Varmemotor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. november 2019; checks kræver 40 redigeringer .

En varmemotor er en varmemotor, der bruger varme fra eksterne kilder ( ekstern forbrændingsmotor ) eller opnået fra forbrænding af brændstof inde i motoren (i forbrændingskammeret eller cylindrene i en forbrændingsmotor ) til at blive omdannet til mekanisk energi ( translationsbevægelse ). eller rotation af udgangsakslen). I overensstemmelse med termodynamikkens love har sådanne motorer en effektivitet på mindre end én, hvilket betyder, at varme ikke omdannes fuldstændigt til mekanisk energi. Afhængigt af motorens design forlader fra 40 til 80 procent af den indkommende (eller frigivede indvendige) energi bilen i form af lavtemperaturvarme, som i nogle tilfælde bruges til at opvarme kabinen (jordtransport), boligbygninger og strukturer (til stationære stationære motorer), eller blot udsendes til atmosfæren (flymotorer, laveffektsmotorer af håndværktøj, bådmotorer og lignende). I sådanne tilfælde taler man om brændstofvarmeudnyttelsesfaktoren , som er højere end selve motorens virkningsgrad [1] .

Et vigtigt aspekt af enhver varmemotor er typen og mængden af brændstof , den bruger , og den deraf følgende miljøforurening . Dampturbiner, der omdanner varmen fra en atomreaktor og solvarmestationer, forbrænder ikke brændstof, mens resten afhænger af de tilgængelige energibærere, som i mange tilfælde transporteres langvejs fra. Helheden af tilgængelige varmemotorer i staten (konvertering af energi til sekundære motorer, normalt elektriske) på brændstofudvindingssteder og transportinfrastruktur til dets transport kaldes brændstof- og energikomplekset . Varmemotorer er primære , i modsætning til sekundære (elektriske, hydrauliske motorer og andre, der modtager energi fra primære) [2] .

Teori

Arbejdet udført af motoren er:

A=Q_{H}-\left|Q_{X}\right|\

, hvor:

$Q_{H}$ - mængden af varme modtaget fra varmelegemet,
$Q_{X}$ - mængden af varme, der gives til køleren.

Ydelseskoefficienten (COP) for en varmemotor beregnes som forholdet mellem det arbejde, motoren udfører, og mængden af varme modtaget fra varmeren: $\eta ={\frac {\left|Q_{H}\right|-\left|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}=1-{\frac {\ venstre|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}$

En del af varmen går uundgåeligt tabt under transmissionen, så motoreffektiviteten er mindre end 1. Carnot-motoren har den maksimalt mulige effektivitet . Carnot-motorens effektivitet afhænger kun af de absolutte temperaturer på varmeren( ) og køler( ): $T_{H}$ $T_{X}$

\eta _{K}={T_{H}-T_{X} \over T_{H}}=1-{T_{X} \over T_{H}}

Afhængigt af motorens design kan dens teoretiske effektivitet dog være mindre end for Carnot-cyklussen. Så for den mest almindelige Otto-motor, der kører på Otto-cyklussen , er den teoretiske effektivitet af cyklussen:

\eta =1-{\frac {1}{n^{{k-1))))

, hvor:

$n=V_{1}/V_{2}$ - kompressionsforhold ,
$k$ er det adiabatiske indeks .

Den såkaldte indikatoreffektivitet er mindre end den teoretiske, som viser ufuldkommenheden af den cyklus, der udføres (forskellen mellem indikatordiagrammet og den teoretiske på grund af varmetab til væggene, ikke-nul gasopvarmningstid, cylinder påfyldning og rengøring).

Til gengæld er den effektive effektivitetsfaktor (under hensyntagen til alle tab op til udgangsakslen) endnu mindre med summen af mekaniske tab og tab på drevet af motorsystemer (oliepumpe, gasdistributionssystemer, kølesystemer og andre - afhængigt af enheden).

Varme motorcyklusser

Næsten ethvert designet design af en varmemotor bruger en termodynamisk cyklus , der viser ændringen i arbejdsvæskens tilstand . Dette gælder ikke for solid state-motorer, som ændrer tilstanden af motorens struktur, og ikke gassen eller væsken inde i den. De mest kendte er Rankine-cyklussen , den regenerative cyklus (dampmaskiner), den klassiske Otto -cyklus og Diesel-cyklussen .

Varmemotorer til ekstern forbrænding

Sådanne motorer blev tidligere udbredt på grund af deres uhøjtidelighed over for brændstoftypen, en enklere enhed og ubrugeligheden i tidlige versioner (dampmaskine) af opstarts-, tændings- og kølesystemer. De gav en kraftig impuls til industrialiseringen, da miner, tøj og andre fabrikker blev mekaniseret med deres hjælp, derefter transport (jernbane). Forbedrede nye kredsløb af sådanne motorer forsyner verden med det meste af den producerede elektricitet (termiske kraftværker, atomkraftværker, termiske kraftværker, solenergianlæg med kedelopvarmning). De nyeste modeller af damplokomotiver bruges stadig i dag på grund af deres enkelhed og forbruget af træstøv som brændstof. Nogle (Stirling-motor) er blevet brugt i rumfartøjer.

Dampmaskine

En varmemotor, hvor vanddampens potentielle energi omdannes til mekanisk arbejde ved, at et stempel bevæger sig frem- og tilbagegående eller roterende under damptryk i en lukket cylinder. Enhver dampmaskine er frem- og tilbagegående, og der er ingen ikke-frem- og tilbagegående dampmaskiner. Den fungerer altid sammen med en dampkedel , som er en ekstern varmekilde til selve dampmaskinen. [3]
Dampmaskinen er den ældste varmemotor, hvis første design går tilbage til det 17. århundrede. Først blev det udelukkende brugt i stationære applikationer (pumper til minevande, kørevogne), derefter blev det installeret på sådanne køretøjer som et damplokomotiv , dampbåd , dampvogn . Nemt at vende. Har en bred vifte af driftshastigheder med moderat effektivitet (tidlige versioner omkring 4%, de seneste 12..14% [4] .

Dampturbine

En varmemotor, hvor vanddampens potentielle energi omdannes til kinetisk energi, og som igen omdannes til mekanisk rotationsenergi af akslen. [5] Driften af en dampturbine er baseret på udvidelsen af vanddamp, der tilføres gennem dyser til turbinevingemaskinen, som på grund af den kinetiske energi fra dampstrålerne, der virker på rotorbladene, giver mekanisk arbejde på turbineakslen . [6]
Fungerer altid sammen med en dampkedel eller dampgenerator , som er en ekstern varmekilde til selve dampturbinen.
Det bruges i kraftige industrielle varme- og kraftværker: ved termiske og atomkraftværker, hvor en god effektivitet af dampturbiner opretholdes på grund af høje damphastigheder (temperatur, tryk) og enhedens driftstilstand tæt på maksimal effekt. [7]

Stirling motor

En varmemotor, hvor arbejdsvæsken i form af en gas bevæger sig i et lukket volumen, på grund af periodisk opvarmning og afkøling, med udvinding af energi fra den resulterende trykændring. Det kan fungere ikke kun fra brændstofforbrænding, men også fra enhver varmekilde. [8] Anvendelse: skibe, stationære kraftværker, rumfartøjer. [9]

Forbrændingsvarmemotorer

Forbrændingsmotorer - en samlet betegnelse for varmemotorer, der omdanner brændstoffets kemiske energi til arbejde på grund af dets forbrænding inde i selve motoren i et forbrændingskammer specielt designet til dette formål , som er organisk inkluderet i selve motorens design. og er dets integrerede element. Arbejdsvæsken i enhver forbrændingsvarmemotor er altid produkter fra brændstofforbrænding. Arbejdet med at udvide de gasformige forbrændingsprodukter i sådanne motorer er organiseret på forskellige måder og kan forekomme på grund af akslens rotation, på grund af jetstrømmen fra forbrændingsprodukterne eller kombineret. Der er følgende typer forbrændingsvarmemotorer: frem- og tilbagegående, hvor arbejdet med at udvide de gasformige forbrændingsprodukter udføres i en cylinder (opfattet af et stempel, hvis frem- og tilbagegående bevægelse omdannes til rotationsbevægelse af krumtapakslen) eller anvendes direkte i den maskindrevne; gasturbiner, hvor arbejdet med at udvide forbrændingsprodukterne opfattes af rotorens arbejdsblade; reaktive, som bruger det stråletryk, der opstår, når forbrændingsprodukterne strømmer ud af dysen. [ti]

Forbrændingsvarmemotorer er nyere og komplekse designs af varmemotorer. De har høje specifikke masseindikatorer, derfor har de modtaget hovedansøgningen inden for transport. På grund af den intensive arbejdsproces har de mindre varmeoverførsel til væggene, hvilket giver en højere termisk effektivitet. De eneste motorer, der giver flyvninger, inklusive rummotorer (i kredsløb).

Frem- og tilbagegående forbrændingsmotor

En varmemotor, der omdanner forbrændingsvarmen af brændstof til mekanisk arbejde ved at brænde en forkomprimeret brændstof-luftblanding inde i en cylinder med et frem- og tilbagegående eller roterende stempel. Den mest almindelige (efter antal) varmemotor. Det er den vigtigste motortype for alle landmotorkøretøjer, fra knallerter til diesellokomotiver. Det bruges også i småskala mekanisering, i mobile kraftværker, på flod- og søfartøjer som en hovedmotor eller en økonomisk motor. En funktion er god effektivitet i brede effektområder.

Gasturbinemotor

En varmemotor, der omdanner forbrændingsvarmen af brændstof til den kinetiske energi af en jetstrøm eller til mekanisk arbejde på en aksel, hvis hovedelementer er en turbolader og et forbrændingskammer. Den bruges i stationære kraftværker og som motor til forskellige transportkøretøjer. Den mest kendte applikation er jetfly. Den har et relativt snævert effektområde med tilstrækkelig effektivitet, men højere vægt- og størrelsesindikatorer i forhold til stempelforbrændingsmotorer.

Jetmotor

Samtidig er det en mover (det giver kraft i form af fremadgående bevægelse af gas). Det bruges i luftfart ( jetfly ) og astronautik ( kemisk raketmotor ). Kan arbejde i vakuum (både brændstof og oxidationsmiddel leveres til forbrændingskammeret).

Atypiske varmemotorer

Klassificeringen af forbrændingsvarmemotorer omfatter også skydevåben [11] , en dieselhammer og en fristemplet gasgenerator .

Solid state motorer

Sådanne motorer bruger et fast materiale (stof i en fast fase) som arbejdsvæske. Arbejdet udføres ved at ændre formen på den arbejdende krop. Tillader brug af små temperaturforskelle. [12]

Eksempler:

Johnson termoelektrisk energikonverter (JTEC) - bruger elektrokemisk oxidation og reduktion af brint i et par celler, implementerer en termisk cyklus tæt på John Ericsson -cyklussen [13]
metalmotorer, der bruger formændringen af forskellige hårde legeringer på grund af temperatur, såsom formhukommelsessammensætninger eller termisk udvidelse af faste stoffer [14]

Noter

↑ TERMISKE KRAFTVÆRK (TPP'er) . helpiks.org . Hentet 5. marts 2021. Arkiveret fra originalen 30. april 2018. (ubestemt)
↑ Type - primus motor - The Great Encyclopedia of Oil and Gas, artikel, side 1 . www.ngpedia.ru _ Hentet 5. marts 2021. Arkiveret fra originalen 14. januar 2019. (ubestemt)
↑ "Dampmaskiner". - S. 7. 1-1. Konceptet for dampmaskinens arbejde og enhed.
↑ Damplokomotivets effektivitet . www.modelzd.ru _ Hentet 6. marts 2021. Arkiveret fra originalen 1. april 2021. (ubestemt)
↑ "Varmemotorer". - S. 7. 1-1. Dampturbiner. Kort udviklingshistorie. (stk. 1).
↑ "Varmemotorer". - S. 7. 1-1. Dampturbiner. Kort udviklingshistorie. (afsnit 3).
↑ "Varmemotorer". - S. 5. 1-1. Introduktion.
↑ "Marine eksterne forbrændingsstempelmotorer (Stirling-motorer)". — S. 10. §2 Driftsprincip.
↑ "Marine eksterne forbrændingsstempelmotorer (Stirling-motorer)". — S. 4. Forord.
↑ Forbrændingsmotor - Great Russian Encyclopedia . Stor russisk encyklopædi . Hentet 23. maj 2021. Arkiveret fra originalen 10. august 2020. (Russisk)
↑ Landsberg G.S. Elementær lærebog i fysik. Bind I. Mekanik. Varme. Molekylær fysik. - M .: Nauka , 1971. - Oplag 300.000 eksemplarer. - s. 647
↑ magasinet "Technology of Youth"[ afklare ]
↑ Johnson Thermoelectric Energy Conversion System (JTEC) (artikel). Bright Hub (26. september 2010). Hentet 26. september 2010. Arkiveret fra originalen 7. oktober 2010. (ubestemt)
↑ magasin "Technology of Youth" 1976 nr. 11, side 44 - "Og Carnot forudså dette",

Litteratur

I. N. Nigmatulin, P. N. Shlyakhin, V. A. Tsenev. "Varmemotorer" / I. N. Nigmatulin. - Moskva: Higher School, 1974. - 375 s.
A. L. Burov. "Varmemotorer" tutorial . - Moskva: MGIU, 2008. - S. 214-219. — 224 s. — ISBN 978-5-2760-1604-7 .
B.S. Stechkin. "Udvalgte skrifter: Theory of Heat Engines" . - Moskva: Fizmatlit, 2001. - 432 s. — ISBN 5-9221-0101-3 .
E. L. Myshinsky, M. A. Ryzhkov-Dudonov. "Marine eksterne forbrændingsstempelmotorer (Stirling-motorer)" . - Leningrad: "Skibsbyggeri", 1976. - 76 s.
G.S. Zhiritsky. "Dampmaskiner" . - Moskva: "Gosenergoizdat", 1951. - 281 s.
V. S. Beniovich, G. D. Apazidi, A. M. Boyko. "Roto-stempelmotorer" / I. K. Ageev. - Moskva: "Engineering", 1968. - 151 s.
N.S. Khanin, S.B. Chistozvonov. "Automotive roterende stempelmotorer" . - Moskva: MASHGIZ, 1964. - 184 s.
Orir J. Fysik, fuldt kursus = Fysik af Jay Orear, Cornell University / pr. fra engelsk. og videnskabelig redigering af Yu. G. Rudogo og A. V. Berkov. - 2. - Moskva: "Forlag" KDU ", 2010. - S. 231-262. — 752 s. - ISBN 978-5-98227-366-6 .