Ishlab chiqarishda mexanik energiyadan foydalanish zarurati issiqlik dvigatellarining paydo boʻlishiga olib keldi.
Issiqlik dvigatellari dizayni
Issiqlik dvigateli (issiqlik dvigateli) - ichki energiyani mexanik energiyaga aylantiruvchi qurilma.
Har qanday issiqlik dvigatelida isitish moslamasi, ishchi suyuqlik (gaz yoki bug) mavjud bo'lib, u isitish natijasida ishlarni bajaradi (turbinaning milini aylantiradi, pistonni harakatga keltiradi va hokazo) va muzlatgich. Quyidagi rasmda issiqlik dvigatelining diagrammasi ko'rsatilgan.
Issiqlik dvigatellari asoslari
Har bir issiqlik dvigateli dvigatel tufayli ishlaydi. Ishni bajarish uchun u dvigatel pistonining yoki turbin pichoqlarining har ikki tomonida bosim farqiga ega bo'lishi kerak. Bu farq barcha issiqlik dvigatellarida quyidagicha erishiladi: ishchi suyuqlikning harorati atrof-muhit haroratiga nisbatan yuzlab yoki minglab darajaga ko'tariladi. Gaz turbinalari va ichki yonuv dvigatellarida (ICE) harorat yoqilg'ining dvigatel ichida yonishi tufayli ko'tariladi. Sovutgich atmosfera yoki chiqindi bug'ini kondensatsiyalash va sovutish uchun mo'ljallangan maxsus qurilma bo'lishi mumkin.
Karno sikli
Tsikl (doiraviy jarayon) - gaz holatidagi o'zgarishlar majmui, buning natijasida u o'zining dastlabki holatiga qaytadi (u ish qila oladi). 1824-yilda frantsuz fizigi Sadi Karno ikki jarayondan, ya'ni izotermik va adiabatikdan iborat bo'lgan issiqlik dvigatelining aylanishi (Karno sikli) foydali ekanligini ko'rsatdi. Quyidagi rasmda Karno sikli grafigi ko‘rsatilgan: 1-2 va 3-4 izotermlar, 2-3 va 4-1 adiabatlar.
Energiyaning saqlanish qonuniga muvofiq issiqlik dvigatellarining ishi dvigatel tomonidan bajariladi:
A=Q1– Q2, bu yerda Q1 - isitgichdan olinadigan issiqlik miqdori va Q2 - muzlatgichga etkazib beriladigan issiqlik miqdori. Issiqlik dvigatelining rentabelligi dvigatel tomonidan bajarilgan A ishining isitgichdan olingan issiqlik miqdoriga nisbati:
ķ=A/Q=(Q1– Q2)/Q1 =1 - Q2/Q1.
"Olovning harakatlantiruvchi kuchi va bu kuchni rivojlantirishga qodir bo'lgan mashinalar haqida fikrlar" (1824) asarida Karno "ideal gazga ega ideal issiqlik dvigateli" deb nomlangan issiqlik dvigatelini tasvirlab bergan. ishlaydigan suyuqlik." Termodinamika qonunlari tufayli, isitish moslamasi bo'lgan issiqlik dvigatelining samaradorligini (maksimal mumkin) hisoblash mumkin.harorat T1 va T2 haroratli muzlatgich. Carnot issiqlik dvigatelining samaradorligi bor:
ķmax=(T1 – T2)/T 1=1 – T2/T1.
Sadi Karno T1 haroratli isitgich va T2 haroratli muzlatgich bilan ishlaydigan har qanday issiqlik dvigatelining haqiqiy ekanligini isbotladi. issiqlik dvigatelining samaradorligidan oshib ketadigan samaradorlikka ega emas (ideal).
Ichki yonuv dvigateli (ICE)
To'rt taktli ichki yonuv dvigateli bir yoki bir nechta silindr, piston, krank mexanizmi, qabul qilish va chiqarish klapanlari, shamlardan iborat.
Vaziyat sikli toʻrt sikldan iborat:
1) assimilyatsiya - yonuvchi aralashma klapan orqali silindrga kiradi;
2) siqish - ikkala klapan ham yopiq;
3) ish zarbasi - yonuvchi aralashmaning portlovchi yonishi;
4) egzoz - chiqindi gazlarning atmosferaga chiqishi.
Bug 'turbinasi
Bugʻ turbinasida energiya kirish va chiqishdagi suv bugʻining bosimining farqi hisobiga aylanadi.
Zamonaviy bugʻ turbinalarining quvvati 1300 MVt ga etadi.
1200 MVt quvvatli bug 'turbinasining ba'zi texnik parametrlari
- Bug' bosimi (yangi) - 23,5 MPa.
- Bugʻ harorati - 540 °C.
- Turbinaning bugʻ sarfi - 3600 t/soat.
- Rotor tezligi - 3000 rpm.
- Kondensatordagi bug' bosimi 3,6 kPa.
- Turbina uzunligi - 47,9 m.
- Turbinaning og'irligi - 1900 t.
Issiqlik dvigateli havo kompressori, yonish kamerasi va gaz turbinasidan iborat. Ishlash printsipi: havo adiabatik tarzda kompressorga so'riladi, shuning uchun uning harorati 200 ° C yoki undan ko'proq ko'tariladi. Keyin siqilgan havo yonish kamerasiga kiradi, bu erda bir vaqtning o'zida suyuq yoqilg'i - kerosin, fotogen, yoqilg'i moyi yuqori bosim ostida kiradi. Yoqilg'i yoqilganda havo 1500-2000 ° S haroratgacha qiziydi, kengayadi va uning tezligi oshadi. Havo yuqori tezlikda harakatlanadi va yonish mahsulotlari turbinaga yuboriladi. Bosqichdan bosqichga o'tgandan so'ng, yonish mahsulotlari o'zining kinetik energiyasini turbina pichoqlariga beradi. Turbina tomonidan olingan energiyaning bir qismi kompressorning aylanishiga ketadi; qolgan qismi elektr generatorining rotorini, samolyot yoki dengiz kemasi pervanini, avtomobil g'ildiraklarini aylantirishga sarflanadi.
Gaz turbinasi reaktiv dvigatel sifatida avtomobil gʻildiraklari va samolyot yoki kema pervanellarini aylantirishdan tashqari foydalanish mumkin. Havo va yonish mahsulotlari gaz turbinasidan yuqori tezlikda chiqariladi, shuning uchun bu jarayonda yuzaga keladigan reaktiv zarba havo (samolyot) va suv (kema) kemalari va temir yo'l transportini boshqarish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, An-24, An-124 (“Ruslan”), An-225 (“Orzu”) samolyotlarida turbovintli dvigatellar mavjud. Shunday qilib, 700-850 km / soat parvoz tezligida "Dream" deyarli 15 000 km masofaga 250 tonna yukni tashishga qodir. Bu dunyodagi eng katta transport samolyoti.
Issiqlik dvigatellarining ekologik muammolari
Iqlimga katta ta'sir qiladiatmosferaning holati, xususan, karbonat angidrid va suv bug'ining mavjudligi. Shunday qilib, karbonat angidrid tarkibidagi o'zgarish issiqxona effektining kuchayishiga yoki kamayishiga olib keladi, bunda karbonat angidrid Yer kosmosga tarqaladigan issiqlikni qisman o'zlashtiradi, uni atmosferada ushlab turadi va shu bilan sirt haroratini oshiradi va atmosferaning pastki qatlamlari. Issiqxona effekti hodisasi iqlimni yumshatishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. U bo'lmaganida, sayyoramizning o'rtacha harorati +15 °S emas, balki 30-40 °S ga past bo'lar edi.
Hozir dunyoda 300 milliondan ortiq turli turdagi avtomobillar mavjud boʻlib, ular havo ifloslanishining yarmidan koʻpini tashkil qiladi.
1 yil davomida issiqlik elektr stansiyalaridan atmosferaga 150 million tonna oltingugurt oksidi, 50 million tonna azot oksidi, 50 million tonna kul, 200 million tonna uglerod oksidi, 3 million tonna feon chiqariladi. yoqilg'ining yonishi natijasida.
Atmosferada ozon mavjud boʻlib, u yerdagi barcha hayotni ultrabinafsha nurlarning zararli taʼsiridan himoya qiladi. 1982 yilda ingliz tadqiqotchisi J. Farman Antarktida ustida ozon teshigini aniqladi - bu atmosferadagi ozon miqdorining vaqtincha pasayishi. 1987-yil 7-oktabrda ozon teshigining maksimal rivojlanishi davrida undagi ozon miqdori 2 barobar kamaydi. Ozon teshigi, ehtimol, antropogen omillar, jumladan, ozon qatlamini buzadigan xlor o'z ichiga olgan freonlarni (freonlarni) sanoatda qo'llash natijasida paydo bo'lgan. Biroq, 1990-yillardagi tadqiqotlar bu fikrni qo'llab-quvvatlamadi. Katta ehtimol bilan ozon teshigiinson faoliyati bilan bog'liq emas va tabiiy jarayondir. 1992 yilda Arktikada ham ozon teshigi topilgan.
Agar barcha atmosfera ozonlari Yer yuzasiga yaqin qatlamda toʻplanib, normal atmosfera bosimi va 0 °C haroratda havo zichligiga qadar qalinlashgan boʻlsa, u holda ozon qalqoni qalinligi atigi 2-3 ga teng boʻladi. mm! Bu butun qalqon.
Biroz tarix…
- 1769 yil iyul. Harbiy muhandis N. J. Kunyo Parijdagi Meudon bogʻida ikki silindrli bugʻ dvigateli oʻrnatilgan “oʻt oʻchirish aravachasi”da bir necha oʻn metr masofani bosib oʻtdi.
- 1885. Nemis muhandisi Karl Benz 0,66 kVt quvvatga ega bo'lgan birinchi benzinli to'rt taktli uch g'ildirakli Motorwagen avtomobilini yaratdi va buning uchun 1886 yil 29 yanvarda patent oldi. Avtomobil tezligi 15-18 km/soatga yetdi.
- 1891. Germaniyalik ixtirochi Gottlib Daymler yengil avtomobildan 2,9 kVt (4 ot kuchi) dvigatelga ega yuk mashinasini yasadi. Avtomobilning maksimal tezligi soatiga 10 km ga yetdi, turli modellarda yuk ko'tarish quvvati 2 dan 5 tonnagacha bo'lgan.
- 1899. Belgiyalik K. Jenatsi o'zining "Jeyms Kontint" ("Har doim norozi") mashinasida birinchi marta 100 kilometrlik tezlik chegarasini kesib o'tdi.
Muammo yechishga misollar
Muammo 1. Ideal issiqlik dvigateli isitish moslamasining harorati 2000 K va muzlatgichning harorati 100 °C. Samaradorlikni aniqlang.
Yechim:
Issiqlik dvigatelining samaradorligini aniqlovchi formula (maksimal):
ŋ=T1-T2/T1.
ŋ=(2000K - 373K) / 2000 K=0,81.
Javob: Dvigatel unumdorligi 81%.
2-topshiriq. Yonilg`i yonish jarayonida issiqlik dvigatelida 200 kJ issiqlik olindi va muzlatgichga 120 kJ issiqlik o`tkazildi. Dvigatel unumdorligi qanday?
Yechim:
Samaralilikni aniqlash formulasi quyidagicha:
ŋ=Q1 - Q2 / Q1.
ŋ=(2 105 J - 1, 2 105 J) / 2 105 J=0, 4.
Javob: Issiqlik dvigatelining samaradorligi 40% ni tashkil qiladi.
Muammo 3. Agar ishchi suyuqlik qizdirgichdan 1,6 MJ issiqlik olgandan keyin 400 ni bajargan bo’lsa, issiqlik mashinasining samaradorligi qanday bo’ladi. kJ ish? Muzlatgichga qancha issiqlik oʻtkazildi?
Yechim:
Samaralilikni
formulasi bilan aniqlash mumkin
ŋ=A / Q1.
ŋ=0,4 106 J / 1,6 106 J=0,25.
Sovutgichga oʻtkaziladigan issiqlik miqdori
formulasi bilan aniqlanishi mumkin.
Q1 - A=Q2.
Q2=1,6 106 J - 0,4 106 J=1,2 106J. Javob: issiqlik dvigatelining ish samaradorligi 25%; muzlatgichga uzatiladigan issiqlik miqdori 1,2 10
6 J.
