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गर्मी इंजन की दक्षता। एक गर्मी इंजन की दक्षता - फॉर्मूला
आधुनिक वास्तविकताओं गर्मी इंजन व्यापक आपरेशन की आवश्यकता है। कई प्रयास उन्हें जबकि असफलता के दौर से गुजर बिजली की मोटरों के साथ की जगह। स्वायत्त सिस्टम में बिजली के संचय से जुड़ी समस्याओं, बड़ी मुश्किल से हल कर रहे हैं।
उनकी लंबी अवधि के उपयोग के आधार पर बिजली बैटरी प्रौद्योगिकी के निर्माण की अभी भी प्रासंगिक समस्याओं। बिजली के वाहनों की स्पीड विशेषताओं कारों में उन, आंतरिक दहन इंजन से दूर हैं।
संकर इंजन के निर्माण में पहला कदम काफी महानगरीय क्षेत्रों में हानिकारक उत्सर्जन को कम कर सकते हैं पर्यावरण की समस्याओं को सुलझाने।
एक छोटी सी इतिहास
गतिज ऊर्जा में भाप की ऊर्जा के रूपांतरण की संभावना प्राचीन काल से जाना जाता है। 130 ईसा पूर्व: दार्शनिक Geron Aleksandriysky दर्शकों भाप खिलौना के समक्ष प्रस्तुत किया - eolipil। भाप से भरा क्षेत्र, प्रभाव उसके विमानों से निकलती तहत रोटेशन में आया। आवेदन के समय आधुनिक भाप टरबाइन के इस प्रोटोटाइप नहीं मिला है।
कई वर्षों और सदी दार्शनिक विकास के लिए यह सिर्फ एक मजेदार खिलौना माना जाता था। 1629 में इतालवी डी ब्रैंका एक सक्रिय टरबाइन बनाया। युगल गति में ब्लेड के साथ प्रदान की डिस्क की स्थापना की।
उस क्षण से भाप इंजन का तेजी से विकास शुरू कर दिया।
ताप का इंजन
के परिवर्तन की आंतरिक ऊर्जा ईंधन मशीन भागों और तंत्र में इस्तेमाल की गति की ऊर्जा में गर्मी इंजन।
मशीनों के मुख्य भागों: एक हीटर (प्रणाली के बाहर से ऊर्जा प्राप्त करने), काम कर शरीर (एक लाभदायक प्रभाव करता है), रेफ्रिजरेटर।
हीटर कार्यरत द्रव उपयोगी काम के लिए आंतरिक ऊर्जा के लिए पर्याप्त स्टॉक जमा करने के लिए के लिए बनाया गया है। फ्रिज अतिरिक्त ऊर्जा दूर ले जाता है।
दक्षता की मुख्य विशेषता यह गर्मी इंजन की दक्षता कहा जाता है। यह मात्रा पता चलता है कि ऊर्जा का हिस्सा हीटिंग उपयोगी काम को करने के खर्च में खर्च। उच्च दक्षता, मशीन के लाभप्रद आपरेशन, लेकिन यह मूल्य 100% से अधिक नहीं हो सकता है।
दक्षता की गणना
हीटर बाह्य हासिल कर ली ऊर्जा क्यू 1 के बराबर हैं। उपकरण शरीर, काम एक प्रतिबद्ध, जबकि ऊर्जा दी फ्रिज क्यू 2 था।
दृढ़ संकल्प के आधार पर हमने दक्षता मूल्य की गणना:
η = ए / क्यू 1। हम मानते हैं कि एक = क्यू 1 - क्यू 2।
इसलिए गर्मी इंजन की दक्षता, जिनमें से सूत्र η द्वारा दिया जाता है = (क्यू 1 - क्यू 2) / Q 1 = 1 - क्यू 2 / क्यू 1, निम्नलिखित निष्कर्ष अनुमति देता है:
- क्षमता 1 (या 100%) से अधिक नहीं कर सकते हैं;
- इस मात्रा अधिकतम करने के लिए या तो ऊर्जा एक हीटर से प्राप्त, या ऊर्जा दी फ्रिज की कमी में वृद्धि करना चाहिए;
- बढ़ती हीटर बिजली ईंधन की गुणवत्ता का एक परिवर्तन को प्राप्त;
- ऊर्जा को कम करने, रेफ्रिजरेटर देता है, इंजन के डिजाइन सुविधाओं को प्राप्त करने के लिए अनुमति देते हैं।
एक आदर्श गर्मी इंजन
इस तरह के एक इंजन के निर्माण संभव है, दक्षता, जिनमें से अधिकतम (एक आदर्श में - 100% के बराबर) हो सकता है? इस सवाल फ्रांसीसी भौतिकशास्त्री और एक प्रतिभाशाली इंजीनियर सादी कार्नोट करने की कोशिश की के जवाब का पता लगाएं। 1824 में प्रक्रियाओं गैसों में होने वाली के बारे में अपने सैद्धांतिक गणना जारी किए गए।
मूल विचार आदर्श मशीन में सन्निहित आदर्श गैस के साथ आचरण प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं पर विचार किया जा सकता है। टी तापमान 1 में गैस isothermally के विस्तार के साथ शुरू। इस उद्देश्य के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा, - क्यू 1. के बाद गर्मी के विस्तार के बिना गैस (एक स्थिरोष्म प्रक्रिया)। टी तापमान 2 तक पहुँचने के बाद, गैस रेफ्रिजरेटर ऊर्जा क्यू 2 पारित करके isothermally संकुचित है। उसकी मूल स्थिति में गैस वापसी adiabatically किया जाता है।
सटीक गणना के साथ एक आदर्श कार्नोट गर्मी इंजन की दक्षता में एक तापमान है, जो एक हीटर है करने के लिए हीटिंग और कूलिंग डिवाइस के बीच तापमान का अंतर का अनुपात है। / टी 1 - η = (टी 2 टी 1): यह इस तरह दिखता है।
मशीन है, जो सूत्र के संभावित थर्मल दक्षता रूप है: η = 1 - टी 2 / टी 1, केवल हीटर और कूलर तापमान के मूल्य पर निर्भर करता है और नहीं हो सकता 100% से।
इसके अलावा, इस संबंध साबित होता है कि गर्मी इंजन की दक्षता एकता केवल जब फ्रिज के बराबर हो सकता है एक सक्षम बनाता है परम शून्य तापमान। के रूप में जाना जाता है, यह मान अप्राप्य है।
सैद्धांतिक गणना कार्नोट किसी भी डिजाइन की एक गर्मी इंजन की अधिकतम क्षमता का निर्धारण करने के लिए अनुमति देते हैं।
सिद्ध कार्नोट प्रमेय इस प्रकार है। कोई दक्षता का एक आदर्श गर्मी इंजन दक्षता का एक ही मूल्यों की तुलना में अधिक के लिए सक्षम परिस्थितियों में मनमानी गर्मी इंजन।
समस्या का एक उदाहरण को सुलझाने
उदाहरण 1. एक आदर्श गर्मी इंजन किस दक्षता, हीटर तापमान 800 सेल्सियस और रेफ्रिजरेटर नीचे 500 सी का तापमान है जब?
टी 1 = 800 डिग्री सेल्सियस = 1073 कश्मीर, ΔT = 500 डिग्री सेल्सियस = 500 कश्मीर, η -
समाधान:
परिभाषा के अनुसार: η = (टी 1 - टी 2) / टी 1।
हम रेफ्रिजरेटर के तापमान नहीं दिया गया है, लेकिन ΔT = (टी 1 - टी 2), इसलिए:
η = ΔT / टी 1 = 500 K / 1073K = 0.46।
उत्तर: दक्षता = 46%।
उदाहरण 2, एक आदर्श गर्मी इंजन की दक्षता का निर्धारण करता है, तो ऊर्जा के कारण हासिल कर ली एक किलोजूल हीटर प्रदर्शन किया उपयोगी काम 650 जे क्या गर्मी इंजन यदि शीतलक तापमान के हीटर के तापमान है -। 400 कश्मीर?
क्यू 1 = 1 किलो जूल = 1000 जम्मू एक = 650 जम्मू, टी 2 = 400 कश्मीर, η - ?, टी 1 =?
समाधान:
इस कार्य में, यह एक थर्मल स्थापना, जिनमें से दक्षता सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है:
η = ए / क्यू 1।
हीटर एक आदर्श गर्मी इंजन के सूत्र दक्षता का उपयोग करने का तापमान निर्धारित करने के लिए:
η = (टी 1 - टी 2) / टी 1 = 1 - टी 2 / टी 1।
प्रदर्शन गणितीय परिवर्तनों, हम प्राप्त:
टी 1 = टी 2 / (1- η)।
टी 1 = टी 2 / (1- ए / क्यू 1)।
हम गणना:
η = 650 जे / 1000 जे = 0,65।
टी = 400 कश्मीर 1 / (1- 650 जे / 1000 जे) = 1142.8 लालकृष्ण
उत्तर: η = 65%, टी 1 = 1142.8 लालकृष्ण
वास्तविक स्थिति
एक आदर्श गर्मी इंजन आदर्श प्रक्रियाओं के साथ बनाया गया है। काम करते हैं, केवल समतापीय प्रक्रियाओं में किया जाता है यह क्षेत्र कार्नोट चक्र के ग्राफ से घिरा के रूप में परिभाषित किया गया है।
वास्तव में, इस प्रक्रिया में गैस स्थिति परिवर्तन के प्रवाह के लिए स्थिति पैदा करने, साथ तापमान में परिवर्तन नहीं किया जा सकता बिना। ऐसा कोई सामग्री है, जो आसपास की वस्तुओं के साथ गर्मी विनिमय शामिल नहीं होंगे। स्थिरोष्म प्रक्रिया को पूरा करने के लिए असंभव हो जाता है। गर्मी विनिमय गैस तापमान के मामले में जरूरी परिवर्तन करना होगा।
वास्तविक स्थिति में बनाए गए थर्मल मशीनों की दक्षता इंजन के आदर्श क्षमता से काफी भिन्न होते हैं। ध्यान दें कि वास्तविक इंजन में प्रक्रियाओं के प्रवाह को इतनी तेजी से कि अपनी मात्रा बदलने की प्रक्रिया में पदार्थ काम करने का आंतरिक थर्मल ऊर्जा की भिन्नता एक हीटर की गर्मी मात्रा का तांता और एक कूलर वापसी द्वारा मुआवजा नहीं किया जा सकता होता है।
अन्य गर्मी इंजन
रियल इंजन विभिन्न चक्रों पर कार्य करते हैं:
- स्थिरोष्म परिवर्तन, एक बंद लूप बनाने के साथ ओटो चक्र निरंतर मात्रा प्रक्रिया;
- डीजल चक्र तुल्यभार रेखा, स्थिरोष्म, isochore, स्थिरोष्म;
- एक गैस टरबाइन: प्रक्रिया निरंतर दबाव में होने वाली है, स्थिरोष्म प्रतिस्थापित पाश बंद कर देता है।
आधुनिक प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में (उन्हें आदर्श के करीब लाने के) वास्तविक इंजन में एक संतुलन की प्रक्रिया बनाएं संभव नहीं है। गर्मी इंजन की दक्षता काफी कम है, यहां तक कि आदर्श गर्मी की स्थापना में के रूप में ही तापमान शर्तों के साथ।
लेकिन यह भूमिका गणना सूत्र दक्षता को कम करने के लिए आवश्यक नहीं है कार्नोट चक्र के, के रूप में यह है, यह वास्तविक इंजन की दक्षता में सुधार करने के लिए इस प्रक्रिया में एक संदर्भ बिंदु बन जाता है।
तरीके दक्षता को बदलने के लिए
आदर्श और वास्तविक गर्मी इंजन की तुलना के माध्यम से, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रेफ्रिजरेटर के अंतिम तापमान मनमाने ढंग से नहीं हो सकता। आमतौर पर फ्रिज वातावरण विश्वास करते हैं। वातावरण कर सकते हैं केवल अनुमानित गणना के तापमान लेने के लिए। अनुभव बताता है शीतलक तापमान इंजन में निकास गैस है कि, के रूप में यह आंतरिक दहन इंजन (डीवीएस के रूप में संक्षिप्त) में होता है।
डीआईसी - गर्मी इंजन की हमारी दुनिया में सबसे आम है। इस मामले में दक्षता गर्मी इंजन ईंधन जल द्वारा बनाई तापमान पर निर्भर करता है। डीआईसी भाप इंजन से आवश्यक अंतर संलयन हीटर कार्य करता है और एक हवा-ईंधन मिश्रण में सक्रिय डिवाइस निकाय है। जल मिश्रण इंजन के चलती भागों पर दबाव बनाता है।
क्रियाशील गैस तापमान बढ़ाने से हासिल की है, काफी ईंधन की गुणों को बदलने। दुर्भाग्य से, यह सीमा के बिना ऐसा करने के लिए असंभव है। इंजन दहन कक्ष के निर्माण की कोई भी सामग्री अपने गलनांक है। ऐसी सामग्री का थर्मल प्रतिरोध - इंजन की बुनियादी विशेषता है, साथ ही काफी दक्षता प्रभावित करने के लिए।
मान इंजन दक्षता
अगर हम पर विचार भाप टरबाइन, एक भाप इनलेट जो 800 कश्मीर के बराबर है का तापमान, और निकास गैस - 300 कश्मीर, मशीन की क्षमता 62% के बराबर है। वास्तविकता में, तथापि, यह मान 40% से अधिक नहीं है। यह कमी हीटिंग टरबाइन आवास के दौरान गर्मी हानि के कारण होता है।
आंतरिक दहन इंजन की दक्षता के उच्चतम मूल्य 44% से अधिक नहीं है। निकट भविष्य के सवाल - इस मान को बढ़ाना। सामग्री के गुणों को बदलने, ईंधन - यह एक समस्या है जिस पर मानव जाति के लिए सबसे अच्छा दिमाग का प्रयोग करता है।
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