Engine panas: siklus, efficiency karya. masalah lingkungan saka mesin termal. Apa iku - lan engine panas becik?

Sing perlu kanggo nggunakake energi mechanical ing produksi wis mimpin menyang emergence saka mesin termal.

Ing unit mesin panas

engine panas (engine panas), - piranti kanggo nindakake energi menyang energi mechanical.

Sembarang engine panas wis mesin ingkang ndamel benter, ing adi (gas utawa uap), kang performs karya dening panas (asil ing rotasi batang turbin, gerakane piston, lan ing) lan kulkas. tokoh ing ngisor iki nuduhaké diagram saka engine panas.

Dasar langkah mesin panas

Saben fungsi engine panas amarga engine. Kanggo nindakake karya kang perlu kanggo ing salah siji sisih engine piston angin glathi ana prabédan meksa. prabédan iki wis ngrambah ing kabeh mesin panas minangka nderek: ing suhu adi tambah kanggo atusan utawa ewu derajat dibandhingake karo suhu sekitar. Ing turbin gas lan mesin pembakaran (ICE) sing Tambah ing suhu amarga kasunyatan sing bahan bakar wis burned ing engine. Kulkas bisa tumindak atmosfer utawa piranti waé khusus kanggo cooling lan condensing uap ngginakaken.

siklus Carnot

Cycle (proses siklik) - a set saka owah-owahan kahanan gas, asil ing iku bali menyang negara dhisikan (bisa nindakake karya). Ing taun 1824, fisikawan Prancis Sadi Karno ditampilake iku mupangati kanggo siklus engine panas (siklus Carnot), kang kasusun saka rong pangolahan - ing isothermal lan adiabatic. tokoh ing ngisor iki nuduhake a grafik saka siklus Carnot: 1-2 lan 3-4 - isotherm, 2-3 lan 4-1 - adiabatic.

Sesuai karo hukum konservasi energi karya mesin panas kang performs engine:

A = Q ₁ - Q _2,

₁ ngendi Q - jumlah panas kang ditampa saka mesin ingkang ndamel benter, lan ₂ Q - jumlah panas sing consigned kanggo kulkas.
Efficiency punika aspek saka operasi engine panas A kang wis kaleksanan ing engine kanggo jumlahe panas kang dijupuk saka mesin ingkang ndamel benter:

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

Ing "Pikiran ing daya alasan ing geni lan ing mesin sing bisa berkembang pasukan iki" (1824) nerangake engine panas Carnot miturut jeneng "becik engine panas karo gas becik, kang awak apa." Amarga hukum-hukum termodinamika bisa ngetung efficiency (maksimum bisa) karo panas engine mesin ingkang ndamel benter kang wis T suhu _1, lan kulkas gadhah suhu T _2. Carnot efficiency engine panas iku:

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

Sadi Karno mbuktekaken bilih mesin nyata termal dikarepake, kang makaryakke karo mesin ingkang ndamel benter karo suhu T ₁ lan condenser ing suhu T ₂ ora bisa duwe efficiency kang bakal ngluwihi efficiency saka engine panas (becik).

mesin pembakaran (ICE)

Four-stroke mesin pembakaran dumadi siji utawa luwih silinder, piston, mekanisme nglakokake, intake lan exhaust klep, narik.

Ing siklus operasi kasusun saka papat stroke:

1) ngisep ing - dicampur combustible liwat liwat katup menyang slinder;
2) komprèsi - loro klep ditutup;
3) stroke - pangobongan mbledhos saka dicampur combustible;
4) Exhaust - nerbitaké gas exhaust menyang atmosfer.

turbin uap

Konversi energi turbin uap dumadi amarga prabédan tekanan uap banyu ing welingan lan stopkontak.
Power of turbin uap modern tekan 1,300 MW.

Sawetara paramèter technical saka turbin uap 1.200 MW

• tekanan uap (seger) - 23,5 MPa.
• suhu Uap - 540 ° C.
• Uap aliran turbin - 3600 m / h.
• kacepetan Rotor - 3000 rev / min.
• Tekanan uap ing condenser ing - 3,6 KPA.
• turbin Length - 47,9 m.
• turbin Massa - 1900 m.

mesin termal kasusun saka turbin kompresor udara, combustor lan gas. Lowongan: adiabatically online di sedot menyang kompresor, supaya menehi suhu wungu kanggo 200 ° C utawa liyane. Sabanjure, ing teken online lumebu ing kamar pangobongan ngendi dhuwur meksa bebarengan diwenehake bahan bakar cair - oil kerosene bahan bakar photogen. Sak pangobongan saka bahan bakar air digawe panas menyang suhu saka 1500-2000 ° C, iku ngembang lan mundhak kecepatan sawijining. online gerakane ing kacepetan dhuwur, lan produk pembakaran diarahake menyang turbin. Sawise transisi saka tataran kanggo tataran pembakaran glathi turbin menehi energi kinetik sawijining. Bagéyan saka energi ditampa dening turbin punika rotasi kompresor; sisih isih dikonsumsi ing rotor generator, pesawat rotor utawa prau marine, setir kendaraan.

Ing turbin gas bisa digunakake, kajaba bidang muter lan gembong kendaraan utawa baling-baling kapal, minangka engine jet. Air lan pembakaran gas sing luwar ing kacepetan dhuwur saka turbin gas, supaya tikaman jet kang mengkene ing proses iki bisa dipigunakaké kanggo mindhah pesawat (montor mabur) lan banyu (kapal) kapal, transportasi sepur. Contone, mesin turboprop duwe pesawat AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "ngimpi"). Wau, ing "ngimpi" ing kacepetan pesawat saka 700-850 km / h saged mbeta 250 ton kargo liwat kadohan meh 15,000 kilometer. Iku pesawat transport paling gedhé ing donya.

masalah lingkungan saka mesin termal

impact gedhe ing Iklim kondisi atmosfer, utamané ing ngarsane karbon dioksida lan uap banyu. Mangkono, owah-owahan ing isi karbon dioksida ndadékaké menyang Tambah utawa nyuda ing èfèk omah, kang karbon dioksida nyerap sawetara saka panas sing radiates menyang papan bumi, telat ing mundhak atmosfer lan kanthi mangkono suhu permukaan lan atmosfer murah. Ing kedadean saka èfèk omah main peran wigati ing kaenthengan iklim. Ing anané, suhu rata-rata planet ora bakal +15 ° C lan ngisor dening 30-40 ° C.

ing donya ana saiki luwih saka 300 yuta macem-macem jinis kendaraan, kang nggawe luwih saka setengah saka kabeh polusi udara.

Swara 1 taun menyang atmosfer saka daya termal saka pangobongan bahan bakar wis diparengake 150 yuta ton saka oksida belerang, 50 yuta ton saka nitrogen monoksida, 50 yuta ton awu, 200 yuta ton saka karbon monoksida, 3 yuta ton Feona.

Komposisi saka atmosfer kalebu ozon, kang nglindhungi kabeh urip ing bumi saka efek ngrusak sinar ultraviolet. . Ing taun 1982, John Farman, ing panuduh Inggris, katutup liwat Antartika ozon bolongan - abang sak wentoro isi ozon ing atmosfer. Ing puncak bolongan ozon 7 Oktober 1987 jumlah ozon ing wis melorot ing 2 kaping. Ozon bolongan mbokmenawa ngasilaken saka faktor anthropogenic, kalebu dienggo ing industri khlor-ngemot freons (CFC), kang numpes lapisan ozon. Nanging, sinau 1990. ora dikonfirmasi iki. Paling kamungkinan, ing emergence saka bolongan ozon ora gegandhengan karo aktivitas manungsa, lan proses alam. Ing taun 1992, ing bolongan ozon iki ditemokaké liwat artik.

Yen kumpul kabeh lapisan ozon atmosfer ing lumahing bumi lan thicken menyang Kapadhetan saka udhara ing atmosfer meksa lan suhu 0 ° C, banjur kekandelan ozon tameng mung 2-3 mm! Sing kabèh tameng.

A dicokot saka Sajarah ...

• Juli 1769. Ing Paris Meudon park militèr engineer NZ Kyunyo kanggo "geni titian", kang dilengkapi karo rong silinder uap engine, ndamel sawetara puluhan meter.
• 1885. Karl Benz, a engineer Jerman, dibangun ing mobil bensin daya Motorwagen papat rodhané pisanan 0.66 kW, kang 29 Januari 1886 entuk hak paten. kacepetan Machine ana 15-18 km / h.
• 1891. Gottlieb Daimler, penemu Jerman, diprodhuksi trolley drive daya 2.9 kW (4 horsepowers) saka mobil. Kacepetan maksimum kendaraan tekan 10 km / h, kapasitas ing macem-macem model saka 2 kanggo 5 ton.
• 1899. Belgian K. Zhenattsi ing mobil, "Jamet Contant" ( "tau wareg") kanggo pisanan nyabrang 100 kilometer kacepetan line.

Conto masalah mecahaken

Masalah 1. Ing suhu saka engine panas becik mesin ingkang ndamel benter punika witjaksono menyang 2000 K, lan suhu kulkas - 100 ° C. Kanggo nemtokake efficiency.

solusi:
Rumus ingkang nemtokaken efficiency saka engine panas (maksimal):

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

A: engine efficiency - 81%.

Masalah 2. Engine panas 200 kJ saka panas iki dijupuk dening pangobongan bahan bakar, lan ditransfer kanggo adhem 120 kJ panas. Apa efficiency engine?

solusi:
Rumus kanggo nentokake efficiency punika bentuk:

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

A: Ing efficiency termal engine - 40%.

Masalah 3. Apa efficiency saka engine panas, nalika adi saka mesin ingkang ndamel benter sawise nampa jumlah panas 1.6 MJ dileksanakake operasi 400 kJ? Apa jumlah panas ditransfer kanggo kulkas?

solusi:
Efficiency bisa dipuntemtokaken kanthi rumus

ŋ = A / Q _1.

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

Ditularaké jumlahe kulkas panas bisa dipuntemtokaken kanthi rumus

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0,4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
A: Engine panas wis efficiency saka 25%; jumlahe panas ditransfer kanggo kulkas - 1.2 · 10 ⁶ J.