Issiqlik yordamida ishni bajara oladigan issiqlik dvigatelini yaratish uchun siz ma'lum shart-sharoitlarni yaratishingiz kerak. Avvalo, issiqlik dvigateli tsiklik rejimda ishlashi kerak, bu erda bir qator ketma-ket termodinamik jarayonlar tsikl hosil qiladi. Tsikl natijasida harakatlanuvchi pistonli silindrga o'ralgan gaz ishlaydi. Ammo vaqti-vaqti bilan ishlaydigan mashina uchun bitta tsikl etarli emas, u ma'lum vaqt davomida tsikllarni qayta-qayta bajarishi kerak. Haqiqatda ma'lum bir vaqt davomida bajarilgan ishning vaqtga bo'linishi yana bir muhim tushunchani beradi - kuch.
19-asr oʻrtalarida birinchi issiqlik dvigatellari yaratildi. Ular ishladilar, lekin yoqilg'ining yonishi natijasida olingan katta miqdordagi issiqlikni sarfladilar. Aynan o'sha paytda nazariy fiziklar o'zlariga savol berishdi: "Issiqlik dvigatelida gaz qanday ishlaydi? Minimal yonilg'i sarfi bilan qanday qilib maksimal unumdorlikka erishish mumkin?"
Gaz ishini tahlil qilish uchun ta'riflar va tushunchalarning butun tizimini joriy qilish kerak edi. Barcha ta'riflarning yig'indisi qabul qilingan butun ilmiy yo'nalishni yaratdiSarlavha: "Texnik termodinamika". Termodinamikada bir qator taxminlar mavjud bo'lib, ular hech qanday holatda asosiy xulosalarni buzmaydi. Ishchi suyuqlik efemer gazdir (tabiatda mavjud emas), u nol hajmgacha siqilishi mumkin, molekulalari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Tabiatda faqat ideal gazdan farq qiluvchi aniq xususiyatlarga ega haqiqiy gazlar mavjud.
Ishchi suyuqlik dinamikasi modellarini ko'rib chiqish uchun asosiy termodinamik jarayonlarni tavsiflovchi termodinamika qonunlari taklif qilindi, masalan:
- izokorik jarayon - ishchi suyuqlik hajmini o'zgartirmasdan amalga oshiriladigan jarayon. Izoxorik jarayon sharti, v=const;
- izobarik jarayon - ishchi suyuqlikdagi bosimni o'zgartirmasdan amalga oshiriladigan jarayon. Izobarik jarayon sharti, P=const;
- izotermik (izotermik) jarayon - haroratni ma'lum darajada ushlab turish bilan amalga oshiriladigan jarayon. Izotermik jarayon sharti, T=const;
- adiabatik jarayon (adiabatik, zamonaviy issiqlik muhandislari shunday ataydilar) - bu kosmosda atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz amalga oshiriladigan jarayon. Adiabatik jarayon sharti, q=0;
- politropik jarayon - bu yuqoridagi barcha termodinamik jarayonlarni, shuningdek harakatlanuvchi pistonli silindrda bajarish mumkin boʻlgan barcha boshqa jarayonlarni tavsiflovchi eng umumlashtirilgan jarayon.
Birinchi issiqlik dvigatellarini yaratishda ular siz eng yuqori samaradorlikni olishingiz mumkin bo'lgan tsiklni qidirganlar.(samaradorlik). Sadi Karno termodinamik jarayonlarning yig'indisini o'rganib, injiqlik bilan o'z nomini olgan o'z tsiklini - Karno tsiklini ishlab chiqdi. U ketma-ket izotermik, keyin adiabatik siqish jarayonini amalga oshiradi. Ushbu jarayonlarni amalga oshirgandan so'ng ishchi suyuqlik ichki energiya zahirasiga ega, ammo tsikl hali tugallanmagan, shuning uchun ishchi suyuqlik kengayadi va izotermik kengayish jarayonini amalga oshiradi. Tsiklni yakunlash va ishchi suyuqlikning asl parametrlariga qaytish uchun adiabatik kengayish jarayoni amalga oshiriladi.
Karno oʻz siklidagi samaradorlik maksimal darajaga yetishini va faqat ikkita izotermaning haroratiga bogʻliqligini isbotladi. Ularning orasidagi farq qanchalik baland bo'lsa, shunga mos ravishda yuqori issiqlik samaradorligi. Karno sikli bo'yicha issiqlik dvigatelini yaratishga urinishlar muvaffaqiyatli bo'lmadi. Bu bajarib bo'lmaydigan ideal tsikl. Ammo u termodinamikaning ikkinchi qonunining asosiy printsipini issiqlik energiyasining narxiga teng bo'lgan ishni olish mumkin emasligini isbotladi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni uchun bir qator ta'riflar ishlab chiqilgan bo'lib, ular asosida Rudolf Klauzius entropiya tushunchasini kiritdi. Uning tadqiqotining asosiy xulosasi shundan iboratki, entropiya doimiy ravishda oshib boradi va bu termal "o'lim" ga olib keladi.
Klauziusning eng muhim yutug'i adiabatik jarayonning mohiyatini tushunish edi, u bajarilganda ishchi suyuqlikning entropiyasi o'zgarmaydi. Shuning uchun Klauziusning fikricha, adiabatik jarayon s=const. Bu erda s - entropiya bo'lib, u issiqlikni bermasdan yoki olib tashlamasdan bajariladigan jarayonga boshqa nom beradi, izentropik jarayon. Olim qidirayotgan edientropiyaning o'sishi bo'lmagan issiqlik dvigatelining bunday aylanishi. Ammo, afsuski, u buni uddalay olmadi. Shuning uchun u issiqlik dvigatelini umuman yaratish mumkin emas degan xulosaga keldi.
Ammo barcha tadqiqotchilar ham u qadar pessimistik emas edi. Ular issiqlik dvigatellari uchun haqiqiy davrlarni izlashdi. Ularning izlanishlari natijasida Nikolaus Avgust Otto o'zining issiqlik dvigatelining tsiklini yaratdi, u hozirda benzinli dvigatellarda qo'llaniladi. Bu erda ishchi suyuqlikni siqishning adiabatik jarayoni va izoxorik issiqlik ta'minoti (yonilg'ining doimiy hajmda yonishi) amalga oshiriladi, keyin adiabatik kengayish paydo bo'ladi (ishchi suyuqlik hajmini oshirish jarayonida amalga oshiriladi) va izoxorik. issiqlikni olib tashlash. Otto davrining birinchi ichki yonish dvigatellari yoqilg'i sifatida yonuvchi gazlardan foydalangan. Keyinchalik, karbüratörler ixtiro qilindi, ular benzin bug'lari bilan havoning benzin-havo aralashmalarini hosil qila boshladilar va ularni dvigatel tsilindriga etkazib bera boshladilar.
Otto siklida yonuvchan aralashma siqiladi, shuning uchun uning siqilishi nisbatan kichik - yonuvchan aralashma portlashga moyil bo'ladi (kritik bosim va haroratga erishilganda portlaydi). Shuning uchun adiabatik siqish jarayonida ish nisbatan kichik. Bu yerda yana bir tushuncha kiritiladi: siqish nisbati umumiy hajmning siqilish hajmiga nisbati.
Yoqilgʻi energiya samaradorligini oshirish yoʻllarini izlash davom etdi. Siqilish koeffitsientining ortishida samaradorlikning oshishi kuzatildi. Rudolf Dizel issiqlik ta'minlanadigan o'z tsiklini ishlab chiqdidoimiy bosimda (izobarik jarayonda). Uning aylanishi dizel yoqilg'isidan foydalanadigan dvigatellarning asosini tashkil etdi (uni dizel yoqilg'isi ham deyiladi). Dizel aylanishi yonuvchan aralashmani emas, balki havoni siqadi. Shuning uchun ish adiabatik jarayonda bajariladi, deyiladi. Siqilish oxirida harorat va bosim yuqori, shuning uchun yoqilg'i injektorlar orqali AOK qilinadi. U issiq havo bilan aralashadi, yonuvchan aralashmani hosil qiladi. U yonib ketadi, shu bilan birga ishchi suyuqlikning ichki energiyasi ortadi. Bundan tashqari, gazning kengayishi adiabatik bo'ylab boradi, ish zarbasi amalga oshiriladi.
Issiqlik dvigatellarida dizel siklini amalga oshirishga urinish muvaffaqiyatsiz tugadi, shuning uchun Gustav Trinkler birlashgan Trinkler siklini yaratdi. U hozirgi dizel dvigatellarida qo'llaniladi. Trinkler siklida issiqlik izoxora bo'ylab, keyin esa izobar bo'ylab beriladi. Shundan keyingina ishchi suyuqlikning adiabatik kengayish jarayoni amalga oshiriladi.
Portshenli issiqlik dvigatellari bilan o'xshash turbinali dvigatellar ham ishlaydi. Ammo ularda gazning foydali adiabatik kengayishi tugagandan so'ng issiqlikni olib tashlash jarayoni izobar bo'ylab amalga oshiriladi. Gaz turbinali va turbovintli dvigatelli samolyotlarda adiabatik jarayon ikki marta sodir bo'ladi: siqish va kengayish vaqtida.
Adiabatik jarayonning barcha asosiy tushunchalarini asoslash uchun hisoblash formulalari taklif qilindi. Bu erda adiabatik ko'rsatkich deb ataladigan muhim miqdor paydo bo'ladi. Ikki atomli gaz uchun uning qiymati (kislorod va azot havoda mavjud bo'lgan asosiy ikki atomli gazlardir) 1,4. Hisoblash uchunadiabatik ko'rsatkich, yana ikkita qiziqarli xususiyatdan foydalaniladi, ya'ni: ishchi suyuqlikning izobarik va izoxorik issiqlik sig'imlari. Ularning nisbati k=Cp/Cv adiabatik ko‘rsatkichdir.
Nima uchun adiabatik jarayon issiqlik dvigatellarining nazariy sikllarida qo’llaniladi? Aslida, politropik jarayonlar amalga oshiriladi, lekin ular yuqori tezlikda sodir bo'lganligi sababli, atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvi yo'q deb taxmin qilish odatiy holdir.
90% elektr energiyasi issiqlik elektr stansiyalarida ishlab chiqariladi. Ishchi suyuqlik sifatida ular suv bug'idan foydalanadilar. U qaynoq suv bilan olinadi. Bug'ning ishlash potentsialini oshirish uchun u juda qizdiriladi. Keyinchalik qizdirilgan bug 'yuqori bosimda bug' turbinasiga beriladi. Bug'ning adiabatik kengayish jarayoni ham shu erda sodir bo'ladi. Turbina aylanishni qabul qiladi, u elektr generatoriga o'tkaziladi. Bu, o‘z navbatida, iste’molchilar uchun elektr energiyasi ishlab chiqaradi. Bug 'turbinalari Rankine siklida ishlaydi. Ideal holda, samaradorlikning oshishi suv bug'ining harorati va bosimining oshishi bilan ham bog'liq.
Yuqoridagilardan koʻrinib turibdiki, mexanik va elektr energiyasi ishlab chiqarishda adiabatik jarayon juda keng tarqalgan.
