ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน สูตรประสิทธิภาพความร้อน -

การทำงานของเครื่องจักรหลายประเภทมีลักษณะตัวบ่งชี้ที่สำคัญเช่นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน วิศวกรทุกปีมุ่งมั่นที่จะสร้างเทคนิคขั้นสูงขึ้นซึ่งในราคาที่ต่ำกว่าเชื้อเพลิงจะให้ผลสูงสุดจากการใช้งาน

อุปกรณ์ของเครื่องยนต์ความร้อน

ก่อนที่คุณจะเข้าใจว่าประสิทธิภาพคืออะไร(สัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพ) จำเป็นต้องเข้าใจกลไกนี้ทำงานอย่างไร หากปราศจากความรู้เกี่ยวกับหลักการทำงานของมันก็เป็นไปไม่ได้ที่จะชี้แจงสาระสำคัญของตัวบ่งชี้นี้ เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานผ่านการใช้พลังงานภายใน เครื่องทำน้ำร้อนที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลใช้การขยายตัวทางความร้อนของสารเนื่องจากอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น ในเครื่องยนต์แบบ solid state นั้นเป็นไปได้ไม่ใช่แค่การเปลี่ยนปริมาตรของสสารเท่านั้น แต่ยังเป็นรูปร่างของร่างกายด้วย การกระทำของเครื่องยนต์ดังกล่าวอยู่ภายใต้กฎหมายของอุณหพลศาสตร์

หลักการทำงาน

เพื่อให้เข้าใจถึงความร้อนเครื่องยนต์คุณต้องพิจารณาพื้นฐานของการออกแบบ จำเป็นต้องใช้ร่างกายสองตัวสำหรับการทำงานของอุปกรณ์: ร้อน (เครื่องทำความร้อน) และเย็น (ตู้เย็นเย็น) หลักการของการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน (ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน) ขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องยนต์ คอนเดนเซอร์มักจะเป็นคอนเดนเซอร์ของไอน้ำและเครื่องทำความร้อนเป็นชนิดของการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเตาเผาใด ๆ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนเหมาะจะได้รับตามสูตรต่อไปนี้:

ประสิทธิภาพ = (ทำความร้อน - เย็น) / เครื่องทำความร้อน x 100%

ในเวลาเดียวกันประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่แท้จริงไม่เป็นไรอาจเกินค่าที่ได้รับตามสูตรนี้ ตัวเลขนี้จะไม่เกินค่าที่กล่าวมาข้างต้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพส่วนใหญ่มักจะเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและลดอุณหภูมิของตู้เย็น ทั้งสองขั้นตอนเหล่านี้จะถูก จำกัด โดยสภาพการใช้งานจริงของอุปกรณ์

ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน (สูตร)

เมื่อมอเตอร์ความร้อนกำลังทำงานการทำงานจะดำเนินการเป็นก๊าซที่เริ่มสูญเสียพลังงานและถูกระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิที่กำหนด โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิสูงกว่าองศาเซลเซียสหลายองศา นี่คืออุณหภูมิของตู้เย็น อุปกรณ์พิเศษนี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับระบายความร้อนด้วยการควบแน่นไอน้ำไอเสียที่ตามมา อุณหภูมิของตู้เย็นอาจต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง

ในเครื่องยนต์ความร้อนร่างกายจะร้อนและการขยายตัวไม่สามารถให้พลังงานภายในทั้งหมดเพื่อให้บรรลุผลงานได้ บางส่วนของความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังตู้เย็นพร้อมกับไอเสียหรือไอน้ำ ส่วนนี้ของพลังงานภายในความร้อนจะสูญหายอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ร่างกายทำงานเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงได้รับจากเครื่องทำความร้อนจำนวนหนึ่งของความร้อน Q₁. ในขณะเดียวกันก็ยังคงทำงาน A ในระหว่างที่มันถ่ายโอนพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปยังตู้เย็น: Q₂<Q₁.

ประสิทธิภาพบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในรูปทรงของการแปลงพลังงานและการส่งผ่าน ตัวบ่งชี้นี้มักจะวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ สูตรประสิทธิภาพ:

η * A / Qx100%, Q - พลังงานที่ใช้, A - งานที่มีประโยชน์

การดำเนินการตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานเราสามารถสรุปได้ว่าประสิทธิภาพจะน้อยกว่าความสามัคคี กล่าวอีกนัยหนึ่งงานที่เป็นประโยชน์จะไม่มากกว่าพลังงานที่ใช้ไป

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คืออัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่อพลังงานที่รายงานโดยเครื่องทำความร้อน สามารถแสดงในรูปแบบของสูตรต่อไปนี้:

η = (Q₁-Q₂) / Q₁ที่ Q₁ - ความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนและ Q₂ - ให้กับตู้เย็น

การทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน

งานที่ทำโดยเครื่องยนต์ความร้อนคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:

A = | Q_H| | - | Q_X| ที่ A เป็นงาน Q_H - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน, Q_X - ปริมาณความร้อนที่ให้กับเครื่องทำความเย็น

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน (สูตร):

| Q_H| | - | Q_X|) / | Q_H| | = 1 - | Q_X| / | Q_H| |

มันเท่ากับอัตราส่วนของงานที่ทำโดยเครื่องยนต์กับปริมาณความร้อนที่ได้รับ ส่วนหนึ่งของพลังงานความร้อนในการส่งนี้จะหายไป

เครื่องยนต์ Carnot

มีประสิทธิภาพสูงสุดในเครื่องยนต์ความร้อนอุปกรณ์ Carnot ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าในระบบนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน (Tn) และตัวระบายความร้อน (Tx) เท่านั้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานในวงจร Carnot คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

กฎของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถคำนวณได้ประสิทธิภาพสูงสุดซึ่งเป็นไปได้ เป็นครั้งแรกตัวเลขนี้ถูกคำนวณโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสและวิศวกร Sadi Carnot เขามากับเครื่องยนต์ความร้อนที่ใช้แก๊สในอุดมคติ มันทำงานบนวงจรของ 2 isotherms และ adiabats 2 หลักการของการดำเนินงานค่อนข้างง่าย: การติดต่อกับเครื่องทำความร้อนทำด้วยการสัมผัสกับฮีทเตอร์เพื่อให้สื่อการทำงานขยายตัวขึ้นอย่างสม่ำเสมอ ในการทำเช่นนั้นมันทำงานและได้รับความร้อนจำนวนหนึ่ง หลังจากที่เรือถูกหุ้มด้วยฉนวน อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ก๊าซยังคงขยายตัวต่อไป แต่ยังคงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว (โดยไม่ต้องแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม) ขณะนี้อุณหภูมิของเขาลดลงไปที่ตู้เย็น เมื่อถึงจุดนี้ก๊าซจะติดต่อคอนเดนเซอร์ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนที่แน่นอนภายใต้การบีบอัดแบบมีมิติเท่ากัน แล้วเรือจะฉนวนอีกครั้ง ก๊าซถูกบีบอัดแบบ adiabatically ไปยังปริมาตรและสถานะเดิม

สายพันธุ์

ปัจจุบันมีเครื่องยนต์ความร้อนหลายประเภทที่ทำงานบนหลักการที่ต่างกันและใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน พวกเขาทั้งหมดมีประสิทธิภาพของตนเอง ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

•เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ลูกสูบ)ซึ่งเป็นกลไกที่ส่วนหนึ่งของพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงเผาไหม้เข้าสู่พลังงานกล อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเป็นก๊าซและของเหลว แยกแยะระหว่างเครื่องยนต์ 2- และ 4 จังหวะ พวกเขาสามารถมีรอบหน้าที่อย่างต่อเนื่อง โดยวิธีการเตรียมส่วนผสมของเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นคาร์บูเรเตอร์ (ที่มีการสร้างส่วนผสมภายนอก) และดีเซล (มีภายใน) ตามประเภทของตัวแปลงพลังงานพวกเขาจะแบ่งออกเป็นลูกสูบปฏิกิริยากังหันรวม ประสิทธิภาพของเครื่องจักรดังกล่าวไม่เกิน 0.5

•เครื่องยนต์สเตอร์ลิงคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการทำงานร่างกายอยู่ในพื้นที่ปิด เป็นเครื่องยนต์เผาไหม้ภายนอกชนิดหนึ่ง หลักการของการดำเนินการนี้ขึ้นอยู่กับการทำความเย็น / ความร้อนเป็นระยะ ๆ ของร่างกายด้วยการผลิตพลังงานเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณ นี่เป็นหนึ่งในเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด

•เครื่องยนต์กังหัน (หมุน) ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายนอก การติดตั้งดังกล่าวมักพบในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

•กังหัน (หมุน) ICE ใช้ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในโหมดจุดสูงสุด ไม่เป็นเหมือนคนอื่น

•เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยกังหันเนื่องจากสกรูสร้างขึ้นบางส่วนของแรงขับ ส่วนที่เหลือที่เขาได้รับเนื่องจากก๊าซไอเสีย การออกแบบของมันคือเครื่องยนต์หมุน (กังหันแก๊ส) บนเพลาซึ่งติดตั้งสกรูลม

เครื่องทำความร้อนประเภทอื่น ๆ

•เครื่องยนต์ขีปนาวุธเทอร์โบเจ็ทและเจ็ทซึ่งได้รับการลากผ่านการกลับมาของไอเสีย

•เครื่องยนต์ Solid state ใช้ของแข็งเป็นเชื้อเพลิง เมื่อทำงานไม่ได้ปริมาณการเปลี่ยนแปลง แต่รูปร่างของมัน เมื่อใช้อุปกรณ์ให้ใช้อุณหภูมิที่น้อยมาก

วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพ

สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนได้หรือไม่? คำตอบต้องค้นหาในอุณหพลศาสตร์ เธอศึกษาการเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันของพลังงานประเภทต่างๆ เป็นที่ยอมรับว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะแปลงพลังงานความร้อนที่มีอยู่ทั้งหมดเป็นไฟฟ้าเครื่องกล ฯลฯ ในขณะเดียวกันการเปลี่ยนแปลงของพวกเขาเป็นพลังงานความร้อนจะเกิดขึ้นโดยไม่มีข้อ จำกัด ใด ๆ นี้เป็นไปได้เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าลักษณะของพลังงานความร้อนจะขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหววุ่นวาย (วุ่นวาย) ของอนุภาค

ยิ่งร่างกายร้อนขึ้นเร็วเท่าไรย้ายโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบ การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะยิ่งแปรปรวนยิ่งขึ้น พร้อมกับเรื่องนี้ทุกคนรู้ว่าคำสั่งนั้นสามารถเปลี่ยนเป็นความสับสนวุ่นวายซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะสั่งซื้อ

</ p>