Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Функциональная схема теплового двигателя

Кпд тепловых двигателей кратко. II

Издревле люди пытались преобразовать энергию в механическую работу. Они преобразовывали кинетическую энергию ветра, потенциальную энергию воды и т.д. Начиная, с 18 века начали появляться машины, преобразовывающие внутреннею энергию топлива в работу. Подобные машины работали, благодаря тепловым двигателям.

Тепловой двигатель – прибор, преобразующий тепловую энергию в механическую работу, за счет расширения (чаще всего газов) от высокой температуры.

Любые тепловые двигатели имеют составные части:

  • Нагревательный элемент . Тело с высокой температурой относительно окружающей среды.
  • Рабочее тело. Поскольку работу обеспечивает расширение, данный элемент должен хорошо расширяться. Как правило, используется газ или пар.
  • Охладитель . Тело с низкой температурой.

Рабочее тело получает тепловую энергию от нагревателя. В следствии, оно начинает расширяться и совершать работу. Чтобы система могла вновь совершить работу, её нужно вернуть в исходное состояние. Поэтому рабочее тело охлаждается, то есть излишняя тепловая энергия, как бы сбрасывается в охлаждающий элемент. И система приходит в изначальное состояние, далее процесс повторяется снова.

Вычисление КПД

Для расчета КПД, введем следующие обозначения:

Q 1 –Количество теплоты получаемое от нагревательного элемента

A’– Работа совершаемая рабочим телом

Q 2 –Количество теплоты полученной рабочим телом от охладителя

В процессе охлаждения, тело передает теплоту, поэтому Q 2 4.2 . Всего получено оценок: 293.

И полезные формулы .

Задачи по физике на КПД теплового двигателя

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №1

Вода массой 175 г подогревается на спиртовке. Пока вода нагрелась от t1=15 до t2=75 градусов Цельсия, масса спиртовки уменьшилась с 163 до 157 г Вычислите КПД установки.

Коэффициент полезного действия можно вычислить как отношение полезной работы и полного количества теплоты, выделенного спиртовкой:

Полезная работа в данном случае – это эквивалент количества теплоты, которое пошло исключительно на нагрев. Его можно вычислить по известной формуле:

Полное количество теплоты вычисляем, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания.

Подставляем значения и вычисляем:

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №2

Старый двигатель совершил работу 220,8 МДж, при этом израсходовав 16 килограмм бензина. Вычислите КПД двигателя.

Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:

Или, умножая на 100, получаем значение КПД в процентах:

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №3

Тепловая машина работает по циклу Карно, при этом 80% теплоты, полученной от нагревателя, передается холодильнику. За один цикл рабочее тело получает от нагревателя 6,3 Дж теплоты. Найдите работу и КПД цикла.

КПД идеальной тепловой машины:

Вычислим сначала работу, а затем КПД:

Ответ: 20%; 1,26 Дж.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №4

На диаграмме изображен цикл дизельного двигателя, состоящий из адиабат 1–2 и 3–4, изобары 2–3 и изохоры 4–1. Температуры газа в точках 1, 2, 3, 4 равны T1 , T2 , T3 , T4 соответственно. Найдите КПД цикла.

Проанализируем цикл, а КПД будем вычислять через подведенное и отведенное количество теплоты. На адиабатах тепло не подводится и не отводится. На изобаре 2 – 3 тепло подводится, объем растет и, соответственно, растет температура. На изохоре 4 – 1 тепло отводится, а давление и температура падают.

Ответ: См. выше.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №5

Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найдите КПД цикла.

Запишем формулу для КПД:

Вопросы на тему тепловые двигатели

Вопрос 1. Что такое тепловой двигатель?

Ответ. Тепловой двигатель – это машина, которая совершает работу за счет энергии, поступающей к ней в процессе теплопередачи. Основные части теплового двигателя: нагреватель, холодильник и рабочее тело.

Вопрос 2. Приведите примеры тепловых двигателей.

Ответ. Первыми тепловыми двигателями, получившими широкое распространение, были паровые машины. Примерами современного теплового двигателя могут служить:

  • ракетный двигатель;
  • авиационный двигатель;
  • газовая турбина.

Вопрос 3. Может ли КПД двигателя быть равен единице?

Ответ. Нет. КПД всегда меньше единицы (или меньше 100%). Существование двигателя с КПД равным единице противоречит первому началу термодинамики.

КПД реальных двигателей редко превышает 30%.

Вопрос 4. Что такое КПД?

Ответ. КПД (коэффициент полезного действия) – отношение работы, которую совершает двигатель, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Вопрос 5. Что такое удельная теплота сгорания топлива?

Ответ. Удельная теплота сгорания q – физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива массой 1 кг. При решении задач КПД можно определять по мощности двигателя N и сжигаемому за единицу времени количеству топлива.

Задачи и вопросы на цикл Карно

Затрагивая тему тепловых двигателей, невозможно оставить в стороне цикл Карно – пожалуй, самый знаменитый цикл работы тепловой машины в физике. Приведем дополнительно несколько задач и вопросов на цикл Карно с решением.

Цикл (или процесс) Карно – это идеальный круговой цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм. Назван так в честь французского инженера Сади Карно, который описал данный цикл в своем научном труде «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1894).

Задача на цикл Карно №1

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 73,5 кДж. Температура нагревателя t1 =100° С, температура холодильника t2 = 0° С. Найти КПД цикла, количество теплоты, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

Рассчитаем КПД цикла:

С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, получаемое машиной, используем соотношение:

Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы:

Ответ: 0,36; 204,1 кДж; 130,6 кДж.

Задача на цикл Карно №2

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А=2,94 кДж и отдает за один цикл холодильнику количество теплоты Q2=13,4 кДж. Найти КПД цикла.

Читать еще:  Двигатель 21067 какой бензин лить

Формула для КПД цикла Карно:

Здесь A – совершенная работа, а Q1 – количество теплоты, которое понадобилось, чтобы ее совершить. Количество теплоты, которое идеальная машина отдает холодильнику, равно разности двух этих величин. Зная это, найдем:

Задача на цикл Карно №3

Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его

Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:

  • 1-2. Изотермическое расширение, рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q1;
  • 2-3. Адиабатическое расширение, тепло не подводится;
  • 3-4. Изотермическое сжатие, в ходе которого тепло передается холодильнику;
  • 4-1. Адиабатическое сжатие.

Ответ: см. выше.

Вопрос на цикл Карно №1

Сформулируйте первую теорему Карно

Ответ. Первая теорема Карно гласит: КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида или свойств её рабочего тела.

Вопрос на цикл Карно №2

Может ли коэффициент полезного действия в цикле Карно быть равным 100%?

Ответ. Нет. КПД цикла карно будет равен 100% только в случае, если температура холодильника будет равна абсолютному нулю, а это невозможно.

Если у вас остались вопросы по теме тепловых двигателей и цикла Карно, вы можете смело задавать их в комментариях. А если нужна помощь в решении задач или других примеров и заданий, обращайтесь в

Стационарные щиты управления двигателем MCC / iMCC

Функциональная система Prisma Plus компании Schneider Electric применяется для сборки электрораспределительных щитов низкого напряжения, а также щитов управления электродвигателями любых типов, промышленного и коммерческого применения.

Функциональная схема для реализации щитов управления двигателем рассчитана на питание электродвигателей мощностью не более 37 кВт, стационарная функциональная схема рассчитана на применение выключателей номиналом до 3200А.

Щиты управления двигателем (Motor Control Centers — MCC)

Щит управления двигателем представляет собой распределительный щит, который включает в себя группу устройств, предназначенных для питания электродвигателя, каждое из которых решает отдельную задачу:

  • защита персонала;
  • управление двигателем;
  • защита оборудования от повреждений электричеством.

Среди основных функций, которые обеспечивают решение данных задач:

  • защита от коротких замыканий, позволяющая избежать повреждения оборудования;
  • разъединение – изоляция питающего кабеля двигателя от напряжения питания;
  • тепловая защита, позволяющая избежать перегрева;
  • управление питанием позволяет размыкать и замыкать цепь питания под нагрузкой.

Также присутствует дополнительная функция изоляции, которая обеспечивает безопасность выполняемых на двигателе работ. Данная функция как правило реализуется в непосредственной близости к электродвигателю.

Классы теплового расцепления.

Защита электродвигателя делится на 4 класса, которые основываются на таких параметрах, как:

  • время расцепления как функция пускового тока на интервале до 30 сек. при пусковом токе, в 7,2 раза превышающем номинальный;
  • время расцепления как функция нагрузки двигателя на интервале до 7 мин. при токе, в 1,5 раза превышающем номинальный.

Макс. время расцепления при 7,2 ln , сек

Макс. время расцепления при 1,5 ln , мин

Основные виды подключения питания к электродвигателю

Есть два основных вида подключения.

Питание при помощи 1 компонента.

Данный вариант аппаратуры электропитания заключается в применении пускателя – это контроллер, обеспечивающий основные функции, которые необходимы для питания электродвигателя, а именно: управление питанием (контактор), разъединение и защита от коротких замыканий (автомат. выключатель), а также защита от перегрузок (тепловое реле).

Такой вариант подходит для реализации питания электродвигателей средней и малой мощности (до 15кВт), при этом обеспечивает гарантированную непрерывность работы и оптимальные габариты.

Питание при помощи 3 компонентов.

Этот вариант питания предполагает использование трех устройств:

  • автомата защиты двигателя или выключателя нагрузки с предохранителем – разъединение и защита от кор. замыканий;
  • тепловое реле – защита от перегрузок;
  • контактор – управление питанием.
  • Такой вид питания использовать можно для электродвигателей разной степени сложности, типов и назначения.

Разделение основных функций обеспечивает гибкость при выборе компонентов, что также позволяет удовлетворять ограничениям и требованиям разнообразных электроустановок.

iMCC – интеллектуальные щиты управления электродвигателем.

MCC, или щит управления двигателем, тогда называют интеллектуальным (intelligent Motor Control Centers – iMCC), когда основные его функции управления связаны с ПЛК (программируемым логическим контроллером) таким образом, что он может получать и анализировать информацию о состоянии двигателя и на ее основе воздействовать на компоненты его питания.

Преимущества iMCC:

  • сокращение ввода в эксплуатацию;
  • улучшение общей эффективности реализации, сокращение времени разработки и монтажа;
  • улучшение защиты двигателя;
  • сокращение времени простоя;
  • сокращение стоимости эксплуатации.

Коммуникационные архитектуры реализации iMCC:

  • контроллер + коммуникационная шина;
  • модуль ввода/вывода + коммуникационная шина;
  • подключение «точка – точка».

Щиты МСС и iMCC выполнены на основе металлоконструкции серии Prisma Plus, функциональная система которой состоит из одного либо нескольких каркасов, соединенных один за другим или в ряд, которые могут быть установлены на различные двери или панели.

Двери и панели крепятся при помощи защелок к одной и той же раме, образуя конструкцию со степенью защиты IP55 или IP30. Непрерывность электроцепи обеспечивается без использования жгутов или зажимов для соединения с корпусом.

Двери могут быть прозрачными и непрозрачными, навешиваются с любой из сторон. Петли фиксируются на шпильках поворотом на четверть оборота. Ручка фиксируется в гнезде защелкиванием.

Система распределения тока.

Распределение тока во все места щита обеспечивают горизонтальные и вертикальные силовые шины (последние расположены в боковом отсеке).

Комплектные функциональные блоки.

Функциональные блоки легко стыкуются между собой благодаря модульной конструкции. Для электрического подключения и механического крепления на объекте они снабжены всем необходимым.

Каждый функциональный блок включает в себя:

  • монтажную плату для установки устр-в;
  • устройства защиты, мониторинга и управления двигателя;
  • комплекты для подключения к силовым шинам;
  • переднюю защитную панель;
  • устройства, которые облегчают подключение на объекте.

Все элементы Prisma Plus, в том числе функциональные блоки, рассчитывались и тестировались с учетом рабочих характеристик коммутационных аппаратов. Такой подход обеспечивает надежную работу электроустановки, а также высокую безопасность для персонала, обслуживающего оборудование.

Читать еще:  Аккумулятор разряжается при работе двигателя

Адаптируемость электроустановки.

Модульная структура щитов Prisma Plus позволяет легко их модернизировать. По мере необходимости вы можете добавлять новые функциональные возможности, а зарезервированное для будущего использования пространство не нужно как-либо оборудовать.

Применение стандартных комплектующих в совокупности с полной доступностью аппаратуры обеспечивают быстроту и удобство проведения техобслуживания на отключенном щите.

Все электрические распределительные щиты Prisma Plus изготавливаются в соответствии со стандартами Schneider Electric и отвечают международным требованиям качества ГОСТ 22789-94 (МЭК 60439_1).

Принципиальная схема теплового двигателя Нагреватель Т 1 Холодильник Т 2 Рабочее тело. — презентация

Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемПолина Горяинова

Похожие презентации

Презентация на тему: » Принципиальная схема теплового двигателя Нагреватель Т 1 Холодильник Т 2 Рабочее тело.» — Транскрипт:

1 Принципиальная схема теплового двигателя Нагреватель Т1 Холодильник Т2 Рабочее тело

2 План: -аргумент -пример

4 ТЕМА УРОКА «Коэффициент полезного действия тепловых двигателей» Задачи урока:

5 Задача 1. Определить КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 15 МДж потребовалось израсходовать 1,2 кг топлива с удельной теплотой сгорания 42 МДж. Для решения данной задачи необходимо ответить на вопросы: — что является полезной работой? — что является нагревателем? — какие тепловые процессы происходят в нагревателе? — по какой формуле нужно рассчитать количество теплоты, передаваемое нагревателем? — какой из трех формул КПД лучше воспользоваться в данной задаче?

6 Задача 1. Определить КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 15 МДж потребовалось израсходовать 1,2 кг топлива с удельной теплотой сгорания 42 МДж. Для решения данной задачи необходимо ответить на вопросы: — что является полезной работой? — что является нагревателем? — какие тепловые процессы происходят в нагревателе? — по какой формуле нужно рассчитать количество теплоты, передаваемое нагревателем? — какой из трех формул КПД лучше воспользоваться в данной задаче? Вопрос: что означает «КПД двигателя трактора равен 30%?»

7 В двигателе внутреннего сгорания было израсходовано 0,5 кг горючего, теплота сгорания которого 46·10 6 Дж/кг при этом двигатель совершил 7·10 6 Дж полезной работы. Каков его КПД? В тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определить КПД машины. Полезная мощность двигателей самолёта равна 2300 к Вт. Каков КПД двигателей, если при средней скорости 250 кмч они потребляют 288 кг керосина на 100 км пути?

9 КПД современных серийных ГТД для различных классов мощности

10 Может ли КПД быть равен или больше 100%? Как можно увеличить КПД? Приведет ли увеличение Qн к увеличению полезной работы? К увеличению КПД? Приведет ли уменьшение Qх к увеличению полезной работы? К увеличению КПД? Что выгоднее: увеличивать Qн или уменьшать Qх? (Проводят математический анализ – это удобнее делать на последней формуле КПД) Что технически легче (возможнее): увеличивать Qн или уменьшать Qх? С чем связаны данные проблемы? ВОПРОСЫ

11 СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ КПД (разминка) ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ТОПЛИВА ОТСУТСТВИЕ СМАЗКИ В РАБОЧИХ ЧАСТЯХ МЕХАНИЗМОВ УМЕНЬШЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ ЦИЛИНДРА УМЕНЬШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ « ХОЛОДИЛЬНИКА » УЛУЧШАТЬ ГЕРМЕТИЧНОСТЬ КАРТЕРА ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ УТЕЧКИ ПАРОВ БЕНЗИНА ИЗ ТОПЛИВНОГО БАКА АДСОРБЦИЕЙ И ОТСАСЫВАНИЕМ ПАРОВ ВО ВПУСКНУЮ СИСТЕМУ.

13 То, что помогает повышению качества обучения То, что мешает повышению качества обучения

14 Задание для самоподготовки: выучить теоретическую часть по конспекту в тетради, задачник А.П.Рымкевич 679, задача 2 «Тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдает холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины?» Дополнительно: оценить КПД судового дизельного двигателя (см.ниже)

Принцип действия и КПД тепловых двигателей. Физика. 10 класс.

Принцип действия и КПД тепловых двигателей. Физика. 10 класс.

  • Оглавление
  • Занятия
  • Обсуждение
  • О курсе
Вопросы

Задай свой вопрос по этому материалу!

Поделись с друзьями
Комментарии преподавателя

Прин­цип дей­ствия теп­ло­во­го дви­га­те­ля

1. Тепловые двигатели

Темой про­шло­го урока был пер­вый закон тер­мо­ди­на­ми­ки, ко­то­рый за­да­вал связь между неко­то­рым ко­ли­че­ством теп­ло­ты, ко­то­рое было пе­ре­да­но пор­ции газа, и ра­бо­той, со­вер­ша­е­мой этим газом при рас­ши­ре­нии. И те­перь при­шло время ска­зать, что эта фор­му­ла вы­зы­ва­ет ин­те­рес не толь­ко при неких тео­ре­ти­че­ских рас­чё­тах, но и во вполне прак­ти­че­ском при­ме­не­нии, ведь ра­бо­та газа есть не что иное как по­лез­ная ра­бо­та, какую мы из­вле­ка­ем при ис­поль­зо­ва­нии теп­ло­вых дви­га­те­лей.

Опре­де­ле­ние. Теп­ло­вой дви­га­тель – устрой­ство, в ко­то­ром внут­рен­няя энер­гия топ­ли­ва пре­об­ра­зу­ет­ся в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту (рис. 1).

Рис. 1. Раз­лич­ные при­ме­ры теп­ло­вых дви­га­те­лей (Ис­точ­ник), (Ис­точ­ник)

Как видно из ри­сун­ка, теп­ло­вы­ми дви­га­те­ля­ми яв­ля­ют­ся любые устрой­ства, ра­бо­та­ю­щие по вы­ше­ука­зан­но­му прин­ци­пу, и они ва­рьи­ру­ют­ся от неве­ро­ят­но про­стых до очень слож­ных по кон­струк­ции.

Все без ис­клю­че­ния теп­ло­вые дви­га­те­ли функ­ци­о­наль­но де­лят­ся на три со­став­ля­ю­щие (см. рис. 2):

  • На­гре­ва­тель
  • Ра­бо­чее тело
  • Хо­ло­диль­ник

Рис. 2. Функ­ци­о­наль­ная схема теп­ло­во­го дви­га­те­ля (Ис­точ­ник)

2. Работа газа в тепловых двигателях

На­гре­ва­те­лем яв­ля­ет­ся про­цесс сго­ра­ния топ­ли­ва, ко­то­рое при сго­ра­нии пе­ре­да­ёт боль­шое ко­ли­че­ство теп­ло­ты газу, на­гре­вая тот до боль­ших тем­пе­ра­тур. Го­ря­чий газ, ко­то­рый яв­ля­ет­ся ра­бо­чим телом, вслед­ствие по­вы­ше­ния тем­пе­ра­ту­ры, а сле­до­ва­тель­но, и дав­ле­ния, рас­ши­ря­ет­ся, со­вер­шая ра­бо­ту . Ко­неч­но же, так как все­гда су­ще­ству­ет теп­ло­пе­ре­да­ча с кор­пу­сом дви­га­те­ля, окру­жа­ю­щим воз­ду­хом и т. д., ра­бо­та не будет чис­лен­но рав­нять­ся пе­ре­дан­ной теп­ло­те – часть энер­гии ухо­дит на хо­ло­диль­ник, ко­то­рым, как пра­ви­ло, яв­ля­ет­ся окру­жа­ю­щая среда.

Проще всего можно пред­ста­вить себе про­цесс, про­ис­хо­дя­щий в про­стом ци­лин­дре под по­движ­ным порш­нем (на­при­мер, ци­линдр дви­га­те­ля внут­рен­не­го сго­ра­ния). Есте­ствен­но, чтобы дви­га­тель ра­бо­тал и в нём был смысл, про­цесс дол­жен про­ис­хо­дить цик­ли­че­ски, а не ра­зо­во. То есть после каж­до­го рас­ши­ре­ния газ дол­жен воз­вра­щать­ся в пер­во­на­чаль­ное по­ло­же­ние (рис. 3).

Рис. 3. При­мер цик­ли­че­ской ра­бо­ты теп­ло­во­го дви­га­те­ля (Ис­точ­ник)

Читать еще:  В чем преимущество двигателей с турбиной

Для того чтобы газ воз­вра­щал­ся в на­чаль­ное по­ло­же­ние, над ним необ­хо­ди­мо вы­пол­нить некую ра­бо­ту (ра­бо­та внеш­них сил). А так как ра­бо­та газа равна ра­бо­те над газом с про­ти­во­по­лож­ным зна­ком, для того чтобы за весь цикл газ вы­пол­нил сум­мар­но по­ло­жи­тель­ную ра­бо­ту (иначе в дви­га­те­ле не было бы смыс­ла), необ­хо­ди­мо, чтобы ра­бо­та внеш­них сил была мень­ше ра­бо­ты газа. То есть гра­фик цик­ли­че­ско­го про­цес­са в ко­ор­ди­на­тах P-V дол­жен иметь вид: за­мкну­тый кон­тур с об­хо­дом по ча­со­вой стрел­ке. При дан­ном усло­вии ра­бо­та газа (на том участ­ке гра­фи­ка, где объём рас­тёт) боль­ше ра­бо­ты над газом (на том участ­ке, где объём умень­ша­ет­ся) (рис. 4).

Рис. 4. При­мер гра­фи­ка про­цес­са, про­те­ка­ю­ще­го в теп­ло­вом дви­га­те­ле

Раз мы го­во­рим о неко­ем ме­ха­низ­ме, обя­за­тель­но нужно ска­зать, каков его КПД.

Паровая турбина

В современной технике широко применяют 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.

Ротор паровой турбины

Схема устройства простейшей паровой турбины приведена на рисунке 28. На вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закреплены лопатки 2. Около лопаток расположены трубы — сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.

Схема паровой турбины

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

На электростанциях с турбиной соединён генератор электрического тока. Частота вращения вала турбин достигает 3000 оборотов в минуту, что является очень удобным для приведения в движение генераторов электрического тока.

В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких киловатт до 1 200 000 кВт.

Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.

Постепенно находят всё более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания газа.

КПД теплового двигателя

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты. Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Часть энергии передаётся атмосфере — холодильнику — вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя — КПД.

Отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия обозначают η (греч. буква «эта»).

КПД теплового двигателя определяют по формуле

где Ап — полезная работа, Q1 — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 — количество теплоты, отданное холодильнику, Q1 — Q2 — количество теплоты, которое пошло на совершение работы. КПД выражается в процентах.

Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвёртую часть. Тогда коэффициент полезного действия двигателя равен ¼, или 25% .

КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40%, паровых турбин — немногим выше 30%.

Домашняя работа

Задание 1. Ответить на вопросы.

  1. Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?
  2. В чём отличие в устройстве турбин и поршневых машин?
  3. Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает?
  4. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?
  5. Что называют КПД теплового двигателя?
  6. Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100%?

Задание 2. Решить задачи.
☝ При равномерном перемещении груза массой 30 кг по наклонной плоскости была приложена сила 80 Н. Вычисли КПД плоскости, если ее длина 3,6 м, а высота – 60 см.
☝ Какова длина наклонной плоскости, если при перемещении груза массой 1 кг была приложена сила 5 Н? Высота наклонной плоскости 0,2 м, а КПД 80%.
☝ Груз массой 300 кг подняли с помощью рычага на высоту 0,5 м. При этом к длинному плечу рычага была приложена сила 500 Н, а точка приложения силы опустилась на 4 м. Вычислите КПД рычага.
☝ Какая сила была приложена к длинному плечу рычага с КПД 40%, если груз массой 100 кг был поднят на высоту 10 см, а длинное плечо рычага опустилось на 50 см?

ИНТЕРЕСНО

1. Мощные механизмы приводят в движение не паровыми поршневыми машинами, а паровыми турбинами. Ведь поршневые машины при той же мощности имеют большие размеры и вес и меньший кпд. В ряде случаев это технически неудобно и экономически невыгодно.

2. Чтобы поднять КПД парового двигателя стенки парового котла лучше делать из железа или меди.
Эти металлы улучшат теплопроводность котла и этим поднимут его КПД. Кстати, слой накипи ухудшает теплопроводность котла и приводит к появлению на нем трещин и, в конце концов, к порче котла, поэтому-то так необходимо очищать котел от накипи.

К занятию прикреплен файл «Изобретение и распространение паровых турбин.». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector