Hoạt động của nhiều loại máy được đặc trưng bởi một chỉ tiêu quan trọng như hiệu suất của động cơ nhiệt. Hàng năm, các kỹ sư cố gắng tạo ra các thiết bị tiên tiến hơn, với chi phí nhiên liệu thấp hơn, sẽ mang lại kết quả tối đa từ việc sử dụng nó.
Thiết bị động cơ nhiệt
Trước khi hiểu hiệu quả là gì, cần hiểu cơ chế hoạt động của cơ chế này. Nếu không biết các nguyên tắc hoạt động của nó, không thể tìm ra bản chất của chỉ báo này. Động cơ nhiệt là một thiết bị hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng bên trong. Bất kỳ động cơ nhiệt nào biến nhiệt năng thành cơ năng đều sử dụng sự nở vì nhiệt của các chất khi nhiệt độ tăng dần. Trong động cơ ở trạng thái rắn, không chỉ có thể thay đổi thể tích của vật chất mà còn có thể thay đổi hình dạng của cơ thể. Hoạt động của một động cơ như vậy tuân theo quy luật nhiệt động lực học.
Nguyên tắc hoạt động
Để hiểu cách hoạt động của động cơ nhiệt, cần phải xem xét những điều cơ bảnthiết kế của mình. Để hoạt động của thiết bị, cần có hai cơ quan: nóng (lò sưởi) và lạnh (tủ lạnh, tủ mát). Nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt (hiệu suất của động cơ nhiệt) phụ thuộc vào loại của chúng. Thông thường, thiết bị ngưng tụ hơi nước hoạt động như một tủ lạnh, và bất kỳ loại nhiên liệu nào cháy trong lò hoạt động như một lò sưởi. Hiệu suất của động cơ nhiệt lý tưởng được tính theo công thức sau:
Hiệu quả=(Gia nhiệt - Làm mát) / Gia nhiệt. x 100%.
Đồng thời, hiệu suất của động cơ thực không bao giờ được vượt quá giá trị thu được theo công thức này. Ngoài ra, chỉ số này sẽ không bao giờ vượt quá giá trị trên. Để tăng hiệu quả, thông thường nhất là tăng nhiệt độ của lò sưởi và giảm nhiệt độ của tủ lạnh. Cả hai quy trình này sẽ bị giới hạn bởi điều kiện hoạt động thực tế của thiết bị.
Hiệu suất động cơ nhiệt (công thức)
Trong quá trình hoạt động của động cơ nhiệt, công việc được thực hiện, khi khí bắt đầu mất năng lượng và nguội đi đến một nhiệt độ nhất định. Giá trị sau thường cao hơn một vài độ so với bầu khí quyển xung quanh. Đây là nhiệt độ tủ lạnh. Một thiết bị đặc biệt như vậy được thiết kế để làm mát bằng quá trình ngưng tụ hơi nước thải sau đó. Ở những nơi có thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ của tủ lạnh đôi khi thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh.
Trong động cơ nhiệt, cơ thể, khi bị đốt nóng và giãn nở, không thể cung cấp toàn bộ nội năng để hoạt động. Một phần nhiệt sẽ được chuyển đến tủ lạnh cùng với khí thải hoặc hơi nước. Phần nàynhiệt năng bên trong tất yếu bị mất đi. Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, cơ quan làm việc nhận một lượng nhiệt Q1từ bộ gia nhiệt. Đồng thời, nó vẫn hoạt động A, trong đó nó truyền một phần nhiệt năng cho tủ lạnh: Q2<Q1.
HIỆU QUẢ đặc trưng cho hiệu suất của động cơ trong lĩnh vực chuyển đổi và truyền tải năng lượng. Chỉ số này thường được đo dưới dạng phần trăm. Công thức Hiệu quả:
ηA / Qx100%, trong đó Q là năng lượng tiêu hao, A là công việc hữu ích.
Dựa trên định luật bảo toàn năng lượng, chúng ta có thể kết luận rằng hiệu suất sẽ luôn nhỏ hơn một. Nói cách khác, sẽ không bao giờ có công việc hữu ích hơn sức lực dành cho nó.
Hiệu suất của động cơ là tỷ số giữa công hữu ích với năng lượng do bộ gia nhiệt cung cấp. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng công thức sau:
η=(Q1-Q2) / Q1, trong đó Q1- nhiệt nhận được từ lò sưởi, và Q2- được trao cho tủ lạnh.
Vận hành động cơ nhiệt
Công do động cơ nhiệt thực hiện được tính theo công thức sau:
A=| QH| - | QX|, A là nơi làm việc, QHlà nhiệt lượng nhận được từ lò sưởi, QX - lượng nhiệt cấp cho bộ làm mát.
Hiệu suất động cơ nhiệt (công thức):
| QH| - | QX|) / | QH|=1 - | QX| / | QH|
Nó bằng tỷ số giữa công do động cơ thực hiện với lượngsự ấm áp. Một phần nhiệt năng bị mất trong quá trình chuyển giao này.
Động cơ Carnot
Hiệu suất tối đa của động cơ nhiệt được ghi nhận ở thiết bị Carnot. Điều này là do thực tế là trong hệ thống này, nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của bộ sưởi (Тн) và bộ làm mát (Тх). Hiệu suất của động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot được xác định theo công thức sau:
(Тн - Тх) / Тн=- Тх - Тн.
Các định luật nhiệt động lực học cho phép chúng tôi tính toán hiệu suất tối đa có thể. Lần đầu tiên chỉ số này được tính toán bởi nhà khoa học và kỹ sư người Pháp Sadi Carnot. Ông đã phát minh ra động cơ nhiệt chạy bằng khí lý tưởng. Nó hoạt động theo chu trình 2 đường đẳng nhiệt và 2 đường đoạn nhiệt. Nguyên tắc hoạt động của nó khá đơn giản: một tiếp điểm nóng được đưa đến bình chứa khí, kết quả là chất lỏng làm việc giãn nở đẳng nhiệt. Đồng thời, nó hoạt động và nhận một lượng nhiệt nhất định. Sau khi bình được cách nhiệt. Mặc dù vậy, chất khí vẫn tiếp tục nở ra, nhưng đã đoạn nhiệt (không có sự trao đổi nhiệt với môi trường). Lúc này, nhiệt độ của nó giảm xuống tủ lạnh. Tại thời điểm này, khí tiếp xúc với tủ lạnh, do đó nó cung cấp cho nó một lượng nhiệt nhất định trong quá trình nén đẳng áp. Sau đó bình được cách nhiệt trở lại. Trong trường hợp này, khí được nén đoạn nhiệt về thể tích và trạng thái ban đầu.
Giống
Trong thời đại của chúng ta, có rất nhiều loại động cơ nhiệt hoạt động trên các nguyên tắc khác nhau và trên các loại nhiên liệu khác nhau. Chúng đều có hiệu quả riêng. Bao gồm cácsau:
• Động cơ đốt trong (piston), là một cơ chế mà một phần năng lượng hóa học của nhiên liệu đang cháy được chuyển hóa thành cơ năng. Các thiết bị như vậy có thể là chất khí và chất lỏng. Có động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Họ có thể có một chu kỳ nhiệm vụ liên tục. Theo phương pháp điều chế hỗn hợp nhiên liệu, các động cơ như vậy là bộ chế hòa khí (với sự hình thành hỗn hợp bên ngoài) và diesel (với bên trong). Theo các loại bộ chuyển đổi năng lượng, chúng được chia thành piston, phản lực, tuabin, kết hợp. Hiệu suất của những máy như vậy không vượt quá 0,5.
• Động cơ Stirling - một thiết bị mà chất lỏng làm việc ở trong một không gian kín. Nó là một loại động cơ đốt ngoài. Nguyên lý hoạt động của nó là dựa trên việc làm mát / sưởi ấm cơ thể theo chu kỳ với việc sản sinh ra năng lượng do sự thay đổi thể tích của nó. Nó là một trong những động cơ hiệu quả nhất.
• Động cơ tuabin (quay) sử dụng nhiên liệu đốt ngoài. Việc lắp đặt như vậy thường thấy nhất trong các nhà máy nhiệt điện.
• ICE tuabin (quay) được sử dụng tại các nhà máy nhiệt điện ở chế độ đỉnh. Không phổ biến như những người khác.
• Động cơ phản lực cánh quạt tạo ra một phần lực đẩy do cánh quạt. Phần còn lại đến từ khí thải. Thiết kế của nó là một động cơ quay (tuabin khí), trên trục có gắn một cánh quạt.
Các loại động cơ nhiệt khác
• Động cơ tên lửa, tuốc bin phản lực và động cơ phản lực có lực đẩy do giậtkhí thải.
• Động cơ thể rắn sử dụng chất rắn làm nhiên liệu. Khi làm việc, không phải là khối lượng của nó thay đổi, mà là hình dạng của nó. Hoạt động của thiết bị sử dụng chênh lệch nhiệt độ cực thấp.
Cách nâng cao hiệu quả
Có thể tăng hiệu suất của động cơ nhiệt không? Câu trả lời phải được tìm kiếm trong nhiệt động lực học. Nó nghiên cứu sự chuyển hóa lẫn nhau của các dạng năng lượng khác nhau. Nó đã được thiết lập rằng không thể chuyển đổi tất cả năng lượng nhiệt có sẵn thành điện, cơ học, vv Đồng thời, sự chuyển đổi của chúng thành nhiệt năng xảy ra mà không có bất kỳ hạn chế nào. Điều này có thể xảy ra do bản chất của năng lượng nhiệt dựa trên sự chuyển động không trật tự (hỗn loạn) của các hạt.
Cơ thể càng nóng lên, các phân tử cấu tạo sẽ di chuyển càng nhanh. Chuyển động của hạt sẽ trở nên thất thường hơn. Cùng với điều này, mọi người đều biết rằng trật tự có thể dễ dàng trở nên hỗn loạn, rất khó để đặt hàng.
