Фгоу спо ленинградский технический колледж
РЕФЕРАТ
На тему:
< Виды тепловых двигателей>
Подготовил: уч-ся группы 1м
Каменев николай
2010г
Виды тепловых двигателей.
Тепловые двигатели - машины, в которых внутренняя энергия топлива
превращается в механическую энергию.
Виды двигателей:
-паровая машина,
-двигатель внутреннего сгорания,
-паровая и газовая турбины,
-реактивный двигатель.
Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И. И. Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину. Свою машину И. И. Ползунов начал строить в 1764 г. К нему прикомандировали четырех учеников, которых он должен был обучить не только теории, но и ремеслам. Машина была изготовлена в декабре 1765 г. А в мае 1766 г. ее создатель умер от чахотки. Машина была испытана уже после его смерти в октябре 1766 г. и работала, в общем, удовлетворительно. Как всякий первый образец, она нуждалась в доработке, к тому же в ноябре обнаружилась течь котла. Но изобретателя не было в живых, а без него устранением недостатков никто не занимался. Машина бездействовала до 1779 г., а затем была разобрана.
Один из самых распространенных тепловых двигателей существующий в двух вариантах: в виде бензинового ДВС и дизеля. Сегодня проектируются ДВС, в которых в качестве горючего будет использоваться водород. 1876 год – Николаус Отто. Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный ДВС. 1-ый такт - впуск (всасывание) . Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-ой такт сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-ий такт рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.Из четырех тактов только один - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию).
, двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в Р. д. могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Р. д. (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов.
История создания дизельного двигателя
Изобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) родился 18 марта 1858 года в Париже, его родители эмигрировали во Францию из Германии. Когда мальчику было 11 лет, началась Франко-прусская война, из-за которой семье Рудольфа вновь пришлось эмигрировать, на этот раз в Англию. Через некоторое время он уезжает к родственникам в немецкий город Аугсбург, там заканчивает училище (1873 год) и поступает в политехническую школу. А уже в 1875 году Рудольф с блеском сдает вступительные экзамены в Высшую политехническую школу в Мюнхене, которую впоследствии успешно оканчивает.В 20-летнем возрасте Дизель возвращается во Францию, чтобы стать главой парижского завода акционерного общества Le refrigerateur («Холодильник»). На этом месте он проработал 12 лет и стал одним из членов правления Акционерного общества холодильных машин. За это время он создал много чертежей и расчетов двигателей, работающих на аммиаке. Дизель фонтанировал идеями построения двигателей для самых разных агрегатов – от моторчиков для швейных машинок до устройств, работающих на солнечных батареях. Он пытался рассчитать самый эффективный двигатель с лучшим КПД.С этим багажом бумаг в 1890 году Рудольф отправился в Берлин, где его посетила гениальная идея. Сам он описал это событие так: «В неустанной погоне за целью, в итоге бесконечных расчетов родилась наконец-то идея, наполнившая меня огромной радостью. Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него распыленное топливо и одновременно с сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».Блестящая идея, пришедшая на ум Дизелю, дала старт огромной работе, началом которой послужил патент, носящий название «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателей», выданный 28 февраля 1892 года. Через год был создан первый опытный двигатель, его собрали в Аугсбурге под руководством Дизеля. Во время его испытаний создавались и другие опытные модели, по истечении трех лет работы было создано еще три мотора, последние два из них показали более-менее стабильный ход.Первый образец работал на угольной пыли, но в нем не охлаждались стенки с помощью воды. Для второго образца в качестве топлива выбрали керосин, это дало результат – во время испытаний в 1894 году он работал без нагрузки. Опираясь на данные, полученные во время опытов, ученый создает третий образец, в котором учтены ошибки первых двух. Этот вариант был сырым макетом современного дизельного двигателя, в нем использовался сжатый воздух для подачи топлива в цилиндры и распыления. Третья модель во время испытаний 1 мая 1895 года проработала 30 минут, а впоследствии были проведены тесты с различными нагрузками.Четвертая версия, самая совершенная из всех предыдущих, была создана в 1896 году. Мощность этой модели составила 20 л. с., давление в цилиндрах достигало 35 атмосфер, температура воздуха при сжатии составляла 600-800 градусов по Цельсию, что позволяло использовать ее в промышленных целях. КПД этого мотора был около 34%, что превышало на 15% показатели лучших паровых машин. Измерения зимой 1897 года показали расход 0,24 г керосина на 1 л. с. в час, эффективный КПД составлял 0,26, а термический – 0,29. Таким образом, этот двигатель являлся лучшим силовым агрегатом того времени.Первый дизельный двигатель был создан в 1897году на заводе в Аугсбурге. Его высота составляла 3 м, он развивал 172 об./мин., единственный цилиндр имел диаметр 250 мм, ход поршня составлял 400 мм, а мощность варьировалась от 17,8 до 19,8 л. с. Расход топлива составлял 258 г нефти на 1 л. с. в час, термический КПД достиг 26,2%. Этот мотор был представлен на выставке паровых машин в 1898 году в Мюнхене. В одночасье Рудольф Дизель стал богачом – очень много компаний решило купить лицензии на его производство. Деньги дали возможность ученому заняться коммерцией – он покупал и продавал фирмы, стал основателем завода по производству электропоездов и даже вкладывал деньги в католические лотереи. Однако исследования он забросил.Первые выпущенные дизельные двигатели оказались недееспособными из-за заводских просчетов. Производители не задумались над тем, что создание двигателя требовало высокой точности в изготовлении деталей и использовании жаропрочных материалов. Это было слишком дорого для заводов, поэтому вскоре в адрес Дизеля понеслась жесткая критика. Его обвиняли в обмане, так как предприятия хотели наладить массовое производство дизелей, но из-за больших затрат они могли позволить себе лишь мелкосерийные партии. К их возмущениям присоединяются владельцы угольных шахт и прочие завистники. Под такой аккомпанемент фабрика в Аугсбурге, принадлежавшая Дизелю, стала банкротом.
Рудольф начал налаживать связи с другими странами, он обратился к промышленникам из Франции, Австрии, Швейцарии, России, Америки и Бельгии. Так, права на производство и продажу дизельных двигателей купил Альфред Нобель, который собирался наладить эту работу в России. В 1898 году Эммануил Нобель сделал возможным производство дизельных моторов на фамильном заводе в Петербурге. В этом же году при содействии Нобеля был создан первый в мире двигатель с внутренним смесеобразованием. И уже через год заработал первый дизельный двигатель. Всего в 1899 году их было выпущено 7 штук мощностью 30 и 40 л. с. А через 13 лет штат работников завода увеличился до 1000 человек, что позволило наладить выпуск более 300 моторов в год.В 1908 году Дизель приступил к созданию двигателя, пригодного для работы с автомобилем. Он создал опытный экземпляр, по размерам и массе подобный бензиновому, который установил на грузовик, но тесты двигатель не прошел. Примерно в эти же годы его вновь признают на родине как выдающегося ученого и вручают диплом доктора-инженера в присутствии кайзера Вильгельма II. Помимо исследований по части двигателя Рудольф занимался созданием огнемета, работал с зажигательными смесями. Еще он дорабатывал конструкцию реверсивного судового четырехконтактного мотора. В последнем он добился хороших результатов, благодаря чему в конце лета 1913 года его позвали в Англию.
Смерть Рудольфа Дизеля так и осталась загадкой для человечества. Это произошло 29 сентября 1913 года на лайнере «Дрезден». Корабль выехал из гавани Антверпена, после ужина в 11 часов вечера ученый отправился спать в свою каюту. На следующий день утром в ней никого не было, Дизель исчез с судна. Его тело было найдено через 10 дней командой бельгийского лоцманского катера. С утопленника сняли кольца, вынули из карманов кошелек, футляр для очков и аптечку, а труп погрузили в море. Сын Дизеля прибыл в Бельгию на опознание вещей, он подтвердил, что они принадлежали Рудольфу. Есть множество предположений о причине гибели ученого: одни говорили, что это самоубийство на фоне банкротства (в наследство семье осталось всего 20 тыс. марок), другие заявляли, что это несчастный случай, третьи были уверены в том, что его убили немецкие солдаты, чтобы не допустить утечки секретной информации. Были и приверженцы версии, что к смерти Дизеля причастен Людвиг Нобель.
Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работник завода Benz&Cie. В 1909 году он получил патент на дизельный двигатель с предкамерой. Кроме того, он изобрел конусообразную предкамеру, форсунки с игольчатым клапаном и насос-форсунки. Первый грузовик, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен в 1923 году на заводе в Мангейме. Это был 5-тонный Benz 5K3, в котором был установлен 4-цилиндровый дизельный двигатель с предкамерой объемом 8,8 л, он развивал мощность от 45 до 50 л. с. при 1000 об./мин. Практически одновременно с этим событием инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft создали атмосферный дизель аналогичной мощности, а также в компании MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) был сконструирован дизель с прямым впрыском
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Книга Дизель Рудольфа «Создание дизельного двигателя»
http://gbogatih.narod.ru/phdvig2.htm
Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.
stud24.ru
Тепловые двигатели и их применение
Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.
К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, 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.
абота 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.
Рис.1. Схема оборудования
паросиловой станции
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 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.
Паровая турбина
– тепловой двигатель ротационного типа, преобразующий потенциальную энергию пара сначала в кинетическую энергию и далее в механическую работу. Паровые турбины применяются
преимущественно на электростанциях и на транспортных силовых установках – судовых и локомотивных, а также используются для приведения в движение мощных воздуходувок и других
агрегатов.
Турбина (см. рисунок 2) состоит из стального цилиндра, внутри которого находится вал с укрепленными на нем рабочими колесами. На рабочих колесах находятся особые изогнутые
лопатки (
). 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.
После турбины или поршневой машины пар поступает в конденсатор, играющий роль холодильника. В конденсаторе пары должны превратиться в воду. Но пар конденсируется в воду только
в том случае, если отводится выделяющаяся при конденсации теплота испарения. Это делают при помощи холодной воды. Например, конденсатор может быть устроен в виде барабана, внутри
которого расположены трубы с проточной холодной водой.
В зависимости от степени расширения пара в рабочих лопатках различают активные и реактивные турбины. Пар в активной турбине расширяется только в соплах, и его давление при
прохождении каждого венца с рабочими лопатками не изменяется. Поэтому активная турбина называется также турбиной равного давления. В соплах реактивных турбин в отличие от активных
происходит лишь частичное расширение пара; дальнейшее расширение происходит в рабочих лопатках. Поэтому иногда реактивная турбина называется турбиной избыточного давления.
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.
Лопатки на рабо
чем колесе паровой турбины
Рис.2. Схема устройства паровой турбины
Весьма важной для электрических станций является возможность строить турбины на громадные мощности (до 1000
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
века
, в основном сохранились до наших дней. 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.
В основу краткой классификации паровой машины могут быть положены признаки:
по назначению
: стационарные, паровозные, судовые, локомобильные, автомобильные и др.;
по расположению и числу цилиндров
: горизонтальные, вертикальные, наклонные; одноцилиндровые и многоцилиндровые –
тандем-машины и компаунд-машины;
по числу оборотов
: тихоходные, среднеходные, быстроходные;
по давлению и способу использования отработавшего пара
: конденсационные, с выхлопом в атмосферу, с противодавлением, с промежуточным отбором пара;
по действию пара на поршень
: простого и двойного действия;
по типу парораспределения
: золотниковые, клапанные, крановые, прямоточные.
Устройство паровой машины показано на рисунке 3. 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...
Забрать файлrefland.ru
Тепловые двигатели
Содержание:
Введение
1.История создания
2.Работа совершаемая двигателем
3.КПД замкнутого цикла
4.Цикл Карно
5. Типы тепловых двигателей
6.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
7.Задачи
8.Опыт
9.Заключение
10.Список используемой литературы
Введение.
История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи. Я выбрал тему «тепловой двигатель» потому что она заинтересовала меня по несколько пунктам. Во-первых, тепловой двигатель - необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить, современный транспорт. В то же время повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду. На мой взгляд, эта тема очень интересна и занимательна. Поэтому я выбрал эту тему для изучения и хотел бы рассмотреть несколько вопросов:
1.Работу теплового двигателя
2. История его создания
3. КПД замкнутого цикла
4. Цикл Карно.
5.Виды тепловых двигателей
6.Провести опыт с тепловым двигателем
7.Решение задач
8. Влияние тепловых двигатель на окружающую среду.
1. История создания
Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. главным образом в Англии. Копи, в которых добывали руду, нуждались в устройствах для откачки воды. Глубина шахт стала достигать 200 м. Приходилось держать до пятисот лошадей на одном руднике. Эта чисто практическая задача и стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки воды. В 1698 г. Томас Севери, шахтовладелец, получил патент № 356 с формулировкой, что он выдан на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня...». Севери первым отделил рабочее тело (водяной пар) от перекачиваемой воды. Для этого он сделал отдельный котел, а пар, который поломали в котле, через кран выпускал в сосуд с водой, и пар вытеснял воду в напорную (верхнюю) трубу. Впоследствии машина Севери была усовершенствована Дезагюлье, предложившим охлаждать пар в сосуде путем впрыскивания в него воды. Это существенно увеличило частоту рабочих циклов. Одна из таких машин была выписана Петром I и установлена в Летнем саду. Машины Севери оказались очень надежными и долговечными. Вслед за Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания воды из шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он умело использовал многое из того, что было придумано до него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле. Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И.И.Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину. Первый патент на двигатель, использующий нагретый(Пидр) воздух, выдан в Великобритании в 1816 г. пастору Роберту Стирлингу. Изготовление двигателей Стирлинга началось в 1818 г. их применяли там где не годились громоздкие паровые машины. Роберт Стирлинг вместе со своим братом долгие годы испытывал затруднения с выбором конструктивных материалов и в конце своей жизни, в 1876 г., выразил надежду, что препятствия, которые возникают из-за отсутствия соответствующих материалов, будут со временем устранены
2. Работа совершаемая двигателем.
Совершение механической работы в современных машинах и механизмах в основном происходят за счет внутренней энергии веществ. Примером такого механизма может служит тепловой двигатель. Тепловой двигатель-устройство преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Механическая работа в двигателе совершается при расширении рабочего вещества, перемещающего поршень в цилиндре. Для цикличной, непрерывной работы двигателя необходимо возращение поршня в первоначальное положение, т.е. сжатие рабочего вещества. Легко сжимаемым является вещество в газообразном состоянии, поэтому в качестве рабочего вещества в тепловых двигателях используется газ или пар. Сжатие газа не может быть самопроизвольным, оно происходит только под действием внешней силы, например за счет энергии, запасенной маховиком двигателя при расширении газа. Полная механическая работа А складывается из работы расширение газа и работы сжатия. Так как при сжатии дельта V<0, то Асжатия=-Асжатия по модулю<0, поэтому А=Арасш-Асж Для получения положительной полной механической работы А>0 необходимо чтобы работа сжатия газа была меньше работы расширения. А=(Pрасш-Рсж)V Изменение объема V газа при расширении и сжатии должно быть одинаковым из-за цикличности работы двигателя. Следовательно, давление газа при сжатии должно быть меньше его давления при расширении. При одном и том же объеме давление газа тем меньше, чем ниже его температура, поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден, Т.е. приведен в контакт с холодильником- телом, имеющим более низкую температуру. Для получения механической работы в тепловом двигателе при циклическом процессе расширение газа должно происходить при более высокой температуре, чем сжатие. Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе- наличие нагревателя и холодильника.
3. КПД замкнутого цикла
Для непрерывного совершения механической работы термодинамический цикл должен быть замкнутым. Замкнутый процесс (цикл)- совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. Замкнутые (круговые) процессы используются при работе всех тепловых машин: двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, холодильных машин. Для оценки эффективности преобразования внутренней энергии газа в механическую работу, совершаемую за цикл, вводится коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД)- отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
В циклическом тепловом двигателе нельзя преобразовать в механическую работу все количество теплоты Q1, получаемое от нагревателя. Некоторое количество теплоты Q2 отдается холодильнику, поэтому работа, совершаемая двигателем за цикл, не может быть больше
А=Q1-Q2
Учитывая полученное равенство, выражение для КПД можно записать в виде:
Коэффициент полезного действия теплового двигателя всегда меньше единицы.
Круговой цикл не реализуется при отсутствии холодильника, т.е. при Q2=0
4.Цикл Карно
Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных процессов. Выбор именно этих процессов обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергии нагревателя, а при адиабатном процессе за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, а значит, исключена теплопередача без совершения работы.
Цикл Карно- самый эффективный цикл ,имеющий максимальный КПД.
В процессе изотермического расширения (1-2) при температуре Т1 работа совершается за счет изменения внутренней энергии нагревателя, т.е. за счет подведения к газу количество теплоты Q1:
А12=Q1
Охлаждение газа (3-4) происходит при адиабатном расширении 2-3. Все изменение внутренней энергии дельта U23 при таком процессе (Q=0) преобразуется в механическую работу:
А23=-U23
Температура газа в результате адиабатного расширения 2-3 понижается до температуры холодильника T2<T1. В процессе 3-4 газ изотермически сжимается, передавая холодильнику количество теплоты Q2: A34=Aсж=Q2
Цикл завершается процессом адиабатного сжатия 4-1(Q=0), при котором газ нагревается до температуры Т1.
Используя формулу рассмотренную ранее можно найти максимальное значение КПД тепловых двигателей соответствующее циклу Карно:
5.Типы тепловых двигателей
Двигатель Стирлинга
Дви́гатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от создания разницы температур его цилиндров.
Двигатель Внутреннего Сгорания или ДВС, тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления горючей смеси с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5.
В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит либо за четыре хода поршня, за четыре такта, либо за два и двигатели делятся на четырёхтактные и двухтактные. Цикл четырёхтактного двигателя состоит из следующих тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск. В цикле двухтактного двигателя такты рабочего хода и сжатия аналогичны четырёхтактному двигателю, а впуск и выпуск осуществляется одновременно в момент нахождения поршня вблизи от нижней мёртвой точки
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия. Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще. Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.
Идея реактивного и ракетного двигателя состоит в том, чтобы тяга создавалась не винтом, а отдачей выхлопных газов двигателя.
Турбовинтовой двигатель часть тяги создаёт за счёт винта, другую часть за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен воздушный винт.
Турбореактивный двигатель создаёт тягу за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен компрессор, повышающий давление для эффективного сжигания топлива.
6.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться: озоновая дыра в Антарктике не уменьшается, а загрязненность Мирового океана и воздушной оболочки планеты повышается.
Автомобили на сегодняшний день в России - главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах - каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги.
Вступая в трудовую жизнь люди должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны и технология любой продукции должна удовлетворять такому основному, с экологической точки зрения, требованию, как минимальное потребление материалов и энергии. Они хорошо должны знать законы природы, понимать взаимосвязь природных явлений, уметь предвидеть и оценивать последствия вмешательства в естественное течение процессов. У них должно быть сознание приоритетности решения экологических проблем при осуществлении любых проектов, создании машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании, а также твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды того или иного мероприятия оно не должно реализоваться.
7.Задачи
1)Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 290K температуру нагревателя повысить со 400 до 720K?
2)Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,9 · 107Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 · 107Дж/кг.
8.Опыт
Этот опыт доказывает, что при нагревании жидкости пар расширяется. Внутренняя энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а он переходит в механическую работу, то есть газ совершает работу, то есть повышается давление. Под действием давления вылетает пробка. Это является простейшим тепловым двигателем. Устройства, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.
9. Заключение:
Целью данного реферата было рассмотрение работы теплого двигателя, истории его создания, воздействие двигателя на окружающую среду. Работая над этим рефератом, я узнал много новой полезной информации. Научился решать задачи, проводить опыт с тепловым двигателем, узнал, что тепловые двигатели делятся на не сколько типов такие как: ДВС, двигатель Стирленга и Реактивные двигателя.
Выполнил: Чурилов Сергей
fizik-school11.ucoz.ru
