Het rendement van verbrandingsmotoren. Het rendement van een verbrandingsmotor - Formule

Moderne realiteiten vereisen een verbrandingsmotor brede werking. Talrijke pogingen om ze te vervangen door elektrische motoren, terwijl mislukking ondergaan. De problemen in verband met de accumulatie van de macht in de autonome systemen worden opgelost met grote moeite.

Nog steeds relevante problemen van de productie van de macht batterij-technologie op basis van het gebruik ervan op lange termijn. Snelheid kenmerken van elektrische voertuigen zijn veel van die in auto's, verbrandingsmotoren.

De eerste stappen in de creatie van hybride motoren kunnen de schadelijke uitstoot aanzienlijk te verminderen in stedelijke gebieden, het oplossen van milieuproblemen.

Een beetje geschiedenis

De mogelijkheid van transformatie van energie van stoom in kinetische energie is bekend sinds de oudheid. 130 BC: Filosoof Geron Aleksandriysky gepresenteerd aan het publiek stoom toy - eolipil. Bol gevuld met stoom, kwam in rotatie onder de invloed die uitgaat van haar jets. Dit prototype van de moderne stoomturbine op het moment van de aanvraag is niet gevonden.

Gedurende vele jaren en eeuwse filosoof ontwikkeling werd beschouwd als slechts een leuk speeltje. In 1629 creëerde de Italiaanse D. Branca een proactieve turbine. Paren in gang gezet de schijf voorzien van schoepen.

Vanaf dat moment begon de snelle ontwikkeling van stoommachines.

warmtemotor

De transformatie van de inwendige energie van de brandstof in de bewegingsenergie van machines en mechanismen gebruikt in verbrandingsmotoren.

Belangrijkste onderdelen van machines: een verwarmer (-systeem dat energie van buiten), de bewerkingslichaam (voert een gunstig effect), koelkast.

De kachel is ontworpen voor de werkende vloeistof om voldoende voorraad te verzamelen van de interne energiemarkt voor het nuttige werk. Koelkast wegneemt overtollige energie.

Het belangrijkste kenmerk van efficiency is de efficiëntie van de warmte-motoren genoemd. Deze hoeveelheid laat zien welk deel van de energie besteed aan het verwarmen van de uitgegeven om nuttig werk te verrichten. Hoe hoger het rendement, de voordelige werking van de machine, maar deze waarde is beperkt tot 100%.

Berekening van het rendement

Laat heater extern verworven energie gelijk aan _Q1. Gereedschap lichaam gepleegd werk A, terwijl de energie die koelkast was _Q2.

Gebaseerd op de bepaling, berekenen we de efficiëntiewaarde:

η = A / _Q1. We nemen aan dat A = _Q1 - _Q2.

Dus het rendement van de verbrandingsmotor, de formule die wordt gegeven door η = _(Q1 - _Q2) / _Q1 = 1 - _Q2 / _Q1, kunnen de volgende conclusies:

• Efficiëntie kan niet meer dan 1 (of 100%);
• deze hoeveelheid te maximaliseren moet toenemen in hetzij de energie verkregen uit een verwarming of een afname van energie die koelkast;
• het verhogen van het verwarmingsvermogen bereiken van een verandering van de kwaliteit van de brandstof;
• vermindering van energie, geeft de koelkast, laat de ontwerpkenmerken van de motoren te bereiken.

Een ideale hittemotor

Is het creëren van een dergelijke motor mogelijk, waarvan de efficiëntie van de maximum (in een ideale - gelijk aan 100%) zou zijn? Vind het antwoord op deze vraag probeerde Franse natuurkundige en een getalenteerde ingenieur Sadi Carnot. In 1824 werden zijn theoretische berekeningen over de processen die zich in de gassen vrij.

Het basisidee belichaamd in de ideale machine kan worden beschouwd als gedrag reversibel proces met ideaal gas. Uitgaande van expansie van het gas isotherm bij de temperatuur _T1. De hoeveelheid warmte die nodig is voor dit doel, - Q _1. Na gas expanderen zonder warmte (een adiabatisch proces). Na het bereiken van de temperatuur _{T2 wordt} het gas isotherm samengedrukt door het passeren van de koelkast energie _Q2. gas terug te keren naar de oorspronkelijke staat wordt adiabatisch uitgevoerd.

De efficiëntie van een ideale Carnot hittemotor de exacte berekening van de verhouding van het temperatuurverschil tussen de verwarmings- en koelinrichting op een temperatuur, die een verwarmingsinrichting heeft. Het ziet er als volgt uit: η = (T ₁ - T ₂₎ / T _1.

Mogelijk thermisch rendement van de machine, welke formule de vorm: η = 1 - _T2 / _T1, hangt alleen af van de waarde van de verhitter en koeler temperaturen en kan niet groter zijn dan 100%.

Bovendien is deze verhouding maakt het mogelijk om te bewijzen dat de efficiëntie van warmte motoren gelijk aan één wanneer de koelkast kan absolute nulpunt temperatuur. Zoals bekend, deze waarde onbereikbaar.

Theoretische berekeningen Carnot mogelijk om maximale efficiëntie van een verbrandingsmotor van een ontwerp te bepalen.

Bewezen Carnot's stelling is als volgt. Willekeurige warmte motor in geen geval in staat om de efficiëntie hoger dan in dezelfde waarden van een ideale warmte-efficiëntie van de motor te hebben.

Een voorbeeld van het oplossen van problemen

Voorbeeld 1. Wat de efficiëntie van een ideaal warmte motor, als de kachel temperatuur 800 C en ^de temperatuur van de koelkast 500 ^C onder?

_T1 = 800 ^{° C} = 1073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

oplossing:

Per definitie: η = _(T1 - _T2) / _T1.

We waren niet gegeven temperatuur van de koelkast, maar AT = (T ₁ - T _2), vandaar:

η = AT / T ₁ = 500K / 1073 K = 0,46.

Antwoord: rendement = 46%.

Voorbeeld 2. Bepaal de efficiëntie van een ideale verbrandingsmotor, als gevolg van de energie verkregen kilojoules ene verwarmingselement nuttig werk verricht 650 J Wat is de temperatuur van de verhitter van de verbrandingsmotor als koelvloeistof -. 400 K?

_Q1 = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, _T2 = 400 K, η - ?, T ₁ =?

oplossing:

In deze taak is een thermische installatie, waarvan de efficiëntie kan worden berekend met de formule:

η = A / _Q1.

Om de temperatuur van de verwarmingsinrichting volgens formule rendement van de ideale verbrandingsmotor bepalen:

η = _(T1 - _T2) / _T1 = 1 - T ₂ / T _1.

Het uitvoeren van wiskundige transformaties, krijgen we:

_T1 = _T2 / (1-η).

_T1 = _T2 / (1- A / _Q1).

We berekenen:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

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

Antwoord: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

feitelijke omstandigheden

Een ideale hittemotor ontworpen met de ideale processen. Het werk wordt uitgevoerd slechts isothermische processen, wordt gedefinieerd als het gebied begrensd door de grafiek van de Carnot cyclus.

In feite, de voorwaarden voor de gasstroom statuswijzigingen in het proces te maken, zonder begeleidende temperatuurswisselingen kunnen niet. Geen dergelijke materialen, die de warmte-uitwisseling met de omringende objecten uitsluit. Adiabatische proces wordt onmogelijk om uit te voeren. Bij warmtewisseling gastemperatuur noodzakelijkerwijs veranderen.

De efficiëntie van de thermische machines die in reële omstandigheden aanzienlijk verschillen van de ideale efficiëntie van motoren. Merk op dat de stroom van processen in de motoren gaat zo snel dat de variatie van de inwendige warmte-energie werkende stof in het proces van het veranderen van het volume niet kan worden gecompenseerd door instroom van warmtehoeveelheid van een verwarmingsinrichting en een koeler rendement.

Andere verbrandingsmotoren

Real motoren werken op verschillende cycli:

• Ottocyclus constant volume proces adiabatische verandering, waardoor een gesloten lus;
• Dieselproces Isobar, adiabatische, isochoor, adiabatische;
• een gasturbine: dat plaatsvindt bij constante druk, adiabatische vervangen sluit de lus.

Maak een evenwicht processen in real-motoren in de moderne technologie (om ze dichter bij de ideale mee te nemen) is niet mogelijk. Efficiëntie van warmte motoren is aanzienlijk lager, zelfs met dezelfde temperatuur condities als in het ideale hitte setting.

Maar het is niet noodzakelijk om de rol berekeningsformule efficiëntie verminderen van de Carnot cyclus, zoals het is, wordt een referentiepunt in de werkwijze om de efficiëntie van echte motoren verbeteren.

Manieren om de efficiëntie te veranderen

Door vergelijking van de gewenste en bestaande verbrandingsmotor, moet worden opgemerkt dat de laatste temperatuur van de koelkast niet willekeurig kan zijn. Meestal koelkast geloven dat de sfeer. Om de temperatuur van de atmosfeer kan slechts bij benadering berekeningen worden. De ervaring leert dat de koelmiddeltemperatuur wordt het uitlaatgas in motoren, zoals het gebeurt in verbrandingsmotoren (afgekort als DVS).

DIC - de meest voorkomende in onze wereld van warmte motor. Efficiency warmte motor in dit geval afhankelijk van de temperatuur die door verbranding van brandstof. Het wezenlijke verschil met DIC stoommachines is de fusie verhitter en de bedieningsinstellingen inrichtingslichaam in een lucht-brandstofmengsel. Brandende mengsel wordt druk gecreëerd op de bewegende delen van de motor.

Het verhogen van de werkende gas temperatuur is bereikt, aanzienlijk veranderen van de eigenschappen van de brandstof. Helaas is het onmogelijk om te doen zonder beperking. Elk constructiemateriaal van de motor verbrandingskamer zijn smeltpunt. De warmteweerstand van dergelijke materialen - het basiskenmerk van de motor, alsmede significante invloed op de efficiëntie.

Waarden motorrendement

Als we kijken naar de stoomturbine, de temperatuur van de werkende stoominlaat gelijk aan 800 K, en het uitlaatgas - 300 K, de efficiëntie van de machine gelijk aan 62%. In werkelijkheid echter, deze waarde niet meer dan 40%. Deze daling wordt veroorzaakt door warmteverlies tijdens verhitting turbinehuis.

De hoogste waarde van het rendement van verbrandingsmotoren niet meer dan 44%. Het verhogen van deze waarde - de kwestie van de nabije toekomst. de eigenschappen van materialen verandert, brandstof - dit is een probleem waarover gebruik van de knapste koppen van de mensheid.