იდეალური სითბოს ძრავა, რომელიც მუშაობს კარნოტის ციკლზე. სითბოს ძრავა

სითბოს ძრავა- ძრავა, რომელშიც საწვავის შიდა ენერგია, რომელიც იწვის, გარდაიქმნება მექანიკურ სამუშაოდ.

ნებისმიერი სითბოს ძრავა შედგება სამი ძირითადი ნაწილისგან: გამათბობელი, სამუშაო სითხე(გაზი, სითხე და ა.შ.) და მაცივარი... ძრავის მოქმედება ემყარება ციკლურ პროცესს (ეს ის პროცესია, რის შედეგადაც სისტემა უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას).

კარნოტის ციკლი

სითბოს ძრავებში ისინი ცდილობენ მიაღწიონ თერმული ენერგიის მექანიკურ ენერგიად ყველაზე სრულყოფილ გარდაქმნას. მაქსიმალური ეფექტურობა.

ფიგურა გვიჩვენებს ბენზინის კარბურატორის ძრავსა და დიზელზე მომუშავე ციკლებს. ორივე შემთხვევაში, სამუშაო სითხე არის ბენზინის ან დიზელის ორთქლის ნარევი ჰაერთან. კარბუტერირებული შიდა წვის ძრავის ციკლი შედგება ორი იზოქორისგან (1–2, 3–4) და ორი ადიაბატისაგან (2–3, 4–1). დიზელის შიდა წვის ძრავა მუშაობს ციკლში, რომელიც შედგება ორი ადიაბატისგან (1-2, 3-4), ერთი იზობარიდან (2-3) და ერთი იზოქორიდან (4-1). კარბურატორის ძრავის რეალური ეფექტურობაა დაახლოებით 30%, ხოლო დიზელის ძრავა დაახლოებით 40%.

ფრანგმა ფიზიკოსმა ს. კარნომ შეიმუშავა იდეალური სითბოს ძრავის მუშაობა. კარნოტის ძრავის სამუშაო ნაწილი შეიძლება წარმოვიდგინოთ როგორც დგუში გაზით სავსე ბალონში. ვინაიდან კარნოტის ძრავა არის მანქანა არის წმინდა თეორიული, ანუ იდეალური, დგუშსა და ცილინდრს შორის ხახუნის ძალები და სითბოს დანაკარგები ნულის ტოლია. მექანიკური მუშაობა მაქსიმალურია, თუ სამუშაო სითხე ასრულებს ციკლს, რომელიც შედგება ორი იზოთერმისა და ორი ადიაბატისგან. ამ ციკლს ქვია კარნოტის ციკლი.

ნაწილი 1-2: გაზი იღებს სითბოს რაოდენობას Q 1 გამაცხელებელიდან და ფართოვდება იზოთერმულად T 1 ტემპერატურაზე

განყოფილება 2-3: გაზი ფართოვდება ადიაბატურად, ტემპერატურა იკლებს მაცივრის ტემპერატურაზე T 2

ნაწილი 3-4: გაზი ეგზოთერმულად არის შეკუმშული, ხოლო მაცივარს აძლევს სითბოს რაოდენობას Q 2

ნაწილი 4-1: გაზი იკუმშება ადიაბატურად, სანამ მისი ტემპერატურა არ მოიმატებს T 1 – მდე.

სამუშაო ორგანოს მიერ შესრულებული სამუშაო არის მიღებული ფიგურის ფართობი 1234.

ასეთი ძრავა მუშაობს შემდეგნაირად:

1. პირველ რიგში, ცილინდრი კონტაქტში შედის ცხელ რეზერვუართან და იდეალური გაზი გაფართოვდება მუდმივ ტემპერატურაზე. ამ ფაზის განმავლობაში, გაზი იღებს გარკვეულ რაოდენობას სითბოს ცხელი რეზერვუარიდან.

2. ცილინდრი გარშემორტყმულია სრულყოფილი თბოიზოლაციით, რომლის დროსაც ინახება გაზის ხელთ არსებული სითბოს რაოდენობა და გაზი განაგრძობს გაფართოებას, სანამ მისი ტემპერატურა არ დაეცემა ცივი სითბოს რეზერვუარის ტემპერატურაზე.

3. მესამე ფაზაში ხდება თბოიზოლაციის ამოღება, ხოლო ცილინდრში არსებული გაზი, ცივ წყალსაცავთან კონტაქტისას, იკუმშება, რაც სითბოს ნაწილს აძლევს ცივ წყალსაცავს.

4. როდესაც შეკუმშვა აღწევს გარკვეულ წერტილს, ცილინდრი კვლავ გარშემორტყმულია თბოიზოლაციით, ხოლო გაზი იკუმშება დგუშის აწევით, სანამ მისი ტემპერატურა უტოლდება ცხელი წყალსაცავის ტემპერატურას. ამის შემდეგ, თერმული იზოლაცია ამოღებულია და ციკლი კვლავ განმეორდება პირველი ეტაპიდან.

6.3. თერმოდინამიკის მეორე კანონი

6.3.1. ეფექტურობა სითბოს ძრავები. კარნოტის ციკლი

თერმოდინამიკის მეორე კანონი წარმოიშვა სითბოს ძრავების (მანქანების) მუშაობის ანალიზის შედეგად. კელვინის ფორმულირებაში ასე გამოიყურება: წრიული პროცესი შეუძლებელია, რომლის ერთადერთი შედეგია გამათბობელიდან მიღებული სითბოს მისი ექვივალენტურ სამუშაოდ გარდაქმნა.

სითბოს ძრავის (სითბოს ძრავის) მუშაობის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 6.3.

ბრინჯი 6.3

სითბოს ძრავის ციკლიშედგება სამი ეტაპისგან:

1) გამათბობელი გადასცემს სითბოს რაოდენობას Q 1 გაზზე;

2) გაზი, გაფართოება, ასრულებს სამუშაოს A;

3) სითბო Q 2 გადადის მაცივარში, რომ დააბრუნოს გაზი პირვანდელ მდგომარეობაში.

თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან ციკლური პროცესისთვის

Q = A,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც მიიღება გაზზე ციკლში, Q = Q 1 - Q2; Q 1 - გამათბობელიდან გაზზე გადაცემული სითბოს რაოდენობა; Q 2 - მაცივარში გაზის მიერ გამოყოფილი სითბოს რაოდენობა.

ამიტომ, იდეალური სითბოს ძრავისთვის, თანასწორობა

Q 1 - Q 2 = A.

როდესაც არ არის ენერგიის დანაკარგები (ხახუნის და გარემოში მისი გაფრქვევის გამო), სითბოს ძრავების მუშაობის დროს, ენერგიის კონსერვაციის კანონი

Q 1 = A + Q 2,

სადაც Q 1 არის გამათბობელიდან გადატანილი სითბო სამუშაო სითხეში (გაზი); ა - გაზით შესრულებული სამუშაო; Q2 არის გაზით გადაცემული სითბო მაცივარში.

ეფექტურობასითბოს ძრავა გამოითვლება ერთ -ერთი ფორმულის გამოყენებით:

η = A Q 1 ⋅ 100%, η = Q 1 - Q 2 Q 1 ⋅ 100%, η = (1 - Q 2 Q 1) 100%,

სადაც A არის გაზით შესრულებული სამუშაო; Q 1 - გამათბობლიდან გადატანილი სითბო სამუშაო სითხეში (გაზი); Q 2 არის სითბო, რომელიც გაზით გადადის მაცივარში.

კარნოს ციკლი ყველაზე ხშირად გამოიყენება სითბოს ძრავებში, რადგან ის ყველაზე ეკონომიურია.

კარნოს ციკლი შედგება ორი იზოთერმისგან და ორი ადიაბატისაგან, რომელიც ნაჩვენებია ნახატზე. 6.4

ბრინჯი 6.4

ნაწილი 1–2 შეესაბამება სამუშაო ნივთიერების (გაზის) კონტაქტს გამათბობელთან. ამ შემთხვევაში, გამათბობელი გადასცემს სითბოს Q 1 გაზს და აირის იზოთერმული გაფართოება ხდება გამათბობლის ტემპერატურაზე T 1. გაზი დადებითად მუშაობს (A 12> 0), მისი შინაგანი ენერგია არ იცვლება (∆U 12 = 0).

ნაწილი 2–3 შეესაბამება აირის ადიაბატურ გაფართოებას. ამ შემთხვევაში, გარე გარემოსთან სითბოს გაცვლა არ ხდება, შესრულებული დადებითი სამუშაო A 23 იწვევს გაზის შიდა ენერგიის შემცირებას: ∆U ​​23 = −A 23, გაზი გაცივდება მაცივრის ტემპერატურაზე T 2

ნაწილი 3-4 შეესაბამება სამუშაო ნივთიერების (გაზის) კონტაქტს მაცივართან. ამ შემთხვევაში, სითბო Q 2 მიეწოდება მაცივარს გაზიდან და აირის იზოთერმული შეკუმშვა ხდება მაცივრის T 2 ტემპერატურაზე. გაზი უარყოფითად მოქმედებს (A 34< 0), его внутренняя энергия не изменяется (∆U 34 = 0).

ნაწილი 4–1 შეესაბამება ადიაბატური აირების შეკუმშვას. ამ შემთხვევაში, გარე გარემოსთან სითბოს გაცვლა არ ხდება, შესრულებული უარყოფითი სამუშაო A 41 იწვევს გაზის შიდა ენერგიის ზრდას: ∆U ​​41 = −A 41, გაზი თბება გამათბობელ ტემპერატურაზე T 1 , ანუ უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას.

კარნო ციკლის მიხედვით მოქმედი სითბოს ძრავის ეფექტურობა გამოითვლება ერთ -ერთი ფორმულის გამოყენებით:

η = T 1 - T 2 T 1 ⋅ 100%, η = (1 - T 2 T 1) 100%,

სადაც T 1 არის გამათბობლის ტემპერატურა; T 2 არის მაცივრის ტემპერატურა.

მაგალითი 9. იდეალური გამათბობელი ძრავა ასრულებს 400 J. მუშაობას ციკლზე.რა რაოდენობის სითბო გადადის ამ შემთხვევაში მაცივარში, თუ აპარატის ეფექტურობა 40%-ია?

გადაწყვეტა. სითბოს ძრავის ეფექტურობა განისაზღვრება ფორმულით

η = A Q 1 ⋅ 100%,

სადაც A არის გაზზე მუშაობა ციკლზე; Q 1 - სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გადადის გამათბობლიდან სამუშაო სითხეში (გაზზე).

სასურველი მნიშვნელობა არის სამუშაო სითხის (გაზის) მაცივარში გადატანილი სითბოს რაოდენობა Q 2, რომელიც არ შედის წერილობით ფორმულაში.

ურთიერთობა სამუშაოს A- სთან, გამათბობელიდან გაზზე გადაცემულ სითბოს Q1 და მოთხოვნილ მნიშვნელობას Q2 დადგენილია იდეალური სითბოს ძრავისთვის ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენებით.

Q 1 = A + Q 2.

განტოლებები ქმნიან სისტემას

η = A Q 1 ⋅ 100%, Q 1 = A + Q 2,)

რომელიც უნდა გადაწყდეს Q2.

ამისათვის ჩვენ გამოვრიცხავთ Q 1 სისტემას, რომელიც გამოხატავს თითოეული განტოლებიდან

Q 1 = A η ⋅ 100%, Q 1 = A + Q 2)

და დაწერილი გამონათქვამების მარჯვენა მხარის თანასწორობა:

A η ⋅ 100% = A + Q 2.

მოთხოვნილი ღირებულება განისაზღვრება თანასწორობით

Q 2 = A η ⋅ 100% - A = A (100% η - 1).

გაანგარიშება იძლევა მნიშვნელობას:

Q 2 = 400 ⋅ (100% 40% - 1) = 600 ჟ.

იდეალური სითბოს ძრავის მაცივარში გაზიდან ციკლში გადაცემული სითბოს რაოდენობა არის 600 J.

მაგალითი 10. გამოთვალეთ ამ იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა.

გამოსავალი. ეფექტურობის გამოსათვლელად, ჩვენ გამოვიყენებთ ფორმულას

η = (1 - Q 2 Q 1) 100%,

სადაც Q 2 - სითბოს რაოდენობა, რომელიც გადადის ციკლში გაზიდან მაცივარში; Q 1 - სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გადადის ციკლში გამაცხელებელიდან სამუშაო სითხეში (გაზზე).

ჩვენ ვქმნით ფორმულას წილადის მრიცხველის და მნიშვნელის გაყოფით t დროზე:

η = (1 - Q 2 / t Q 1 / t) ⋅ 100%,

სადაც Q 2 / t არის სითბოს გადაცემის სიჩქარე გაზიდან მაცივარში (სითბოს ის რაოდენობა, რომელიც გაზით გადადის მაცივარში წამში); Q 1 / t არის გამათბობელიდან სითბოს გადაცემის სიჩქარე სამუშაო სითხეში (სითბოს რაოდენობა, რომელიც გადადის გამათბობელიდან გაზზე წამში).

პრობლემის განცხადებაში, სითბოს გადაცემის სიჩქარე მითითებულია ჯოულებში წუთში; მოდით გადავთარგმნოთ ის ჯოულებში წამში:

• გამათბობლიდან გაზამდე -

Q 1 t = 122 კჯ / წთ = 122 ⋅ 10 3 60 ჯ / წ;

• გაზიდან მაცივრამდე -

Q 2 t = 30.5 კჯ / წთ = 30.5 ⋅ 10 3 60 ჯ / წმ.

მოდით გამოვთვალოთ ამ იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა:

η = (1 - 30.5 ⋅ 10 3 60 ⋅ 60 122 ⋅ 10 3) 100% = 75%.

მაგალითი 11. კარნო ციკლის მიხედვით მომუშავე სითბოს ძრავის ეფექტურობა 25%-ია. რამდენჯერ გაიზრდება ეფექტურობა, თუ გამათბობლის ტემპერატურა მოიმატებს და მაცივრის ტემპერატურა შემცირდება 20%-ით?

გამოსავალი. კარნო ციკლის მიხედვით მოქმედი იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა განისაზღვრება შემდეგი ფორმულებით:

• გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურის შეცვლამდე -

η 1 = (1 - T 2 T 1) 100%,

სადაც T 1 არის გამათბობლის საწყისი ტემპერატურა; T 2 არის მაცივრის საწყისი ტემპერატურა;

• გამათბობლისა და მაცივრის ტემპერატურის შეცვლის შემდეგ -

η 2 = (1 - T ′ 2 T ′ 1) ⋅ 100%,

სადაც T ′ 1 არის გამათბობლის ახალი ტემპერატურა, T ′ 1 = 1.2 T 1; T ′ 2 არის მაცივრის ახალი ტემპერატურა, T ′ 2 = 0.8 T 2.

ეფექტურობის განტოლებები ქმნის სისტემას

η 1 = (1 - T 2 T 1) ⋅ 100%, η 2 = (1 - 0.8 T 2 1.2 T 1) 100%,)

რომელიც უნდა გადაწყდეს η 2.

სისტემის პირველი განტოლებიდან, ღირებულების გათვალისწინებით η 1 = 25%, ჩვენ ვპოულობთ ტემპერატურის თანაფარდობას

T 2 T 1 = 1 - η 1 100% = 1 - 25% 100% = 0.75

და შეცვალეთ მეორე განტოლებაში

η 2 = (1 - 0.8 1.2 ⋅ 0.75) 100% = 50%.

ეფექტურობის სასურველი თანაფარდობა ტოლია:

η 2 η 1 = 50% 25% = 2.0.

შესაბამისად, გამათბობლისა და სითბოს ძრავის მაცივრის ტემპერატურის მითითებული ცვლილება გამოიწვევს ეფექტურობის ზრდას 2 -ჯერ.

თანამედროვე რეალობა გულისხმობს სითბოს ძრავების ფართო გამოყენებას. მათი ელექტროძრავით ჩანაცვლების არაერთი მცდელობა ჯერჯერობით უშედეგოა. ავტონომიურ სისტემებში ელექტროენერგიის დაგროვებასთან დაკავშირებული პრობლემები მოგვარებულია დიდი სირთულეებით.

ელექტროენერგიის აკუმულატორების წარმოების ტექნოლოგიის პრობლემები, მათი გრძელვადიანი გამოყენების გათვალისწინებით, კვლავ აქტუალურია. ელექტრული მანქანების სიჩქარის მახასიათებლები შორს არის შიდა წვის ძრავით მომუშავე მანქანების მახასიათებლებისგან.

ჰიბრიდული ძრავების შექმნის პირველ ნაბიჯებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად შეამცირონ მავნე გამონაბოლქვი მეტროპოლიტენის რაიონებში, გადაჭრას გარემოსდაცვითი პრობლემები.

ცოტა ისტორია

ორთქლის ენერგიის მოძრაობის ენერგიად გადაქცევის შესაძლებლობა ცნობილი იყო ანტიკურ ხანაში. ძვ.წ 130 წ .: ფილოსოფოსმა ჰერონ ალექსანდრიელმა მაყურებელს წარუდგინა ორთქლის სათამაშო - ეოლიპილი. სფერო, სავსე ორთქლით, ბრუნვაში შევიდა მისგან მომდინარე თვითმფრინავების მოქმედებით. თანამედროვე ორთქლის ტურბინების ეს პროტოტიპი იმ დღეებში არ იყო გამოყენებული.

მრავალი წლის და საუკუნის განმავლობაში, ფილოსოფოსის განვითარება მხოლოდ სასაცილო სათამაშოდ ითვლებოდა. 1629 წელს იტალიელმა დ. ბრანჩიმ შექმნა აქტიური ტურბინა. ორთქლმა ამოძრავა დისკი, რომელიც აღჭურვილია პირებით.

იმ მომენტიდან დაიწყო ორთქლის ძრავების სწრაფი განვითარება.

გათბობის მანქანა

საწვავის ტრანსფორმაცია მანქანების ნაწილების და მექანიზმების მოძრაობის ენერგიად გამოიყენება სითბოს ძრავებში.

მანქანების ძირითადი ნაწილები: გამათბობელი (გარედან ენერგიის მოპოვების სისტემა), სამუშაო სითხე (ასრულებს სასარგებლო მოქმედებას), მაცივარი.

გამათბობელი შექმნილია ისე, რომ სამუშაო სითხე აგროვებს შიდა ენერგიის საკმარის მარაგს სასარგებლო სამუშაოსთვის. მაცივარი შლის ზედმეტ ენერგიას.

ეფექტურობის მთავარ მახასიათებელს უწოდებენ სითბოს ძრავების ეფექტურობას. ეს მნიშვნელობა გვიჩვენებს გათბობაზე დახარჯული ენერგიის რა ნაწილს ხარჯავს სასარგებლო სამუშაოს შესრულებაზე. რაც უფრო მაღალია ეფექტურობა, მით უფრო მომგებიანია აპარატის მუშაობა, მაგრამ ეს მნიშვნელობა არ შეიძლება აღემატებოდეს 100%-ს.

ეფექტურობის გაანგარიშება

დაე გამათბობელმა მიიღოს ენერგია გარედან Q1– ის ტოლი. სამუშაო სხეულმა შეასრულა მუშაობა A, ხოლო მაცივრის ენერგია იყო Q2.

განსაზღვრების საფუძველზე, ჩვენ გამოვთვლით ეფექტურობის ღირებულებას:

η = A / Q 1. მოდით გავითვალისწინოთ, რომ A = Q 1 - Q 2.

ამრიგად, სითბოს ძრავის ეფექტურობა, რომლის ფორმულას აქვს ფორმა η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი დასკვნები:

• ეფექტურობა არ შეიძლება აღემატებოდეს 1 (ან 100%);
• ამ მნიშვნელობის მაქსიმალურად გაზრდისთვის აუცილებელია გამათბობელიდან მიღებული ენერგიის ზრდა ან მაცივარზე მიწოდებული ენერგიის შემცირება;
• გამათბობლის ენერგიის გაზრდა მიიღწევა საწვავის ხარისხის შეცვლით;
• მაცივრის ენერგიის შემცირება, საშუალებას გაძლევთ მიაღწიოთ ძრავების დიზაინის მახასიათებლებს.

იდეალური გათბობის ძრავა

შესაძლებელია თუ არა ისეთი ძრავის შექმნა, რომლის ეფექტურობა იქნება მაქსიმალური (იდეალურად უდრის 100%-ს)? ფრანგი თეორიული ფიზიკოსი და ნიჭიერი ინჟინერი სადი კარნო ცდილობდა ამ კითხვაზე პასუხის პოვნა. 1824 წელს გამოქვეყნდა მისი თეორიული გათვლები გაზებში მიმდინარე პროცესების შესახებ.

მთავარი იდეა იდეალური მანქანის უკან არის შექცევადი პროცესების განხორციელება იდეალური გაზით. ჩვენ ვიწყებთ გაზის გაფართოებას იზოთერმულად T 1 ტემპერატურაზე. ამისთვის სითბოს რაოდენობაა Q 1. მას შემდეგ, რაც გაზი გაფართოვდება სითბოს გაცვლის გარეშე. როდესაც მიაღწია ტემპერატურას T 2, გაზი იკუმშება იზოთერმულად, ენერგიას გადასცემს Q 2 მაცივარს. გაზის პირვანდელ მდგომარეობაში დაბრუნება ხორციელდება ადიაბატურად.

იდეალური კარნო სითბოს ძრავის ეფექტურობა, როდესაც ზუსტად გამოითვლება, უდრის გათბობისა და გაგრილების მოწყობილობებს შორის ტემპერატურის სხვაობის თანაფარდობას იმ ტემპერატურასთან, რაც გამაცხელებელია. ასე გამოიყურება: η = (T 1 - T 2) / T 1.

სითბოს ძრავის შესაძლო ეფექტურობა, რომლის ფორმულას აქვს ფორმა: η = 1 - T 2 / T 1, დამოკიდებულია მხოლოდ გამაცხელებელი და გამაგრილებლის ტემპერატურის მნიშვნელობებზე და არ შეიძლება იყოს 100%-ზე მეტი.

უფრო მეტიც, ეს თანაფარდობა შესაძლებელს ხდის დაამტკიცოს, რომ სითბოს ძრავების ეფექტურობა შეიძლება იყოს ერთიანობის ტოლი მხოლოდ მაშინ, როდესაც მაცივარი მიაღწევს ტემპერატურას. როგორც მოგეხსენებათ, ეს ღირებულება მიუწვდომელია.

კარნოს თეორიული გათვლები შესაძლებელს ხდის ნებისმიერი დიზაინის სითბოს ძრავის მაქსიმალური ეფექტურობის დადგენას.

კარნოტის მიერ დამტკიცებული თეორემა შემდეგნაირად ჟღერს. თვითნებური სითბოს ძრავას არავითარ შემთხვევაში არ შეუძლია ჰქონდეს ეფექტურობის კოეფიციენტი უფრო დიდი ვიდრე იდეალური სითბოს ძრავა.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითი

მაგალითი 1. რა არის იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა, თუ გამათბობლის ტემპერატურა 800 ° C და მაცივრის ტემპერატურა 500 ° C დაბალია?

T 1 = 800 о С = 1073 K, ∆T = 500 о С = 500 K, η -?

განმარტებით: η = (T 1 - T 2) / T 1.

ჩვენ არ გვაქვს მაცივრის ტემპერატურა, მაგრამ ∆T = (T 1 - T 2), შესაბამისად:

η = ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0.46.

პასუხი: ეფექტურობა = 46%.

მაგალითი 2. განსაზღვრეთ იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობა, თუ 650 J- ის სასარგებლო სამუშაო შესრულებულია გამათბობელი ენერგიის შეძენილი ერთი კილოჯოულის გამო. როგორია სითბოს ძრავის გამაცხელებლის ტემპერატურა, თუ გამაგრილებლის ტემპერატურა 400 K?

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

ამ პრობლემაში ჩვენ ვსაუბრობთ თერმული მონტაჟზე, რომლის ეფექტურობა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით:

გამათბობლის ტემპერატურის დასადგენად, ჩვენ ვიყენებთ ფორმულას იდეალური სითბოს ძრავის ეფექტურობისთვის:

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

მათემატიკური გარდაქმნების შესრულების შემდეგ, ჩვენ ვიღებთ:

T 1 = T 2 / (1- η).

T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).

მოდით გამოვთვალოთ:

η = 650 J / 1000 J = 0.65.

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

პასუხი: η = 65%, T 1 = 1142.8 კ.

რეალური პირობები

იდეალური სითბოს ძრავა შექმნილია იდეალური პროცესების გათვალისწინებით. მუშაობა ხორციელდება მხოლოდ იზოთერმულ პროცესებში, მისი მნიშვნელობა განისაზღვრება, როგორც ტერიტორია კარნოტის ციკლის გრაფიკით შეზღუდული.

სინამდვილეში, შეუძლებელია პირობების შექმნა გაზის მდგომარეობის შეცვლის პროცესისთვის, თანმხლები ტემპერატურის ცვლილებების გარეშე. არ არსებობს მასალები, რომლებიც გამორიცხავს სითბოს გაცვლას მიმდებარე ობიექტებთან. შეუძლებელი ხდება ადიაბატური პროცესის განხორციელება. სითბოს გაცვლის შემთხვევაში, გაზის ტემპერატურა აუცილებლად უნდა შეიცვალოს.

რეალურ პირობებში შექმნილი სითბოს ძრავების ეფექტურობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება იდეალური ძრავების ეფექტურობისგან. გაითვალისწინეთ, რომ რეალურ ძრავებში პროცესების მიმდინარეობა იმდენად სწრაფად ხდება, რომ სამუშაო ნივთიერების შიდა თერმული ენერგიის ცვალებადობა მისი მოცულობის შეცვლის პროცესში არ შეიძლება ანაზღაურდეს გამათბობელიდან სითბოს რაოდენობის შემოდინებით და დაბრუნებით მაცივარი.

სხვა სითბოს ძრავები

უძრავი ძრავები მუშაობს სხვადასხვა ციკლზე:

• ოტოს ციკლი: მუდმივი მოცულობის პროცესი იცვლება ადიაბატურად, ქმნის დახურულ ციკლს;
• დიზელის ციკლი: იზობარი, ადიაბატი, იზოქორე, ადიაბატი;
• პროცესი, რომელიც ხდება მუდმივი წნევის დროს, იცვლება ადიაბატურით და იხურება ციკლი.

შეუძლებელია რეალურ ძრავებში წონასწორობის პროცესების შექმნა (იდეალურთან დაახლოება) თანამედროვე ტექნოლოგიების პირობებში. გათბობის მანქანების ეფექტურობა გაცილებით დაბალია, თუნდაც იგივე ტემპერატურის პირობების გათვალისწინებით, როგორც იდეალური თერმული ინსტალაციის დროს.

მაგრამ თქვენ არ უნდა შეამციროთ ეფექტურობის გაანგარიშების ფორმულის როლი, რადგან ის ხდება ამოსავალი წერტილი რეალური ძრავების ეფექტურობის გაზრდაზე მუშაობის პროცესში.

ეფექტურობის შეცვლის გზები

იდეალური და რეალური სითბოს ძრავების შედარებისას, აღსანიშნავია, რომ ამ უკანასკნელის მაცივრის ტემპერატურა არ შეიძლება იყოს. ჩვეულებრივ, ატმოსფერო მაცივრად ითვლება. ატმოსფეროს ტემპერატურის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ სავარაუდო გათვლებით. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ გამაგრილებლის ტემპერატურა უდრის ძრავებში გამონაბოლქვი აირების ტემპერატურას, როგორც ეს ხდება შიდა წვის ძრავებში (შემოკლებით ICE).

ICE არის ყველაზე გავრცელებული სითბოს ძრავა ჩვენს სამყაროში. სითბოს ძრავის ეფექტურობა ამ შემთხვევაში დამოკიდებულია წვის საწვავის მიერ შექმნილ ტემპერატურაზე. შიდა წვის ძრავასა და ორთქლის ძრავებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავებაა გამათბობლისა და მოწყობილობის სამუშაო საშუალებების ფუნქციათა შერწყმა ჰაერ-საწვავის ნარევში. იწვის, ნარევი ქმნის წნევას ძრავის მოძრავ ნაწილებზე.

მიიღწევა სამუშაო გაზების ტემპერატურის ზრდა, რაც მნიშვნელოვნად ცვლის საწვავის თვისებებს. სამწუხაროდ, ამის გაკეთება უსასრულოდ შეუძლებელია. ნებისმიერ მასალას, საიდანაც მზადდება ძრავის წვის პალატა, აქვს თავისი დნობის წერტილი. ასეთი მასალების სითბოს წინააღმდეგობა არის ძრავის მთავარი მახასიათებელი, ისევე როგორც უნარი მნიშვნელოვნად იმოქმედოს ეფექტურობაზე.

ძრავების ეფექტურობის ღირებულებები

თუ გავითვალისწინებთ სამუშაო ორთქლის ტემპერატურას, რომლის შესასვლელში არის 800 K, ხოლო გამონაბოლქვი აირების ტემპერატურა 300 K, მაშინ ამ აპარატის ეფექტურობა 62%-ია. სინამდვილეში, ეს მნიშვნელობა არ აღემატება 40%-ს. ასეთი შემცირება ხდება სითბოს დანაკარგების გამო, როდესაც ტურბინის კორპუსი თბება.

შიდა წვის უმაღლესი ღირებულება არ აღემატება 44%-ს. ამ ღირებულების გაზრდა უახლოეს მომავალშია. მასალების, საწვავის თვისებების შეცვლა არის პრობლემა, რომელზეც კაცობრიობის საუკეთესო გონება მუშაობს.

როდესაც ჩვენ ვსაუბრობთ პროცესების შექცევადობაზე, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ეს არის ერთგვარი იდეალიზაცია. ყველა რეალური პროცესი შეუქცევადია, შესაბამისად, ციკლები, რომლის მიხედვითაც მოქმედებს სითბოს ძრავები, ასევე შეუქცევადია და, შესაბამისად, არათანაბარი. ამასთან, ამგვარი ციკლების რაოდენობრივი შეფასების გასამარტივებლად აუცილებელია მათი წონასწორობის გათვალისწინება, ანუ თითქოს ისინი მხოლოდ წონასწორობის პროცესებისგან შედგებოდეს. ამას მოითხოვს კლასიკური თერმოდინამიკის კარგად განვითარებული აპარატი.

იდეალური კარნოს ძრავის ცნობილი ციკლი ითვლება წონასწორობის შებრუნებულ წრიულ პროცესად. რეალურ ცხოვრებაში, ნებისმიერი ციკლი შეიძლება არ იყოს სრულყოფილი, რადგან არსებობს დანაკარგები. ის ხდება სითბოს ორ წყაროს შორის მუდმივი ტემპერატურით სითბოს გადამცვლელთან T 1და გამათბობელი თ 2, ასევე სამუშაო სითხე, რომელიც მიიღება როგორც იდეალური აირი (სურ. 3.1).

ბრინჯი 3.1.სითბოს ძრავის ციკლი

ჩვენ ვვარაუდობთ რომ T 1 > თ 2 და გამათბობელიდან სითბოს მოცილება და გათბობის მიწოდება არ ახდენს გავლენას მათ ტემპერატურაზე, T 1და T 2დარჩეს მუდმივი. მოდით დავნიშნოთ გაზის პარამეტრები სითბოს ძრავის დგუშის მარცხენა უკიდურეს პოზიციაზე: წნევა - რ 1მოცულობა - V 1, ტემპერატურა თ 1 ეს არის წერტილი 1 დიაგრამაზე ღერძებზე P-Vამ მომენტში, გაზი (სამუშაო სითხე) ურთიერთქმედებს სითბოს გამცვლელთან, რომლის ტემპერატურაც არის თ 1 როდესაც დგუში მოძრაობს მარჯვნივ, ცილინდრში გაზის წნევა მცირდება და მოცულობა იზრდება. ეს გაგრძელდება მანამ, სანამ დგუში არ მიაღწევს 2 პუნქტით განსაზღვრულ პოზიციას, სადაც სამუშაო სითხის (გაზის) პარამეტრები მიიღებს მნიშვნელობებს P 2, V 2, T 2... ტემპერატურა ამ წერტილში უცვლელი რჩება, ვინაიდან გაზისა და გამათბობლის ტემპერატურა ერთი და იგივეა დგუშის გადასვლისას 1 წერტილიდან 2 წერტილში (გაფართოება). ისეთი პროცესი, რომელშიც თარ იცვლება, ეწოდება იზოთერმული და მრუდი 1–2 ეწოდება იზოთერმულს. ამ პროცესში სითბო გადადის სითბოს გადამცვლელიდან სამუშაო სითხეში კითხვა 1.

მე -2 პუნქტში, ცილინდრი მთლიანად იზოლირებულია გარე გარემოდან (არ არის სითბოს გადაცემა) და დგუშის შემდგომი მოძრაობით მარჯვნივ, წნევა მცირდება და მოცულობა იზრდება მრუდის გასწვრივ 2-3, რასაც ეწოდება ადიაბატი(პროცესი გარე გარემოსთან სითბოს გაცვლის გარეშე). როდესაც დგუში გადადის უკიდურესად მარჯვენა პოზიციაზე (წერტილი 3), გაფართოების პროცესი დასრულდება და პარამეტრებს ექნებათ მნიშვნელობები P 3, V 3, ხოლო ტემპერატურა გახდება გამათბობლის ტემპერატურის ტოლი თ 2 დგუშის ამ პოზიციით, სამუშაო სითხის იზოლაცია მცირდება და ის ურთიერთქმედებს სითბოს რადიატორთან. თუ ჩვენ ახლა გავზრდით წნევას დგუშზე, მაშინ ის გადავა მარცხნივ მუდმივ ტემპერატურაზე T 2(შეკუმშვა). ეს ნიშნავს, რომ ეს შეკუმშვის პროცესი იქნება იზოთერმული. ამ პროცესში სითბო კითხვა 2სამუშაო სითხიდან გადავა სითბოს ჩაძირვაში. დგუში, რომელიც მოძრაობს მარცხნივ, მოვა მე –4 წერტილამდე პარამეტრებით P 4, V 4და T 2, სადაც სამუშაო სითხე კვლავ იზოლირებულია გარე გარემოდან. შემდგომი შეკუმშვა ხდება ადიაბატ 4–1 გასწვრივ ტემპერატურის მატებასთან ერთად. 1 პუნქტში შეკუმშვა მთავრდება სამუშაო სითხის პარამეტრებით P 1, V 1, T 1... დგუში დაუბრუნდა პირვანდელ მდგომარეობას. 1 -ლი პუნქტიდან ამოღებულია სამუშაო სითხის იზოლაცია გარე გარემოდან და ციკლი მეორდება.

იდეალური კარნოტის ძრავის ეფექტურობა.