Тепловые двигатели и их применение


Тепловые двигатели и их применение

 
 Тепловые двигатели и их применение  
Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. 
К тепловым двигателям относятся паровая машина, двигатель внутренне реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии. 
Тепловые двигатели паровые турбины устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели на автомобильном поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном тепловозы с дизельными установками, в авиации поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта. 
Паровые машины 
Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ например, ртути. Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте паровозы и пароходы. 
Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода. 
Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине или в поршневой машине и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой конденсатор. Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак сборник снова направляется в котел. 
В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится, то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения 
 
 
 
 
 

Тепловой двигатель.  
 
Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.  
К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.  
Двигатель внутреннего сгорания.  
В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск.  
Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.  
Паровая турбина.  
В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.  
В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.  
Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.  
Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном - ДВС и паровые турбины; на ж/д. тепловозы с дизельными установками; в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.  
Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.  
Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.  
Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.  
В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу две-три тонны - свинца.  
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды - использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца. Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.  
Выбросы вредных веществ в атмосферу - не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.  
Во владимирской области в 2001 году суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, определённые на основании информации природопользователей об охране атмосферного воздуха по стационарным и передвижным источникам составили 115.295 тыс. т. в год, в том числе твёрдые 7.1% (8.192 тыс. т.) газообразные и жидкие 92.9%(107.103 тыс. т.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
    Большая часть двигателей, используемых людьми, — это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива  в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Любой тепловой двигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных элементов: рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе; нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства (рис. 28). 
     
      
     
     Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагревателя больше температуры холодильника. При совершении работы тепловыми двигателями происходит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количество теплоты Qн от нагревателя, совершает работу А и передает холодильнику количество теплоты Qx. В соответствии с законом сохранения энергии . В случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии. 
     
     Отношение работы к энергии, которое получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия (КПД): 
     
      
     
     Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в конечном счете приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тепловые двигатели  и их применение  

      Условия, необходимые для работы тепловых двигателей. Простейшей машиной, при помощи которой люди давно использовали энергию излучения Солнца для получения работы, являются ветряные мельницы (ветряные двигатели). Вращение крыльев двигателя, приводящее в движение вал, совершающий какую-либо работу, возникает под действием ветра. Для возникновения ветра необходима разность давлений, а эта последняя возникает вследствие различия в температуре различных частей атмосферы. Ветер есть не что иное, как конвекционное движение атмосферы, обусловленное неравномерным нагреванием ее.

      Таким образом, энергия, доставляемая Солнцем, может быть использована для получения  работы в ветряном двигателе только при условии, что имеется разность температур отдельных частей атмосферы, создаваемая поглощением лучистой энергии Солнца и частичным испусканием ее в мировое пространство. Установлено, что непрерывное или периодически повторяющееся получение работы за счет охлаждения тел может иметь место лишь в том случае, если совершающая работу машина не только получает теплоту от какого-либо тела (это тело называют нагревателем), но вместе с тем отдает часть теплоты другому телу (холодильнику). Итак, на совершение работы идет не вся теплота, полученная от нагревателя, а только ее часть, остальная же теплота отдается холодильнику.

      Машины1[1], производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. В большинстве таких машин нагревание получается при сгорании топлива, благодаря чему нагреватель получает достаточно высокую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии смеси топлива с кислородом воздуха. Кроме того, существуют машины, в которых нагревание производится Солнцем, а также проекты машин, использующих разности температур морской воды. Однако пока ни те, ни другие не имеют заметного практического значения. В настоящее время эксплуатируются также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление и преобразование атомных ядер.

      Паросиловая станция. Раньше всего (в конце XVIII века) были созданы паровые поршневые двигатели (паровые машины). Спустя примерно 100 лет появились паровые турбины. Как показывает название, работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев — это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ (например, ртути). Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте (паровозы и пароходы).

      Для работы парового двигателя необходим  ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода. 

      Она превращается в пар в котле, пар  производит работу в турбине (или  в поршневой машине) и снова  превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор). Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак (сборник) снова направляется в котел. Итак, круговорот воды происходит по следующей схеме: 

      В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор —  холодильником. Так как в установке  циркулирует практически одна и та же вода (утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится), то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения растворенных в воде солей. Это важно, так как накипь плохо проводит тепло и уменьшает коэффициент полезного действия котла. В случае появления накипи на стенках котла ее удаляют. В следующих параграфах мы рассмотрим части паросиловой станции по отдельности.

      Паровой котел. Он состоит из топки и собственно котла. Уголь или дрова сжигаются в топке на колосниковых решетках. Жидкое топливо сжигается в распыленном состоянии; распыление обычно производится с помощью пара в форсунках. Пар или сжатый воздух, вырываясь из узкого отверстия в трубке, засасывает жидкое топливо и разбрызгивает его.

      

      Схема устройства форсунки

       Котел состоит из барабана и труб, через стенки которых теплота от горячих топочных газов передается воде. Иногда вода находится снаружи труб, а по трубам идут топочные газы (огнетрубный котел, дымогарные трубы). Иногда, наоборот, вода находится внутри труб, а горячие газы омывают их (водотрубный котел). Во многих паровых котлах пар подвергается перегреванию в особых змеевиках, омываемых горячими газами. При этом он из насыщенного делается ненасыщенным. Этим достигается уменьшение конденсации пара (на стенках паропроводов и в турбине) и повышается к. п. д. станции.

      Схема устройства водотрубного котла: 1 —  барабан котла, 2 — водотрубная  часть, 3 — водомерное стекло, 4 — перегреватель, 5 — труба для подачи воды в котел, 6 — поддувало, 7 — предохранительный клапан, 8 — заслонка в борове

      На  котле имеются манометр для наблюдения за давлением пара и предохранительный клапан, выпускающий пар в случае, если давление его превысит допустимую величину. На днище барабана имеются приспособления для наблюдения за уровнем воды в котле (водомерное стекло). Если уровень воды опустится настолько, что пламя будет нагревать стенки котла в тех местах, где они не соприкасаются с водой, то возможен взрыв котла.

      Энергия горячих топочных газов передается воде в котле не целиком. Часть  ее рассеивается в котельной, часть  уносится с газами в дымовую трубу. Кроме того, значительную потерю может дать неполное сгорание топлива. Признаком этого является черный дым из труб станции. Черный цвет придается дыму крупинками несгоревшего угля.

       Паровая турбина. Из котла пар по паропроводу поступает в турбину или в поршневую машину. Рассмотрим сначала турбину (а). Турбина состоит из стального цилиндра, внутри которого находится вал ее с укрепленными на нем рабочими колесами. На рабочих колесах находятся особые изогнутые лопатки (б и с), где изображено одно из рабочих колес с соплом). Между рабочими колесами помещаются сопла или направляющие лопатки. Пар, вырываясь из промежутков между направляющими лопатками, попадает на лопатки рабочего колеса. Рабочее колесо при этом вращается, производя работу. Причиной вращения колеса в паровой турбине является реакция струи пара. Внутри турбины пар расширяется и охлаждается. Входя в турбину по узкому паропроводу, он выходит из нее по очень широкой трубе (а). Отметим, что турбина может вращаться только в одном направлении и скорость вращения ее не может меняться в широких пределах. Это затрудняет применение паровых турбин на транспорте, но очень удобно для вращения электрических генераторов.

       а) Схема устройства паровой турбины,

      б) Расположение на валу ее турбины лопаток: а — направляющих, b — рабочих

      Весьма  важной для электрических станций является возможность строить турбины на громадные мощности (до 1 000 000 кВт и более), значительно превышающие максимальные мощности других типов тепловых двигателей. Это обусловлено равномерностью вращения вала турбины. При работе турбины отсутствуют толчки, которые получаются в поршневых машинах при движении поршня взад и вперед.

      Поршневая паровая машина. Основы конструкции поршневой паровой машины, изобретенной в конце XVIII века2[2], в основном сохранились до наших дней. В свое время паровая машина дала технике, до того почти не знавшей машин-двигателей, новое мощное средство развития. В настоящее время она частично вытеснена другими типами двигателей. Однако у нее есть свои достоинства, заставляющие иногда предпочесть ее турбине. Это — простота обращения с ней, возможность менять скорость и давать задний ход.

      Устройство  паровой машины показано на рисунке. Основная ее часть — чугунный цилиндр 1, в котором ходит поршень 2. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм. Он состоит из золотниковой коробки, имеющей сообщение с паровым котлом. Кроме котла, коробка посредством отверстия 3 сообщается с конденсатором (в паровозах чаще всего просто через дымовую трубу — с атмосферой) и с цилиндром посредством двух окон 4 и 5. В коробке находится золотник 6, движимый специальным механизмом посредством тяги 7 так, что, когда поршень движется направо (рис. а), левая часть цилиндра через окно 4 сообщается с паровым котлом, а правая — через окно 5 с атмосферой. Свежий пар входит в цилиндр слева, а отработанный пар из правой части цилиндра уходит в атмосферу. Затем, когда поршень движется налево (рис. б), золотник передвигается так, что свежий пар входит в правую часть цилиндра, а отработанный пар из левой части уходит в атмосферу. Пар подается в цилиндр не во все время хода поршня, а только в начале его. После этого благодаря особой форме золотника пар отсекается (перестает подаваться в цилиндр) и работа производится расширяющимся и охлаждающимся паром. Отсечка пара дает большую экономию энергии. На паровозах обычно установлены два цилиндра (иногда больше). Пар поступает сначала в один цилиндр, а затем во второй. Так как пар в первом цилиндре расширяется, то диаметр второго цилиндра значительно больше первого. На паровозах, как правило, ставятся огнетрубные котлы; имеется пароперегреватель.

Тепловой двигатель - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

В области машиностроения и термодинамики тепловой двигатель преобразует тепловую энергию в механическую работу, используя разницу температур между горячим «источником» и холодной «раковиной». Тепло передается от источника через «рабочий орган» двигателя к «раковине», и в этом процессе часть тепла превращается в работу, используя свойства газа или жидкости внутри двигателя.

Существует много видов тепловых двигателей.У каждого есть термодинамический цикл. Тепловые двигатели часто называют в честь термодинамического цикла, который они используют, например, цикл Карно. Они часто выбирают повседневные названия, такие как бензин / бензин, турбина или паровые двигатели.

Двигатели внутреннего сгорания выделяют тепло внутри самого двигателя. Другие тепловые двигатели могут поглощать тепло от внешнего источника. Тепловые двигатели могут быть открыты для воздуха или закрыты и закрыты снаружи (это называется открытым или закрытым циклом).

Рисунок 1: Схема теплового двигателя .T H является источником тепла, а T C - теплоотводом. Q H - это тепло, поступающее в двигатель. Q C - это отработанное тепло, идущее в холодную раковину. W - полезная работа, выходящая из двигателя.

Когда ученые изучают тепловые двигатели, они приходят к идеям о двигателях, которые на самом деле невозможно построить. Они называются идеальными двигателями или циклами. Реальные тепловые двигатели часто путают с идеальными двигателями или циклами, которые они пытаются имитировать.

Обычно при описании физического устройства используется термин «двигатель».При описании идеала используется термин «цикл».

Можно сказать, что термодинамический цикл является идеальным случаем механического двигателя. Можно также сказать, что модель не совсем идеально соответствует механическому двигателю. Тем не менее, большая польза от упрощенных моделей, и идеальные случаи, которые они могут представлять.

В общих чертах, чем больше разница в температуре между горячим источником и холодным радиатором, тем эффективнее цикл или двигатель. На Земле холодная сторона любого теплового двигателя ограничена температурой воздуха в месте, где находится двигатель.

Большая часть усилий по повышению эффективности тепловых двигателей направлена ​​на повышение температуры источника тепла, но при очень высоких температурах металл двигателя начинает становиться мягким.

Эффективность различных тепловых двигателей, предлагаемых или используемых сегодня, варьируется от 3 процентов (97 процентов отработанного тепла) для предложения энергии OTEC в океане до 25 процентов для большинства автомобильных двигателей, до 45 процентов для угольной электростанции сверхкритического давления и до 60 процентов для газовая турбина парового охлаждения с комбинированным циклом.Все эти процессы получают свою эффективность (или ее отсутствие) из-за падения температуры на них.

Наименее эффективный, OTEC, использует разность температур океанской воды на поверхности и океанской воды с глубины, небольшая разница, возможно, 25 градусов Цельсия, и поэтому эффективность должна быть низкой.

Наиболее эффективная газовая турбина с комбинированным циклом сжигает природный газ для нагревания воздуха почти до 1530 градусов по Цельсию, большая разница температур составляет 1500 градусов по Цельсию, поэтому эффективность может быть очень большой при добавлении цикла охлаждения паром. [1]

Люди в основном используют тепловые двигатели, тепло которых исходит от огня, который расширяет рабочую жидкость (обычно это вода или воздух), а теплоотвод - это либо масса воды, либо атмосфера, как в градирне.

Известные, которые используют расширение нагретых газов, включают: паровой двигатель, дизельный двигатель и бензиновый (бензиновый) двигатель в автомобиле.

Двигатель Стирлинга встречается гораздо реже, но его можно встретить в небольших моделях, которые могут нагреваться от тепла руки.

Один из видов игрушечных тепловых двигателей - это пьющая птица.

Биметаллическая полоса - это устройство, которое преобразует температуру в механическое движение и используется в термостатах для контроля температуры. Это тепловой двигатель, который не использует жидкость или газ.

  • Kroemer, Herbert; Киттель, Чарльз (1980). Теплофизика (2-е изд.). W.H. Фримен Компания. ISBN 0-7167-1088-9 .
  • Каллен, Герберт Б. (1985). Термодинамика и введение в термостатистику (2-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-86256-8 .
,
15.3 Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективность - физика колледжа 15.3 Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективность - физика колледжа | OpenStaxSkip to ContentCollege Physics15.3 Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективностьМои основные сведенияПринт
  1. Предисловие
  2. 1 Введение: Природа науки и физики
    1. Введение в науку и области физики, физических величин и единиц измерения
    2. 1.1 Физика: Введение
    3. 1.2 Физические величины и единицы
    4. 1.3 Точность, точность и значимые цифры
    5. 1.4 Приближение
    6. Глоссарий
    7. Краткое содержание раздела
    8. Концептуальные вопросы
    9. Задачи и упражнения
    10. 0
    11. Одномерная кинематика
    12. 2.1 Смещение
    13. 2.2 Векторы, скаляры и системы координат
    14. 2.3 Время, скорость и скорость
    15. 2.4 Ускорение
    16. 2.5 Уравнения движения для постоянного ускорения в одном измерении
    17. 2.6 Основы решения проблем для одномерной кинематики
    18. 2.7 Падающие объекты
    19. 2.8 Графический анализ одномерного движения
    20. Глоссарий
    21. Вопросы
    22. Задачи и упражнения
  3. 3 Двумерная кинематика
    1. Введение в двумерную кинематику
    2. 3.1 Кинематика в двух измерениях: введение
    3. 3.2 Сложение и вычитание векторов: графические методы
    4. 3.3 Сложение и вычитание векторов: аналитические методы
    5. 3.4 Снаряд движения
    6. 3.5 Сложение скоростей
    7. Глоссарий
    8. Сводная информация Концепция
    9. Задачи и упражнения
  4. 4 Динамика: сила и законы движения Ньютона
    1. Введение в динамику: законы движения Ньютона
    2. 4.1 Разработка концепции силы
    3. 4.2 Первый закон движения Ньютона: инерция
    4. 4.3 Второй закон движения Ньютона: концепция системы
    5. 4.4 Третий закон движения Ньютона: симметрия в силах
    6. 4.5 Нормаль, Напряжение и другие примеры сил
    7. 4.6 Стратегии решения проблем
    8. 4.7 Дальнейшее применение законов движения Ньютона
    9. 4.8 Расширенная тема: Четыре основные силы - введение
    10. Глоссарий
    11. Краткое содержание раздела
    12. Концептуальные вопросы
    13. Задачи и упражнения
    14. 900
    15. 5 Дальнейшее применение законов Ньютона: трение, сопротивление и упругость
      1. Введение: Дальнейшее применение законов Ньютона
      2. 5.1 Трение
      3. 5.2 Силы сопротивления
      4. 5.3 Эластичность: напряжение и деформация
      5. Глоссарий
      6. Краткое содержание раздела
      7. Концептуальные вопросы
      8. Задачи и упражнения
    16. 6 Равномерное круговое движение и гравитация Равномерное движение и гравитация
      1. Введение
      2. 6.1 Угол поворота и угловая скорость
      3. 6.2 Центростремительное ускорение
      4. 6.3 Центростремительная сила
      5. 6.4 Фиктивные силы и неинерционные рамки: сила Кориолиса
      6. 6.5 Универсальный закон тяготения Ньютона
      7. 6.6 Спутники и законы Кеплера: аргумент в пользу простоты
      8. Глоссарий
      9. Краткое содержание раздела
      10. Концептуальные вопросы
      11. Задачи и упражнения
    17. 7 Работа, энергия и энергетические ресурсы
      1. Работа, энергия и энергетические ресурсы
      2. 7.1 Работа: научное определение
      3. 7.2 Кинетическая энергия и теорема рабочей энергии
      4. 7.3 Гравитационная потенциальная энергия
      5. 7.4 Консервативные силы и потенциальная энергия
      6. 7.5 Неконсервативные силы
      7. 7.6 Сохранение энергии
      8. 7.7 Энергетика
      9. 7.8 Работа, энергия и власть в людях
      10. 7.9 Использование энергии мира
      11. Глоссарий
      12. Краткое содержание раздела
      13. Раздел Краткое содержание
      14. Разделы концепции
      15. Раздел Краткое содержание
      16. Раздел Краткое содержание
      17. Принципиальная схема
      18. Сводная информация
      19. Задачи и упражнения
    18. 8 Линейный импульс и столкновения
      1. Введение в линейный импульс и столкновения
      2. 8.1 Линейный импульс и сила
      3. 8.2 Импульс
      4. 8.3 Сохранение импульса
      5. 8.4 Упругие столкновения в одном измерении
      6. 8.5 Неупругие столкновения в одном измерении
    .
    Тепловой двигатель - Energy Education

    Тепловой двигатель - это тип двигателя (например, двигателя в автомобиле), который создает макроскопическое движение от тепла. Когда люди трутся руками, трение превращает механическую энергию (движение наших рук) в тепловую энергию (руки становятся теплее). Тепловые двигатели делают прямо противоположное; они берут энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращают ее в движение. Часто это движение превращается в электричество с генератором.

    Почти вся энергия, которая используется для транспортировки и электричества, поступает от тепловых двигателей. Горячие объекты, даже газы, обладают тепловой энергией, которую можно превратить в нечто полезное. Тепловые двигатели перемещают энергию из горячего места в холодное и переводят часть этой энергии в механическую энергию. Для работы тепловых двигателей требуется разность температур.

    Изучение термодинамики первоначально было вдохновлено попытками получить как можно больше энергии от тепловых двигателей. [2] По сей день используются различные виды топлива, такие как бензин, уголь и уран. Все эти тепловые двигатели все еще работают в рамках ограничений, налагаемых вторым законом термодинамики. Это означает, что для подогрева газа используются различные виды топлива, а для избавления от ненужного тепла необходим большой холодный резервуар. Часто отработанное тепло попадает в атмосферу или большой водоем (океан, озеро или река).

    В зависимости от типа двигателя используются различные процессы, такие как воспламенение топлива в результате сгорания (бензин и уголь) или использование энергии от ядерных процессов для производства тепла (уран), но конечная цель одна и та же: включить тепло в работу.Наиболее известным примером теплового двигателя является двигатель автомобиля, но большинство электростанций, таких как уголь, природный газ и атомная энергия, также являются тепловыми двигателями.

    Двигатель внутреннего сгорания

    полная статья

    Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, так как они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так, потому что топливо зажигается, чтобы сделать работу в двигателе. Затем та же смесь топлива и воздуха выбрасывается в качестве выхлопных газов.Хотя это чаще всего делается с помощью поршня, это также можно сделать с помощью турбины.

    На рисунке 1 приведен пример двигателя внутреннего сгорания. Этот конкретный тип называют четырехтактным двигателем, который довольно распространен в автомобилях.

    Внешний тепловой двигатель

    полная статья

    Внешние тепловые двигатели, как правило, представляют собой паровые двигатели, и они отличаются от внутренних тем, что источник тепла отделен от газа, который работает. Эти тепловые двигатели обычно называют двигателями внешнего сгорания, потому что сгорание происходит вне двигателя.Например, внешнее сгорание будет использовать пламя для нагрева воды в пар, а затем использовать пар для вращения турбины. Это отличается от внутреннего сгорания, как в автомобильном двигателе, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

    Ядерные реакторы не имеют сгорания, поэтому используется более широкий термин внешний тепловой двигатель. Реактор с кипящей водой на рисунке 2, как и другие атомные электростанции, является внешним тепловым двигателем.

    Примеры тепловых двигателей

    Внутреннее сгорание

    Внешнее сгорание

    Эффективность

    основная статья

    КПД двигателя - это процент энергии, который двигатель может преобразовать в полезную работу.Уравнение для этого составляет η = рабочая мощность / энергозатраты. Наиболее эффективные поршневые двигатели работают с КПД около 50%, а средняя угольная электростанция работает с КПД около 33%. Более недавно построенные электростанции получают КПД более 40%.

    Меньшие тепловые двигатели, такие как в автомобилях, имеют механическую выходную мощность, измеряемую в лошадиных силах. Большие тепловые двигатели, такие как электростанции, измеряют мощность в МВт. Конечно, мощность может быть измерена в любых единицах мощности, например, в ваттах.

    Мощность теплового двигателя также является мощностью, часто измеряемой в МВт. У силовой установки также есть электрическая выходная мощность. Чтобы различать эти две мощности, тепловая мощность (входная мощность) измеряется в мегаваттах тепловой (МВт), в то время как для производства электроэнергии выходная мощность измеряется в мегаваттах электрической (МВт). Для тепловых двигателей, которые обеспечивают движение вместо электричества, выходная мощность будет механической мощностью.

    Когенерация

    основной артикул

    У теплового двигателя есть два побочных продукта: работа и тепло.Цель большинства двигателей - производить работу, а тепло рассматривается просто как отходы. Когенерация использует отработанное тепло для полезных вещей. Обогреватель в автомобиле работает с использованием когенерации - отвод тепла от двигателя для нагрева воздуха, который нагревает кабину. Вот почему использование автомобильного обогревателя в зимнее время мало влияет на пробег топлива, а летнее кондиционирование может стоить примерно 10-20% от расхода топлива в автомобиле.

    для дальнейшего чтения

    Рекомендации

    ,

    Смотрите также

Автопрофи, г. Екатеринбург, ул. Таватуйская, 20.