Efisiensi mesin panas. Efisiensi mesin panas - Formula

realitas modern membutuhkan mesin panas operasi yang luas. Berbagai upaya untuk menggantinya dengan motor listrik saat menjalani kegagalan. Masalah yang terkait dengan akumulasi kekuasaan dalam sistem otonom, diselesaikan dengan kesulitan besar.

Masih masalah yang relevan manufaktur teknologi baterai listrik didasarkan pada penggunaan jangka panjang mereka. karakteristik kecepatan kendaraan listrik jauh dari orang-orang di mobil, mesin pembakaran internal.

Langkah pertama dalam penciptaan mesin hybrid secara signifikan dapat mengurangi emisi berbahaya di daerah metropolitan, memecahkan masalah lingkungan.

Sedikit sejarah

Kemungkinan transformasi energi uap menjadi energi kinetik telah dikenal sejak zaman kuno. 130 SM: Philosopher Geron Aleksandriysky disampaikan kepada mainan penonton uap - eolipil. Sphere diisi dengan uap, datang ke rotasi di bawah pengaruh yang berasal dari jet-nya. prototipe ini dari turbin uap modern pada saat aplikasi tidak ditemukan.

Selama bertahun-tahun dan pembangunan abad filsuf itu dianggap hanya mainan yang menyenangkan. Tahun 1629 Italia D. Branca menciptakan turbin proaktif. Pasangan digerakkan cakram yang diberikan dengan pisau.

Sejak saat itu mulai pesatnya perkembangan mesin uap.

mesin panas

Transformasi energi internal dari bahan bakar menjadi energi gerak dari bagian mesin dan mekanisme yang digunakan dalam mesin panas.

bagian utama dari mesin: pemanas (sistem menerima energi dari luar), tubuh bekerja (melakukan efek menguntungkan), kulkas.

pemanas dirancang untuk fluida kerja untuk mengumpulkan bekal yang cukup dari energi internal untuk pekerjaan yang bermanfaat. Kulkas menghilangkan kelebihan energi.

Ciri utama dari efisiensi disebut efisiensi mesin panas. Kuantitas ini menunjukkan apa bagian dari energi yang dikeluarkan dalam pemanasan yang dihabiskan untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Semakin tinggi efisiensi, operasi menguntungkan dari mesin, tapi nilai ini mungkin tidak melebihi 100%.

Perhitungan efisiensi

Mari pemanas energi diperoleh secara eksternal sama dengan Q _1. Alat tubuh berkomitmen pekerjaan A, sedangkan energi yang diberikan kulkas adalah Q _2.

Berdasarkan tekad, kita menghitung nilai efisiensi:

η = A / Q _1. Kami berasumsi bahwa A = Q ₁ - Q _2.

Oleh karena itu efisiensi mesin panas, rumus yang diberikan oleh η = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1, memungkinkan kesimpulan berikut:

• Efisiensi tidak bisa melebihi 1 (atau 100%);
• untuk memaksimalkan kuantitas ini harus meningkatkan baik energi yang diperoleh dari pemanas, atau penurunan energi yang diberikan kulkas;
• meningkatkan daya pemanas mencapai perubahan kualitas bahan bakar;
• mengurangi energi, memberikan kulkas, memungkinkan untuk mencapai fitur desain mesin.

Sebuah mesin panas yang ideal

Adalah penciptaan mesin seperti mungkin, efisiensi yang akan menjadi maksimum (dalam ideal - setara dengan 100%)? Menemukan jawaban untuk pertanyaan ini mencoba untuk fisikawan Perancis dan seorang insinyur berbakat Sadi Carnot. Pada tahun 1824 perhitungan teoritis mengenai proses yang terjadi dalam gas yang dirilis.

Ide dasar yang terkandung dalam mesin yang ideal dapat dianggap proses reversible perilaku dengan gas ideal. Dimulai dengan perluasan isotermal gas pada suhu T _1. Jumlah panas yang diperlukan untuk tujuan ini, - Q _1. Setelah gas tanpa memperluas panas (proses adiabatik). Setelah mencapai suhu T _2, gas yang dikompresi isotermal dengan melewati kulkas energi Q _2. gas kembali ke keadaan semula dilakukan adiabatik.

Efisiensi mesin panas Carnot ideal dengan perhitungan yang tepat adalah rasio perbedaan suhu antara pemanasan dan perangkat pendingin untuk suhu, yang memiliki pemanas. Ini terlihat seperti ini: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

efisiensi termal yang mungkin dari mesin, yang rumus memiliki bentuk: η = 1 - T ₂ / T _1, hanya bergantung pada nilai pemanas dan pendingin suhu dan tidak dapat lebih besar dari 100%.

Selain itu, hubungan ini memungkinkan seseorang untuk membuktikan bahwa efisiensi mesin panas bisa sama dengan persatuan hanya ketika kulkas nol mutlak suhu. Seperti diketahui, nilai ini tidak mungkin tercapai.

perhitungan teoritis Carnot memungkinkan untuk menentukan efisiensi maksimum dari mesin panas desain apapun.

teorema terbukti Carnot adalah sebagai berikut. mesin panas sewenang-wenang dalam keadaan mampu memiliki efisiensi yang lebih tinggi dari nilai yang sama efisiensi mesin panas yang ideal.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1. Apa efisiensi mesin panas yang ideal, ketika suhu pemanas 800 C dan ^suhu kulkas 500 ^C di bawah ini?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

solusi:

Dengan definisi: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Kami tidak diberi suhu lemari es, tapi AT = (T ₁ - T _2), maka:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Jawaban: Efisiensi = 46%.

Contoh 2. Tentukan efisiensi mesin panas yang ideal, jika karena energi yang diperoleh satu kilojoule pemanas melakukan pekerjaan yang bermanfaat 650 J. Berapa suhu pemanas mesin panas jika suhu pendingin -. 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η - ?, T ₁ =?

solusi:

Dalam tugas ini, itu adalah instalasi termal, efisiensi yang dapat dihitung dengan rumus:

η = A / Q _1.

Untuk menentukan suhu pemanas menggunakan efisiensi rumus mesin panas yang ideal:

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

Melakukan transformasi matematika, kita memperoleh:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Kami menghitung:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Jawaban: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

kondisi aktual

Sebuah mesin panas yang ideal dirancang dengan proses yang ideal. pekerjaan dilakukan hanya dalam proses isotermal, itu didefinisikan sebagai daerah yang dibatasi oleh grafik siklus Carnot.

Bahkan, untuk menciptakan kondisi untuk aliran perubahan statusnya gas dalam proses, tanpa disertai perubahan suhu tidak bisa. Tidak ada bahan-bahan tersebut, yang akan mengecualikan pertukaran panas dengan benda-benda di sekitarnya. Proses adiabatik menjadi tidak mungkin untuk melaksanakan. Dalam kasus suhu gas pertukaran panas tentu harus berubah.

Efisiensi mesin termal dibuat dalam kondisi nyata berbeda secara signifikan dari efisiensi ideal mesin. Perhatikan bahwa aliran proses di mesin nyata terjadi begitu cepat bahwa variasi dari energi panas internal substansi bekerja dalam proses mengubah volumenya tidak dapat dikompensasikan dengan masuknya kuantitas panas pemanas dan kembali dingin.

mesin panas lainnya

mesin nyata beroperasi pada siklus yang berbeda:

• Proses volume konstan siklus Otto perubahan adiabatik, menciptakan lingkaran tertutup;
• Diesel siklus isobar, adiabatik, isochore, adiabatik;
• turbin gas: proses yang terjadi pada tekanan konstan, adiabatik diganti menutup loop.

Buat proses keseimbangan di mesin nyata (untuk membawa mereka lebih dekat ke ideal) dalam teknologi modern tidak mungkin. Efisiensi mesin panas secara signifikan lebih rendah, bahkan dengan kondisi suhu yang sama seperti pada pengaturan panas yang ideal.

Tapi itu tidak perlu mengurangi efisiensi formula perhitungan peran dari siklus Carnot, seperti itu, itu menjadi titik referensi dalam proses untuk meningkatkan efisiensi mesin nyata.

Cara untuk mengubah efisiensi

Melalui perbandingan ideal dan aktual mesin panas, perlu dicatat bahwa suhu terakhir dari lemari es tidak bisa sembarangan. Biasanya kulkas percaya atmosfer. Untuk mengambil suhu atmosfer bisa perhitungan hanya perkiraan. Pengalaman menunjukkan bahwa suhu pendingin adalah gas buang pada mesin, seperti yang terjadi dalam mesin pembakaran internal (disingkat DVS).

DIC - yang paling umum di dunia kita dari mesin panas. Efisiensi mesin panas dalam hal ini tergantung pada suhu yang diciptakan oleh pembakaran bahan bakar. Perbedaan penting dari mesin uap DIC adalah fungsi pemanas fusi dan perangkat tubuh yang beroperasi di campuran udara-bahan bakar. Membakar campuran menciptakan tekanan pada bagian yang bergerak dari mesin.

Menaikkan suhu gas bekerja tercapai, secara signifikan mengubah sifat bahan bakar. Sayangnya, tidak mungkin untuk melakukannya tanpa batas. Setiap material konstruksi dari ruang bakar mesin memiliki titik leleh. Tahan panas dari bahan-bahan tersebut - karakteristik dasar dari mesin, serta secara signifikan mempengaruhi efisiensi.

Efisiensi nilai mesin

Jika kita mempertimbangkan turbin uap, suhu inlet uap bekerja yang sama dengan 800 K, dan gas buang - 300 K, efisiensi mesin sama dengan 62%. Pada kenyataannya, bagaimanapun, nilai ini tidak melebihi 40%. Penurunan ini terjadi karena hilangnya panas selama perumahan pemanasan turbin.

Nilai tertinggi efisiensi mesin pembakaran internal tidak melebihi 44%. Peningkatan nilai ini - pertanyaan tentang masa depan. Mengubah sifat bahan, bahan bakar - ini adalah masalah di mana mempekerjakan pikiran terbaik dari umat manusia.