Thermal efficiency. Kubudirira kwejini inopisa - fomu

Zvinhu zvemazuva ano zvinotora zvakanyanya kushandiswa kwezvinotyisa zvinjini. Kuedza kwakasiyana-siyana kwekutsvaga ivo nemotokari dzemagetsi kwave kuchikundikana kusvika ikozvino. Zvinetso zvinosangana nekuunganidza magetsi mumagadzirirwo ezvigadziro, zvinogadziriswa nekutambudzika kukuru.

Zvinetso zvekombiki yekugadzira magetsi emagetsi emagetsi zvinoramba zvichikosha, zvichifunga nezvekushandisa kwavo kwenguva refu. Izvo zvinomhanya zvinokonzerwa nemotokari dzemagetsi zviri kure neyemotokari dziri mukati memoto inopisa.

Nhanho dzokutanga dzekugadzira injini dzehuwandu dzinogona kuderedza zvakanyanya kubudisa zvinokuvadza mumhepo, kugadzirisa zvinetso zvepakatikati.

A bit of history

Mikana yekushandura simba remhepo mumhepo yekufamba yakazivikanwa munguva yekare. 130 BC: Nyanzvi yeHeroni yeAlexandriya yakapa chekuyamisa - iyolipil - kune vateereri. Iyo nharaunda, yakazadzwa nemhepo, yakavhururuka pasi pekuita kwejetsiti inobva mairi. Ichi chiratidziro chemazuva ano emhepo matsva mumazuva iwayo haana kuwana shanduro.

Makore emakore uye mazana emakore ekufambiswa kwefilosofi vaifungidzirwa sechitamba chinonakidza. Muna 1629 muItaly D. Branci yakagadzira turbine inoshanda. Steam inotungamira diski yakagadzirirwa mashizha.

Kubva panguva ino, kukurumidza kukurumidza kwemajini inotanga.

Thermal machine

Kuchinja kwemukati kwemafuta emafuta mune simba rekufamba kwezvikamu zvemichina nemichina zvinoshandiswa mumashini anopisa.

Nhengo huru dzemakina iyi inotyisa (chirongwa chekuwana simba kubva kunze), muviri unoshanda (unobatsira zvinobatsira), firiji.

Iyo moto inogadzirirwa kubvumira muviri unoshanda kuti uwane huwandu hune simba hwemukati kuti uite basa rinobatsira. Firiji inotora simba rakawandisa.

Icho chinonyanya kukosha chekugadzirisa ndiko kukwanisa kwemafuta emhepo. Iko kukosha kunoratidza kuti yakawanda sei simba rinoshandiswa pakupisa rinoshandiswa pakuita basa rinobatsira. Izvo zvakakwirira kubudirira, zviri nani kushanda kwemushini, asi kukosha uku hakugoni kudarika 100%.

Kuverenga kwehutano

Rega chimoto chiwane kubva kune kunze kwemasimba akaenzana neQ _{1 .} Bhuku rinoshanda rakashanda A, asi simba rakapiwa firiji raiva Q _{2 .}

Kubva pane tsanangudzo, kuverenga kukosha kwehutano hwakanaka:

A = A / Q ₁ . Tinocherechedza kuti A = Q ₁ - Q _2.

Nokudaro, kubudirira kwe injini inopisa, iyo yakagadzirwa neyo fomu η = (Q ₁ - Q ₂ ) / Q ₁ = 1-Q ₂ / Q _1, inotibvumira kutevera zvinotevera:

• Kubudirira hakugone kupfuura 1 (kana 100%);
• Kuti kuwedzere kukosha kweiyi, kana kuwedzerwa kwemagetsi anowanikwa kubva mumhepo inopisa kana kuderedza simba rinopiwa kune firiji rinodikanwa;
• Kuwedzera simba remhepo inopisa kuti zvive nekuchinja kwehutano hwehuni;
• Kuderedza simba rakapiwa firiji, kubvumira kugadzirisa zvirongwa zvejini.

Iyo yakakodzera injini inopisa

Zvinokwanisika here kuumba injini yakadaro, iyo inobatsira iyo inenge iine huwandu (zvakakodzera - yakaenzana ne100%)? Mumwe muFrench physist theoretical and talent engineer Sadi Carnot akaedza kuwana mhinduro kumubvunzo uyu. Muna 1824, nhoroondo dzake dzezviitiko dziri kuitwa mumagesi dzakaitwa pachena.

Pfungwa huru yakabatanidzwa mumushini wakanakisisa inogona kufungwa semagadzirirwo akadzokidzwa nemhepo yakakodzera. Tinotanga negasi kuwedzera zvakasvibirira pane kutonhora T ₁ . Chiyero chekupisa kunodiwa kweiyi ndechekutanga _1. Pashure Gesi pasina kupikisa kushandiswa kunowedzera (adiabatic process). Zvasvika pakushambidzika T ₂ , iyo gasi inowanzoomeswa, ichiendesa simba Q ₂ kune firiji. Kudzoka kwegesi kune hutwo hwepakutanga kunoitwa adiabatically.

Kubudirira kweyakanaka yeCarnot injini inopisa yakaenzana yekuverenga yakaenzana yakaenzana nechiyero chekusiyana kwekushisa pakati pezvinhu zvinotonhora uye zvinotonhorera kumhepo inotonhora iyo inopisa. Inoratidzika seyiyi: η = (T ₁ - T ₂ ) / T _1.

Izvo zvinoita zvinobudirira zvemhepo inopisa, iyo yakarongwa iyo ine fomu: η = 1 - T ₂ / T ₁ , inongotarirwa chete pamasikirwo emhepo inotonhora uye inotonhorera uye haigoni kuva inopfuura 100%.

Uyezve, ukama uhwu hunotibvumira kuti tiratidze kuti kubudirira kwemishonga inopisa kunogona kuenzana nekubatana chete apo firiji inosvika pakuzara kwese kutonhora. Sezvaunoziva, kukosha uku hakugoneki.

Nhamba dzokuverenga dzeCarnot dzinotibvumira kuti tione kushanda kwakakwana kwemhepo inopisa yemhando ipi zvayo.

Theorem inoratidzwa neCarnot inotevera. Izvo zvinoshandiswa zvinoshandiswa mumhepo pasi pemamiriro ose ezvinhu hazvikwanise kuva nehupamhi hukuru kune iyo yekanjini inopisa inopisa.

Muenzaniso wekugadzirisa matambudziko

Muenzaniso 1. Ndeipi inobudirira yeyakanaka yemhepo inopisa, kana kutonhora kwemhepo inopisa 800 ^о С, uye kutonhora kwefriji kune 500 ^о С lower?

T ₁ = 800 ^о С = 1073 К, ΔT = 500 ^о С = 500 К, η -?

Solution:

Nenzira: = = (T ₁ - T ₂ ) / T _1.

Hatinopiwa kutonhora kwefriji, asi ΔT = (T ₁ - T ₂ ), saka:

Η = ΔT / T ₁ = 500 K / 1073 K = 0.46.

Mhinduro: Kubudirira = 46%.

Muenzaniso 2. Tsanangura kushanda kweiyo yakagadzirwa nemhepo inopisa kana ichitsvaga iyo yakatengwa kilojoule yemhepo inopisa, basa rinobatsira ra 650 J rinogadzirwa. Chii chiri kutonhora kwemhepo inopisa kana injini inotonhora iri 400 K?

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

Solution:

Mune dambudziko iri isu tiri kutaura pamusoro pekuisa kwemafuro, hutano hwahwo hunogona kuverengerwa kubva pamutemo:

A = A / Q _1.

Kuti tione kutonhora kwemhepo inotonhora, tinoshandisa chimiro chekushanda kwemhepo yakanakira inopisa:

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

Kuita mathematical shanduko, tinowana:

T ₁ = T ₂ / (1 - η).

T ₁ = T ₂ / (1-A / Q ₁ ).

Tinoverenga:

Η = 650 J / 1000 J = 0.65.

T ₁ = 400 K / (1 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

Mhinduro ndeyokuti: η = 65%, T ₁ = 1142.8 K.

Mamiriro ezvinhu chaiwo

Iyo yakakodzera injini inopisa yakagadzirirwa kutarisa nzira dzakanaka. Basa racho rinongogadziriswa chete mumitambo inoshandiswa, hukuru hwayo hunotsanangurwa senzvimbo yakagadzirirwa nerafu yeCarnot cycle.

Zvechokwadi, hazvibviri kuumba mamiriro ekugadzirisa kushandiswa kwenyika yegasi usingatauri nekushanduka kwekuchinja. Izvo hazvina zvinhu zvinogona kutarisa kushandiswa kwekupisa kune zvinhu zvakapoteredza. Adiabatic nzira haigoni. Mumamiriro ekushandisa kwekupisa, kutonhora kwegesi kunofanirwa kuchinja.

Kubudirira kwemishonga inopisa yakagadzirwa mumamiriro ezvinhu chaiwo zvakasiyana chaizvo nekubudirira kwezvinjini dzakanaka. Tinocherechedza kuti kuitika kwemajini chaiyo kwakakurumidza zvokuti kushandiswa kwemukati kwezvinopisa simba remaitiro anoshandiswa panguva yekuchinja kwehuwandu hwayo hakugoni kubhadharwa nehuwandu hwekupisa kubva mumhepo inopisa uye kudzokera kune firiji.

Zvimwe zvinotyisa zvinjini

Majini chaiwo anoshanda kune mamwe maitiro:

• Otto mhirizhonga: iyo nzira yehuwandu husina kuchinjwa inopesana neadiabatically, ichiita chivharo chakavharwa;
• Diesel cycle: isobar, adiabat, isochor, adiabat;
• Gorosi yegasi: chirongwa chinowanzoitika pazvinoramba chichinetswa, chinotsiviwa ne-adiabatic process, inovhara purogiramu.

Kugadzira kuenzanirana kwenzira mune injini chaiyo (kuitira kuti vaenzane navo kune zvakakosha) mumamiriro ezvinhu emazuva ano zvigadzirwa hazvibviri. Kubudirira kwemhepo inopisa kunonyanya kuderera, kunyange kufunga nezvekushanda kwakafanana nemamiriro ekushongedzwa kwakanaka.

Asi usapedza basa rekugadzirisa mafungiro ekubudirira kweCarnot cycle, sezvo inenge iyo inotaridzirwa mukushanda kwekushanda pakuwedzera kukwanisa kwemajini chaiwo.

Nzira dzekuchinja kushanda zvakanaka

Kuita kuenzanisira kweyakanaka uye chaiyo injini dzinopisa, zvinokosha kuziva kuti kutonhora kwefiriji hakugone kuva chero. Kazhinji firiji inonzi inzvimbo. Icho kutonhora kwemhepo inogona kugamuchirwa chete muhuwandu hwekuverenga. Zvakaitika zvinoratidza kuti kutonhora kwemhepo inotonhora kwakaenzana nekushisa kwemagetsi ekudzima mukati mejini, sezvinoitika mukati memoto inotsvaira (abbreviated to ICE).

ICE ndiyo inonyanya kushandiswa mumashini munyika yedu. Kubudirira kwejini inopisa munyaya iyi kunobva pane kutonhora kunoitwa nehuni dzinotyisa. Misiyano yakakura pakati peIIC uye steam injini ndeye kuunganidzwa kwemabasa emhepo inopisa uye muviri unoshanda wechigadzirwa mumhepo inoputika mafuta. Kupisa, kusanganiswa kunobatanidza kudzvinyirira pane zvikamu zvinofamba zvejini.

Kuwedzerwa mukati mekushisa kwegasi kushanda kunowanikwa, zvikuru kuchinje zvinhu zvehuni. Zvinosuruvarisa, hazvibviri kuita izvi pasina kukwana. Chero chinhu chipi nechipi chinobva mukamuri inopisa yejini inogadzirwa. Kupisa kupisa kwezvinhu zvakadaro ndizvo zvakakosha zvejini, pamwe nekukwanisa kuchinja zvakanyanya kushanda.

Maitiro ejini inoshanda

Kana tikatarisa simbi inopisa nemhepo inoshanda inotonhorera yeK 800 K uye gasi rinopedza 300 K, kukwanisa kwemushini iyi 62%. Muzvokwadi, kukosha uku hakuna kudarika 40%. Kuderedzwa kwakadaro kunowanzoitika nekuda kwekurasikirwa kwemafuta kana turbine yeimba inopisa.

Kukosha kwepamusoro kwehutano hwemoto inopisa motokari haupfuuri 44%. Kuwedzera uku kukosha ndeye nyaya yeramangwana rinotevera. Kuchinja zvinhu zvezvinhu, mafuta ndeye dambudziko pamusoro pekuti pfungwa dzakanaka dzevanhu dzinoshanda.