Die Effizienz der Verbrennungsmotoren. Die Effizienz einer Wärmekraftmaschine – Formula

Moderne Realitäten erfordern Wärmemotoren breiten Betrieb. Zahlreiche Versuche, sie mit Elektromotoren zu ersetzen Fehler beim laufen. Die Probleme im Zusammenhang mit der Anhäufung von Macht in autonomen Systemen werden mit großen Schwierigkeiten gelöst.

Noch relevante Probleme der Fertigungstechnik Leistungsbatterie auf ihrer langfristigen Nutzung basieren. Geschwindigkeitseigenschaften von Elektrofahrzeugen sind weit von denen in Autos, Verbrennungsmotoren.

Die ersten Schritte bei der Schaffung von Hybridmotoren können erheblich die schädlichen Emissionen in Ballungsräumen reduzieren, die Lösung von Umweltproblemen.

Ein wenig Geschichte

Die Möglichkeit der Umwandlung von Energie von Dampf in kinetische Energie ist seit der Antike bekannt. 130 BC: Tutor Geron Aleksandriysky präsentiert dem Publikum Dampf Spielzeug – eolipil. Sphere mit Dampf gefüllt, kam in Rotation unter dem Einfluss von ihren Strahlen ausgehen. Dieser Prototyp der modernen Dampfturbine zum Zeitpunkt der Anwendung nicht gefunden wird.

Seit vielen Jahren und Jahrhundert Philosophen Entwicklung war es nur ein Spaß Spielzeug betrachtet. Im Jahre 1629 schuf der italienische D. Branca eine proaktive Turbine. Paare stellen Sie die Scheibe, die mit Schaufeln in Bewegung.

Von diesem Augenblick an begann die rasante Entwicklung der Dampfmaschinen.

Wärmekraftmaschine

Die Transformation der die inneren Energie des Kraftstoffs in die Energie der Bewegung von Maschinenteilen und in Mechanismen , Wärmemotoren.

Hauptbestandteile von Maschinen: eine Heizung (System Energie von außen empfängt), der Arbeitskörper (führt eine vorteilhafte Wirkung), Kühlschrank.

Die Heizung ist für das Arbeitsfluid genügend Vorrat der inneren Energie für nützliche Arbeit zu akkumulieren. Kühlschrank nimmt überschüssige Energie.

Das Hauptmerkmal der Effizienz ist die Effizienz der Wärmemaschinen genannt. Diese Menge zeigt, welche einen Teil der Energie beim Erhitzen der nützliche Arbeit zu verrichten verbrachte aufgewandt. Je höher die Effizienz, die vorteilhafte Arbeitsweise der Maschine, aber dieser Wert kann nicht 100% überschreitet.

Die Berechnung der Effizienz

Lassen Heizelement extern erworbene Energie gleich Q _1. Werkzeuge Körperarbeit A begangen, während die Energie gegeben Kühlschrank war Q _2.

Basierend auf der Bestimmung, berechnen wir den Effizienzwert:

η = A / Q _1. Wir gehen davon aus, dass A = Q ₁ – Q _2.

Daher ist die Effizienz der Wärmekraftmaschine, die Formel , welche durch η = (Q ₁ – Q ₂₎ gegeben wird / Q ₁ = 1 – Q ₂ / Q _1, erlaubt es, die folgenden Schlussfolgerungen:

• Effizienz kann nicht größer als 1 (oder 100%);
• diese Menge zu maximieren, entweder in der Energie, erhalten aus einer Heizung oder eine Abnahme der Energie gegeben Kühlschrank erhöhen muss;
• Erhöht die Heizleistung eine Änderung der Kraftstoffqualität erreichen;
• reduziert Energie, verleiht den Kühlschrank, damit die Design-Merkmale der Motoren zu erreichen.

Ein idealer Wärmekraftmaschine

Ist die Schaffung eines solchen Motors möglich, die Effizienz von denen das Maximum (im Ideal – gleich 100%) sein würde? Hier finden Sie die Antwort auf diese Frage versucht, Französisch Physiker und ein talentierter Ingenieur Sadi Carnot. Im Jahr 1824 seine theoretischen Berechnungen über die Vorgänge in den Gas auftretenden wurden freigelassen.

Die Grundidee in der idealen Maschine verkörpert kann Verhalten reversible Prozesse mit idealem Gas betrachtet werden. Beginnend mit Expansion des Gas isotherm bei der Temperatur T _1. Die Wärmemenge , für diesen Zweck erforderlich ist , – Q _1. Nach Gas ohne Wärme expandierende (ein adiabatischer Prozess). Nach dem Erreichen der Temperatur T ₂ wird das Gas isotherm Q ₂ durch Hindurchleiten der Kühlenergie _komprimiert. Gasrückführung in den ursprünglichen Zustand adiabatisch durchgeführt.

Der Wirkungsgrad einer idealen Carnot Wärmekraftmaschine mit der genauen Berechnung ist das Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz zwischen der Heiz- und Kühleinrichtung auf eine Temperatur, die ein Heizelement aufweist. Es sieht wie folgt aus : η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

Mögliche thermische Wirkungsgrad der Maschine, die Formel hat die Form: η = 1 – T ₂ / T _1, hängt nur von dem Wert der Heizung und kühlere Temperaturen und kann nicht größer sein als 100%.

Darüber hinaus ermöglicht diese Beziehung eine zu beweisen , dass die Effizienz der Verbrennungsmotoren nur gleich eins sein kann , wenn der Kühlschrank absoluten Nulltemperatur. Wie bekannt ist, ist dieser Wert nicht erreichbar.

Theoretische Berechnungen Carnot erlauben, die maximale Effizienz einer Wärmekraftmaschine beliebigen Bauart zu bestimmen.

Bewährte Carnot-Wirkungsgrad ist wie folgt. Willkürliche Wärmekraftmaschine unter keinen Umständen der Lage, die Effizienz höher sind als die gleichen Werte eines idealen Wärme Wirkungsgrad des Motors zu haben.

Ein Beispiel für eine Problemlösung

Beispiel 1. Welche Effizienz eines idealen Wärmekraftmaschine, wenn die Heizungstemperatur 800 ° C und ^die Temperatur des Kühlschranks 500 ^C ist unten?

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

Lösung:

Per Definition: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

Wir waren Temperatur des Kühlschranks nicht gegeben, aber T = (T ₁ – T _2), also:

η = & Delta; T / T ₁ = 500 K / 1073 K = 0,46.

Antwort: Wirkungsgrad = 46%.

Beispiel 2. Bestimmen Sie die Effizienz eines idealen Wärmekraftmaschine, wenn aufgrund der Energie erworben eine Kilojoule Heizung nützlicher Arbeit 650 J. durchgeführt Was die Temperatur der Heizung der Wärmekraftmaschine ist , wenn die Kühlmitteltemperatur -. 400 K?

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

Lösung:

In dieser Aufgabe ist es eine Wärmeanlage, die Effizienz, die durch die Formel berechnet werden kann:

η = A / Q _1.

die Temperatur des Heizers unter Verwendung der Formel Wirkungsgrad eines idealen Wärmekraftmaschine zu bestimmen:

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

Durchführen von mathematischen Transformationen, erhalten wir:

T ₁ = T ₂ / (1 – η).

T ₁ = T ₂ / (1 – a / Q _1).

Wir berechnen:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Antwort: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

tatsächliche Bedingungen

Ein idealer Wärmekraftmaschine mit den idealen Prozessen konzipiert. Die Arbeit wird nur durchgeführt, in isothermen Verfahren wird es als der Bereich, der durch die grafische Darstellung des Carnot-Zyklus begrenzt definiert.

In der Tat, die Bedingungen für den Durchfluss von Gaszustandsänderungen im Prozess zu schaffen, ohne Veränderungen in der Temperatur begleiten können nicht sein. Keine solche Materialien, die den Wärmeaustausch mit den umgebenden Gegenständen ausschließen würde. Adiabatischer Prozess wird unmöglich durchzuführen. Im Fall der Gastemperatur-Wärmetauscher muss unbedingt geändert werden.

Die Effizienz der thermischen Maschinen in realen Bedingungen geschaffen unterscheiden sich signifikant von der idealen Wirkungsgrad von Motoren. Beachten Sie, dass der Fluss von Prozessen in Echtmotoren, dass die Variation der internen Wärmeenergie so schnell geschieht Substanz in dem Verfahren des Volumens des Änderns des Arbeits kann nicht durch den Einfluß einer Wärmemenge von einer Heizung und einem Kühlerrücklauf ausgeglichen werden.

Andere Wärmemaschinen

Real-Motoren arbeiten mit unterschiedlichen Zyklen:

• Otto-Zyklus mit konstantem Volumen Prozess adiabatischer Änderung, um eine geschlossene Schleife zu schaffen;
• Diesel-Zyklus isobar, adiabatische, isochore, adiabatische;
• eine Gasturbine: Verfahren bei konstantem Druck stattfindet, schließt adiabatische ersetzt die Schleife.

Neues Gleichgewicht Prozesse in Echt Motoren (bringen sie zum idealen näher) in der modernen Technik nicht möglich ist. Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen deutlich geringer ist, auch mit den gleichen Temperaturbedingungen wie in der idealen Heizstufe.

Aber es ist nicht notwendig , die Rolle Berechnungsformel Effizienz zu reduzieren des Carnot – Zyklus, wie es ist, wird es einen Bezugspunkt in dem Verfahren die Effizienz der realen Motoren zu verbessern.

Möglichkeiten, die Effizienz zu ändern

Durch den Vergleich von Soll- und Ist-Verbrennungsmotoren, sollte es, dass die letzte Temperatur des Kühlschranks zu beachten, nicht willkürlich sein kann. Normalerweise glauben Kühlschrank die Atmosphäre. Zu ergreifen, um die Temperatur der Atmosphäre kann nur ungefähre Berechnungen. Die Erfahrung zeigt, dass die Kühlmitteltemperatur wird das Abgas in Motoren, wie sie in Verbrennungsmotoren (abgekürzt als DVS) passieren.

DIC – die am häufigsten in unserer Welt der Wärmekraftmaschine. Effizienz Wärmekraftmaschine in diesem Fall hängt von der Temperatur durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugt. Der wesentliche Unterschied von DIC Dampfmaschinen werden die Fusions Erhitzer Funktionen und die Betätigungsvorrichtungskörper in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch. Brennmischung erzeugt Druck auf die beweglichen Teile des Motors.

das Arbeitsgas Temperaturerhöhung erreicht wird, deutlich die Eigenschaften des Kraftstoffs zu verändern. Leider ist es unmöglich, ohne Begrenzung zu tun. Jedes Material, der Konstruktion des Motorbrennraum hat seinen Schmelzpunkt. Die thermische Beständigkeit solcher Materialien – die Grundkennlinie des Motors sowie zu erheblich die Effizienz beeinflussen.

Werte Motoreffizienz

Wenn wir die betrachten Dampfturbine, die Temperatur des Arbeitsdampfeinlass , der auf 800 K gleich ist, und das Abgas – 300 K, ist die Effizienz der Maschine , auf 62% gleich. In Wirklichkeit aber ist dieser Wert nicht überschreiten 40%. Diese Verringerung tritt auf, um den Wärmeverlust während des Erwärmens Turbinengehäuse zurückzuführen.

Der höchste Wert des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren nicht übersteigt 44%. Eine Erhöhung dieses Wertes – die Frage der nahen Zukunft. Ändern der Eigenschaften von Materialien, Kraftstoff – das ist ein Problem, über das die besten Köpfe der Menschheit beschäftigt.