm va 2 adiabatli tsiklda ishlaydi. Uning ishlash printsipi juda oddiy: gaz bilan idishga isitgich kontakti keltiriladi, buning natijasida ishchi suyuqlik izotermik ravishda kengayadi. Shu bilan birga, u ishlaydi va ma'lum miqdordagi issiqlikni oladi. Kema issiqlik izolyatsiya qilinganidan keyin. Shunga qaramay, gaz kengayishda davom etmoqda, lekin allaqachon adiabatik tarzda (atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz). Bu vaqtda uning harorati muzlatgichga tushadi. Ayni paytda gaz sovutgich bilan aloqa qiladi, buning natijasida izometrik siqish paytida unga ma'lum miqdorda issiqlik beradi. Keyin idish yana termal izolyatsiyalanadi. Bunda gaz adiabatik tarzda dastlabki hajmi va holatiga siqiladi.
turlar
Bizning zamonamizda turli printsiplarda va turli yoqilg'ida ishlaydigan issiqlik dvigatellarining ko'p turlari mavjud. Ularning barchasi o'z samaradorligiga ega. Bularga kiradiquyidagilar:
• Ichki yonuv dvigateli (piston), bu yonayotgan yoqilg'ining kimyoviy energiyasining bir qismi mexanik energiyaga aylanadigan mexanizm. Bunday qurilmalar gaz va suyuqlik bo'lishi mumkin. 2 va 4 zarbli dvigatellar mavjud. Ular doimiy ish aylanishiga ega bo'lishi mumkin. Yoqilg'i aralashmasini tayyorlash usuliga ko'ra, bunday dvigatellar karbüratör (tashqi aralashma shakllanishi bilan) va dizel (ichki bilan). Energiya konvertorlarining turlariga ko'ra, ular pistonli, reaktivli, turbinali, kombinatsiyalangan bo'linadi. Bunday mashinalarning samaradorligi 0,5 dan oshmaydi.
• Stirling dvigateli - ishchi suyuqlik yopiq xonada joylashgan qurilma. Bu tashqi yonish dvigatelining bir turi. Uning ishlash printsipi uning hajmining o'zgarishi tufayli energiya ishlab chiqarish bilan tanani davriy sovutish / isitishga asoslangan. Bu eng samarali dvigatellardan biri.
• Yoqilg'i tashqi yonishi bilan turbinali (aylanuvchi) dvigatel. Bunday qurilmalar ko'pincha issiqlik elektr stansiyalarida uchraydi.
• Turbinali (aylanuvchi) ICE issiqlik elektr stantsiyalarida eng yuqori rejimda ishlatiladi. Boshqalar kabi keng tarqalgan emas.
• Turbovintli dvigatel pervanel tufayli kuchning bir qismini hosil qiladi. Qolganlari chiqindi gazlardan keladi. Uning konstruksiyasi aylanuvchi dvigatel (gaz turbinasi) bo‘lib, uning valiga pervanel o‘rnatilgan.
Boshqa turdagi issiqlik dvigatellari
• Raketa, turbojet va reaktiv dvigatellar orqaga qaytishchiqindi gazlar.
• Qattiq holatda ishlaydigan dvigatellar yoqilg'i sifatida qattiq moddalardan foydalanadi. Ishlayotganda uning hajmi emas, balki shakli o'zgaradi. Uskunaning ishlashi juda past harorat farqidan foydalanadi.
Qanday qilib samaradorlikni oshirish mumkin
Issiqlik dvigatelining samaradorligini oshirish mumkinmi? Javobni termodinamikadan izlash kerak. Har xil turdagi energiyalarning o'zaro o'zgarishini o'rganadi. Mavjud bo'lgan barcha issiqlik energiyasini elektr, mexanik va boshqalarga aylantirish mumkin emasligi aniqlandi. Shu bilan birga, ularning issiqlik energiyasiga aylanishi hech qanday cheklovlarsiz amalga oshiriladi. Bu issiqlik energiyasining tabiati zarrachalarning tartibsiz (xaotik) harakatiga asoslanganligi tufayli mumkin.
Tana qanchalik qizisa, uni tashkil etuvchi molekulalar shunchalik tez harakatlanadi. Zarrachalar harakati yanada tartibsiz bo'ladi. Shu bilan birga, hamma tartibni osongina tartibsizlikka aylantirishi mumkinligini biladi, bu buyurtma berish juda qiyin.
