Birçok makine türünün çalışması, bir ısı motorunun verimliliği gibi önemli bir gösterge ile karakterize edilir. Her yıl mühendisler, daha düşük yakıt maliyetleriyle, kullanımından maksimum sonucu verecek daha gelişmiş ekipmanlar yaratmaya çalışıyor.
Isı motoru cihazı
Verimliliğin ne olduğunu anlamadan önce bu mekanizmanın nasıl çalıştığını anlamak gerekir. Eyleminin ilkelerini bilmeden, bu göstergenin özünü bulmak imkansızdır. Bir ısı motoru, iç enerjiyi kullanarak çalışan bir cihazdır. Termal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren herhangi bir ısı motoru, sıcaklığı artan maddelerin termal genleşmesini kullanır. Katı hal motorlarında sadece maddenin hacmini değiştirmek değil, aynı zamanda vücudun şeklini de değiştirmek mümkündür. Böyle bir motorun çalışması termodinamik yasalarına tabidir.
Çalışma prensibi
Bir ısı motorunun nasıl çalıştığını anlamak için temelleri göz önünde bulundurmak gerekironun tasarımları. Cihazın çalışması için iki gövdeye ihtiyaç vardır: sıcak (ısıtıcı) ve soğuk (buzdolabı, soğutucu). Isı motorlarının çalışma prensibi (ısı motorlarının verimliliği) türlerine bağlıdır. Çoğu zaman, buhar kondansatörü bir buzdolabı görevi görür ve fırında yanan herhangi bir yakıt türü bir ısıtıcı görevi görür. İdeal bir ısı motorunun verimliliği şu formülle bulunur:
Verimlilik=(Tiyatro - Soğutma)/ Tiyatro. x %100.
Aynı zamanda gerçek bir motorun verimi asla bu formüle göre elde edilen değeri aşamaz. Ayrıca, bu gösterge asla yukarıdaki değeri aşamaz. Verimliliği artırmak için, çoğu zaman ısıtıcının sıcaklığını artırın ve buzdolabının sıcaklığını az altın. Bu süreçlerin her ikisi de ekipmanın gerçek çalışma koşullarıyla sınırlı olacaktır.
Isı motoru verimliliği (formül)
Bir ısı motorunun çalışması sırasında, gaz enerji kaybetmeye başladığından ve belirli bir sıcaklığa soğuduğundan iş yapılır. İkincisi genellikle çevreleyen atmosferin birkaç derece üzerindedir. Bu, buzdolabı sıcaklığıdır. Böyle özel bir cihaz, egzoz buharının daha sonra yoğunlaşması ile soğutma için tasarlanmıştır. Kondansatörlerin bulunduğu yerlerde, buzdolabının sıcaklığı bazen ortam sıcaklığından daha düşüktür.
Bir ısı motorunda, vücut ısıtıldığında ve genleştiğinde, iş yapmak için tüm iç enerjisini veremez. Isının bir kısmı, egzoz gazları veya buharla birlikte buzdolabına aktarılacaktır. Bu kısımtermal iç enerji kaçınılmaz olarak kaybolur. Yakıtın yanması sırasında, çalışan gövde ısıtıcıdan belirli bir miktarda Q1 ısı alır. Aynı zamanda, termal enerjinin bir kısmını buzdolabına aktardığı A işini yapmaya devam eder: Q2<Q1.
VERİMLİLİK, enerji dönüşümü ve iletimi alanında motorun verimliliğini karakterize eder. Bu gösterge genellikle yüzde olarak ölçülür. Verimlilik Formülü:
ηA/Qx100%, burada Q harcanan enerjidir, A faydalı iştir.
Enerjinin korunumu yasasına dayanarak, verimliliğin her zaman birden az olacağı sonucuna varabiliriz. Başka bir deyişle, üzerinde harcanan enerjiden daha faydalı bir iş asla olmayacaktır.
Motor verimliliği, faydalı işin ısıtıcı tarafından sağlanan enerjiye oranıdır. Aşağıdaki formülle temsil edilebilir:
η=(Q1-Q2)/ Q1, burada Q 1 - ısıtıcıdan alınan ısı ve Q2 - buzdolabına verilen ısı.
Isı motoru çalışması
Bir ısı makinesinin yaptığı iş aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
A=|QH| - |QX|, burada A iştir, QH ısıtıcıdan alınan ısı miktarıdır, QX - Soğutucuya verilen ısı miktarı.
Isı motoru verimliliği (formül):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Motorun yaptığı işin motor hacmine oranına eşittir.sıcaklık. Bu aktarım sırasında termal enerjinin bir kısmı kaybolur.
Carnot motoru
Bir ısı motorunun maksimum verimliliği Carnot cihazında belirtilmiştir. Bunun nedeni, bu sistemde sadece ısıtıcının (Тн) ve soğutucunun (Тх) mutlak sıcaklığına bağlı olmasıdır. Carnot çevrimine göre çalışan bir ısı motorunun verimi aşağıdaki formülle belirlenir:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Termodinamik yasaları, mümkün olan maksimum verimliliği hesaplamamıza izin verdi. Bu gösterge ilk kez Fransız bilim adamı ve mühendis Sadi Carnot tarafından hesaplandı. İdeal gazla çalışan bir ısı makinesi icat etti. 2 izoterm ve 2 adiabat döngüsünde çalışır. Çalışma prensibi oldukça basittir: kazana gazla bir ısıtıcı kontağı getirilir, bunun sonucunda çalışma sıvısı izotermal olarak genişler. Aynı zamanda belirli bir miktarda ısı alır ve çalışır. Gemi termal olarak yalıtıldıktan sonra. Buna rağmen, gaz genişlemeye devam eder, ancak zaten adyabatik olarak (çevre ile ısı alışverişi olmadan). Bu sırada sıcaklığı buzdolabına düşer. Bu anda, gaz buzdolabı ile temas halindedir ve bunun sonucunda izometrik sıkıştırma sırasında ona belirli bir miktarda ısı verir. Daha sonra kap tekrar termal olarak yalıtılmıştır. Bu durumda gaz, orijinal hacmine ve durumuna adyabatik olarak sıkıştırılır.
Çeşitler
Zamanımızda farklı prensiplerde ve farklı yakıtlarla çalışan birçok ısı makinesi çeşidi bulunmaktadır. Hepsinin kendi verimliliği var. Bunlar şunları içerir:aşağıdaki:
• Yanan yakıtın kimyasal enerjisinin bir kısmının mekanik enerjiye dönüştürüldüğü bir mekanizma olan içten yanmalı motor (piston). Bu tür cihazlar gaz ve sıvı olabilir. 2 zamanlı ve 4 zamanlı motorlar vardır. Sürekli bir görev döngüsüne sahip olabilirler. Bir yakıt karışımı hazırlama yöntemine göre, bu tür motorlar karbüratör (harici karışım oluşumu ile) ve dizel (dahili). Enerji dönüştürücü çeşitlerine göre pistonlu, jetli, türbinli, kombine olarak ayrılırlar. Bu tür makinelerin verimliliği 0,5'i geçmez.
• Stirling motoru - çalışma sıvısının kapalı bir alanda olduğu bir cihaz. Bir tür dıştan yanmalı motordur. Çalışma prensibi, hacmindeki bir değişiklik nedeniyle enerji üretimi ile vücudun periyodik olarak soğutulması/ısıtılmasına dayanmaktadır. En verimli motorlardan biridir.
• Yakıtın harici yanması ile türbin (döner) motor. Bu tür tesisler çoğunlukla termik santrallerde bulunur.
• Türbin (döner) ICE, termik santrallerde tepe modunda kullanılır. Diğerleri kadar yaygın değil.
• Bir turboprop motor, pervane sayesinde itmenin bir kısmını üretir. Gerisi egzoz gazlarından gelir. Tasarımı, şaftına bir pervanenin monte edildiği döner bir motordur (gaz türbini).
Diğer ısı motorları türleri
• Geri tepmeden harekete geçen roket, turbojet ve jet motorlarıegzoz gazları.
• Katı hal motorları yakıt olarak katıları kullanır. Çalışırken değişen hacmi değil şeklidir. Ekipmanın çalışması son derece düşük bir sıcaklık farkı kullanır.
Verimlilik nasıl artırılır
Bir ısı motorunun verimliliğini artırmak mümkün mü? Cevap termodinamikte aranmalıdır. Farklı enerji türlerinin karşılıklı dönüşümlerini inceler. Mevcut tüm termal enerjinin elektrik, mekanik vb.'ye dönüştürülmesinin imkansız olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda, termal enerjiye dönüşümleri herhangi bir kısıtlama olmaksızın gerçekleşir. Bu, termal enerjinin doğasının parçacıkların düzensiz (kaotik) hareketine dayanması nedeniyle mümkündür.
Vücut ne kadar çok ısınırsa, onu oluşturan moleküller o kadar hızlı hareket eder. Parçacık hareketi daha da düzensiz hale gelecektir. Bununla birlikte düzenin kolayca kaosa dönüşebileceğini ve bu düzenin düzenlenmesi çok zor olduğunu herkes bilir.
