Фгоу спо ленинградский технический колледж  В
РЕФЕРАТ
На тему:
< Р’РёРґС‹ тепловых двигателей>В В В В В В
Подготовил: уч-ся группы 1м
Каменев николай   В
2010Рі
     Виды тепловых двигателей.В
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 РІ Р РѕСЃСЃРёРё выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов РЅР° Алтае Р. Р. Ползуновым.В В РљСЂРѕРјРµ того, Ползунов внес серьезные усовершенствования РІ конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- Рё водораспределения, Рё РІ отличие РѕС‚ машин Ньюкомена РѕСЃСЊ вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил РІ 1763 Рі. РІ записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского РіРѕСЂРЅРѕРіРѕ РѕРєСЂСѓРіР° Рђ. Р. Порошину. РЎРІРѕСЋ машину Р. Р. Ползунов начал строить РІ 1764 Рі. Рљ нему прикомандировали четырех учеников, которых РѕРЅ должен был обучить РЅРµ только теории, РЅРѕ Рё ремеслам. Машина была изготовлена РІ декабре 1765 Рі. Рђ РІ мае 1766 Рі. ее создатель умер РѕС‚ чахотки. Машина была испытана уже после его смерти РІ октябре 1766 Рі. Рё работала, РІ общем, удовлетворительно.  Как РІСЃСЏРєРёР№ первый образец, РѕРЅР° нуждалась РІ доработке, Рє тому же РІ РЅРѕСЏР±СЂРµ обнаружилась течь котла. РќРѕ изобретателя РЅРµ было РІ живых, Р° без него устранением недостатков никто РЅРµ занимался. Машина бездействовала РґРѕ 1779 Рі., Р° 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 РіРѕРґ – Николаус Отто. Основная часть ДВС - РѕРґРёРЅ или несколько цилиндров, внутри которых РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ сжигание топлива. Отсюда, Рё название двигателя. Наибольшее распространение РІ технике получил четырехтактный ДВС.В В 1-ый такт - РІРїСѓСЃРє (всасывание) . Поршень, двигаясь РІРЅРёР·, засасывает РІ цилиндр горючую смесь. 2-РѕР№ такт сжатие. Р’РїСѓСЃРєРЅРѕР№ клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-РёР№ такт рабочий С…РѕРґ. Смесь поджигается электрической РёСЃРєСЂРѕР№ свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень РІРЅРёР·. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, Рё тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель РІ атмосферу.РР· четырех тактов только РѕРґРёРЅ - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию).В
, 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.
Рстория создания дизельного двигателяВ
Рзобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) родился 18 марта 1858 РіРѕРґР° РІ Париже, его родители эмигрировали РІРѕ Францию РёР· Германии. РљРѕРіРґР° мальчику было 11 лет, началась Франко-прусская РІРѕР№РЅР°, РёР·-Р·Р° которой семье Рудольфа РІРЅРѕРІСЊ пришлось эмигрировать, РЅР° этот раз РІ Англию. Через некоторое время РѕРЅ уезжает Рє родственникам РІ немецкий РіРѕСЂРѕРґ РђСѓРіСЃР±СѓСЂРі, там заканчивает училище (1873 РіРѕРґ) Рё поступает РІ политехническую школу. Рђ уже РІ 1875 РіРѕРґСѓ Рудольф СЃ блеском сдает вступительные экзамены РІ Высшую политехническую школу РІ Мюнхене, которую впоследствии успешно оканчивает.Р’ 20-летнем возрасте Дизель возвращается РІРѕ Францию, чтобы стать главой парижского завода акционерного общества Le refrigerateur («Холодильник»). РќР° этом месте РѕРЅ проработал 12 лет Рё стал РѕРґРЅРёРј РёР· членов правления Акционерного общества холодильных машин. Р—Р° это время РѕРЅ создал РјРЅРѕРіРѕ чертежей Рё расчетов двигателей, работающих РЅР° аммиаке. Дизель фонтанировал идеями построения двигателей для самых разных агрегатов – РѕС‚ моторчиков для швейных машинок РґРѕ устройств, работающих РЅР° солнечных батареях. РћРЅ пытался рассчитать самый эффективный двигатель СЃ лучшим РљРџР”.РЎ этим багажом бумаг РІ 1890 РіРѕРґСѓ Рудольф отправился РІ Берлин, РіРґРµ его посетила гениальная идея. Сам РѕРЅ описал это событие так: «В неустанной РїРѕРіРѕРЅРµ Р·Р° целью, РІ итоге бесконечных расчетов родилась наконец-то идея, наполнившая меня РѕРіСЂРѕРјРЅРѕР№ радостью. Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий РІРѕР·РґСѓС…, впрыснуть РІ него распыленное топливо Рё одновременно СЃ сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».Блестящая идея, пришедшая РЅР° СѓРј Дизелю, дала старт РѕРіСЂРѕРјРЅРѕР№ работе, началом которой послужил патент, носящий название «Рабочий процесс Рё СЃРїРѕСЃРѕР± выполнения одноцилиндрового Рё многоцилиндрового двигателей», выданный 28 февраля 1892 РіРѕРґР°. Через РіРѕРґ был создан первый опытный двигатель, его собрали РІ РђСѓРіСЃР±СѓСЂРіРµ РїРѕРґ руководством Дизеля. Р’Рѕ время его испытаний создавались Рё РґСЂСѓРіРёРµ опытные модели, РїРѕ истечении трех лет работы было создано еще три мотора, последние РґРІР° РёР· РЅРёС… показали более-менее стабильный С…РѕРґ.Первый образец работал РЅР° угольной пыли, РЅРѕ РІ нем РЅРµ охлаждались стенки СЃ помощью РІРѕРґС‹. Для второго образца РІ качестве топлива выбрали керосин, это дало результат – РІРѕ время испытаний РІ 1894 РіРѕРґСѓ РѕРЅ работал без нагрузки. Опираясь РЅР° данные, полученные РІРѕ время опытов, ученый создает третий образец, РІ котором учтены ошибки первых РґРІСѓС…. Ртот вариант был сырым макетом современного дизельного двигателя, РІ нем использовался сжатый РІРѕР·РґСѓС… для подачи топлива РІ цилиндры Рё распыления. Третья модель РІРѕ время испытаний 1 мая 1895 РіРѕРґР° проработала 30 РјРёРЅСѓС‚, Р° впоследствии были проведены тесты СЃ различными нагрузками.Четвертая версия, самая совершенная РёР· всех предыдущих, была создана РІ 1896 РіРѕРґСѓ. Мощность этой модели составила 20 Р». СЃ., давление РІ цилиндрах достигало 35 атмосфер, температура РІРѕР·РґСѓС…Р° РїСЂРё сжатии составляла 600-800 градусов РїРѕ Цельсию, что позволяло использовать ее РІ промышленных целях. РљРџР” этого мотора был около 34%, что превышало РЅР° 15% показатели лучших паровых машин. Рзмерения Р·РёРјРѕР№ 1897 РіРѕРґР° показали расход 0,24 Рі керосина РЅР° 1 Р». СЃ. РІ час, эффективный РљРџР” составлял 0,26, Р° термический – 0,29. Таким образом, этот двигатель являлся лучшим силовым агрегатом того времени.Первый дизельный двигатель был создан РІ 1897РіРѕРґСѓ РЅР° заводе РІ РђСѓРіСЃР±СѓСЂРіРµ. Его высота составляла 3 Рј, РѕРЅ развивал 172 РѕР±./РјРёРЅ., единственный цилиндр имел диаметр 250 РјРј, С…РѕРґ поршня составлял 400 РјРј, Р° мощность варьировалась РѕС‚ 17,8 РґРѕ 19,8 Р». СЃ. Расход топлива составлял 258 Рі нефти РЅР° 1 Р». СЃ. РІ час, термический РљРџР” достиг 26,2%. Ртот мотор был представлен РЅР° выставке паровых машин РІ 1898 РіРѕРґСѓ РІ Мюнхене. Р’ одночасье Рудольф Дизель стал богачом – очень РјРЅРѕРіРѕ компаний решило купить лицензии РЅР° его производство. Деньги дали возможность ученому заняться коммерцией – РѕРЅ покупал Рё продавал фирмы, стал основателем завода РїРѕ производству электропоездов Рё даже вкладывал деньги РІ католические лотереи. Однако исследования РѕРЅ забросил.Первые выпущенные дизельные двигатели оказались недееспособными РёР·-Р·Р° заводских просчетов. Производители РЅРµ задумались над тем, что создание двигателя требовало высокой точности РІ изготовлении деталей Рё использовании жаропрочных материалов. Рто было слишком РґРѕСЂРѕРіРѕ для заводов, поэтому РІСЃРєРѕСЂРµ РІ адрес Дизеля понеслась жесткая критика. Его обвиняли РІ обмане, так как предприятия хотели наладить массовое производство дизелей, РЅРѕ РёР·-Р·Р° больших затрат РѕРЅРё могли позволить себе лишь мелкосерийные партии. Рљ РёС… возмущениям присоединяются владельцы угольных шахт Рё прочие завистники. РџРѕРґ такой аккомпанемент фабрика РІ РђСѓРіСЃР±СѓСЂРіРµ, принадлежавшая Дизелю, стала банкротом.В
Рудольф начал налаживать связи с другими странами, РѕРЅ обратился к промышленникам РёР· Франции, Австрии, Швейцарии, Р РѕСЃСЃРёРё, Америки и Бельгии. Так, права на производство Рё продажу дизельных двигателей РєСѓРїРёР» Альфред Нобель, который собирался наладить эту работу РІ Р РѕСЃСЃРёРё. Р’ 1898 РіРѕРґСѓ Рммануил Нобель сделал возможным производство дизельных моторов РЅР° фамильном заводе РІ Петербурге. Р’ этом же РіРѕРґСѓ РїСЂРё содействии Нобеля был создан первый РІ РјРёСЂРµ двигатель СЃ внутренним смесеобразованием. Руже через РіРѕРґ заработал первый дизельный двигатель. Всего РІ 1899 РіРѕРґСѓ РёС… было выпущено 7 штук мощностью 30 Рё 40 Р». СЃ. Рђ через 13 лет штат работников завода увеличился РґРѕ 1000 человек, что позволило наладить выпуск более 300 моторов РІ РіРѕРґ.Р’ 1908 РіРѕРґСѓ Дизель приступил Рє созданию двигателя, РїСЂРёРіРѕРґРЅРѕРіРѕ для работы СЃ автомобилем. РћРЅ создал опытный экземпляр, РїРѕ размерам Рё массе подобный бензиновому, который установил РЅР° РіСЂСѓР·РѕРІРёРє, РЅРѕ тесты двигатель РЅРµ прошел. Примерно РІ эти же РіРѕРґС‹ его РІРЅРѕРІСЊ признают РЅР° СЂРѕРґРёРЅРµ как выдающегося ученого Рё вручают диплом доктора-инженера РІ присутствии кайзера Вильгельма II. РџРѕРјРёРјРѕ исследований РїРѕ части двигателя Рудольф занимался созданием огнемета, работал СЃ зажигательными смесями. Еще РѕРЅ дорабатывал конструкцию реверсивного СЃСѓРґРѕРІРѕРіРѕ четырехконтактного мотора. Р’ последнем РѕРЅ добился хороших результатов, благодаря чему РІ конце лета 1913 РіРѕРґР° его позвали РІ Англию.В
Смерть Рудольфа Дизеля так и осталась загадкой для человечества. Рто произошло 29 сентября 1913 РіРѕРґР° РЅР° лайнере «Дрезден». Корабль выехал РёР· гавани Антверпена, после ужина РІ 11 часов вечера ученый отправился спать РІ СЃРІРѕСЋ каюту. РќР° следующий день утром РІ ней РЅРёРєРѕРіРѕ РЅРµ было, Дизель исчез СЃ СЃСѓРґРЅР°. Его тело было найдено через 10 дней командой бельгийского лоцманского катера. РЎ утопленника сняли кольца, вынули РёР· карманов кошелек, футляр для очков Рё аптечку, Р° труп погрузили РІ РјРѕСЂРµ. Сын Дизеля прибыл РІ Бельгию РЅР° опознание вещей, РѕРЅ подтвердил, что РѕРЅРё принадлежали Рудольфу. Есть множество предположений Рѕ причине гибели ученого: РѕРґРЅРё говорили, что это самоубийство РЅР° фоне банкротства (РІ наследство семье осталось всего 20 тыс. марок), РґСЂСѓРіРёРµ заявляли, что это несчастный случай, третьи были уверены РІ том, что его убили немецкие солдаты, чтобы РЅРµ допустить утечки секретной информации. Были Рё приверженцы версии, что Рє смерти Дизеля причастен Людвиг Нобель.В
Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работник завода Benz&Cie. Р’ 1909 РіРѕРґСѓ РѕРЅ получил патент РЅР° дизельный двигатель СЃ предкамерой. РљСЂРѕРјРµ того, РѕРЅ изобрел конусообразную предкамеру, форсунки СЃ игольчатым клапаном Рё насос-форсунки. Первый РіСЂСѓР·РѕРІРёРє, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен РІ 1923 РіРѕРґСѓ РЅР° заводе РІ Мангейме. Рто был 5-тонный Benz 5K3, РІ котором был установлен 4-цилиндровый дизельный двигатель СЃ предкамерой объемом 8,8 Р», РѕРЅ развивал мощность РѕС‚ 45 РґРѕ 50 Р». СЃ. РїСЂРё 1000 РѕР±./РјРёРЅ. Практически одновременно СЃ этим событием инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft создали атмосферный дизель аналогичной мощности, Р° также РІ компании MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) был сконструирован дизель СЃ прямым впрыском
РЎРџРРЎРћРљВ РСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛРТЕРАТУРЫ.
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.
Рљ тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая Рё газовая турбины, реактивный двигатель. РС… 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 РґРІРёРіР°Втелей производится посредством пара. Р’ РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРј больВшинстве случаев — это РІРѕРґСЏРЅРѕР№ пар, РЅРѕ возможны РјР°Вшины, работающие СЃ парами РґСЂСѓРіРёС… веществ (например, ртути).
Паровые турбины ставятся РЅР° мощных электричеВСЃРєРёС… станциях Рё РЅР° больших кораблях. Поршневые РґРІРёВгатели РІ настоящее время находят применение только РІ железнодорожном Рё РІРѕРґРЅРѕРј транспорте
(паровозы Рё пароВС…РѕРґС‹).
Для работы парового двигателя необходим СЂСЏРґ РІСЃРїРѕВмогательных машин Рё устройств. Р’СЃРµ это хозяйство вместе РЅРѕСЃРёС‚ название паросиловой станции. РќР° пароВсиловой станции РІСЃРµ время
циркулирует одна и та же вода.
Рис.1. Схема оборудования
паросиловой станции
Р’РѕРґР° превращается РІ пар РІ котле, пар РїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёС‚ работу РІ турбине (или РІ поршневой машине) Рё СЃРЅРѕРІР° превращается РІ РІРѕРґСѓ РІ барабане, охлаждаемом проточной РІРѕРґРѕР№ (конденВсатор). РР·
конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак (сборник) снова направляется в котел.
Р’ этой схеме паровой котел является нагревателем, Р° конденсатор — холодильником. Так как РІ установке цирВкулирует практически РѕРґРЅР° Рё та же РІРѕРґР° (утечка пара РЅРµВвелика Рё
добавлять РІРѕРґС‹ почти РЅРµ приходится), то РІ котле почти РЅРµ получается накипи, С‚. Рµ. осаждения растворенных РІ РІРѕРґРµ солей. Рто важно, так как накипь плохо РїСЂРѕРІРѕРґРёС‚ тепло Рё 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.
РўСѓСЂР±РёРЅР° (СЃРј. СЂРёСЃСѓРЅРѕРє 2) состоит РёР· стальВРЅРѕРіРѕ цилиндра, внутри которого находится вал СЃ СѓРєВрепленными РЅР° нем рабочими колесами. РќР° рабочих РєРѕВлесах находятся особые изогнутые
лопатки (
). РњРµВжду рабочими колесами помещаются сопла или направляюВщие лопатки (
). Пар, вырываясь РёР· промежутков между РЅР°Вправляющими лопатками, попадает РЅР° лопатки рабочего колеса. Рабочее колесо РїСЂРё этом вращается, РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏ СЂР°Вботу. Причиной вращения
колеса РІ паровой турбине СЏРІВляется реакция струи пара. Внутри турбины пар расширяется Рё охлаждается. Р’С…РѕРґСЏ РІ турбину РїРѕ СѓР·РєРѕРјСѓ паропроводу, РѕРЅ выходит РёР· нее РїРѕ очень широкой
трубе.
После турВР±РёРЅС‹ или поршневой машины пар поступает РІ конденсатор, играющий роль холодильника. Р’ конденсаторе пары должВРЅС‹ превратиться РІ РІРѕРґСѓ. РќРѕ пар конденсируется РІ РІРѕРґСѓ только
РІ том случае, если отводится выделяющаяся РїСЂРё конденсации теплота испарения. Рто делают РїСЂРё помощи холодной РІРѕРґС‹. Например, конденсатор может быть СѓСЃС‚Вроен РІ РІРёРґРµ 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 РІ РѕРґРЅРѕРј направлении Рё скорость вращения ее РЅРµ может меняться РІ широких пределах. Рто затрудняет применение пароВвых турбин РЅР°
транспорте, РЅРѕ очень СѓРґРѕР±РЅРѕ для вращеВРЅРёСЏ электрических генератоВСЂРѕРІ.
Лопатки РЅР° рабоВ
чем колесе паровой турбины
Рис.2. Схема устройства паровой турбины
Весьма важной для электВрических станций является возможность строить турбиВРЅС‹ РЅР° громадные мощности (РґРѕ 1000
000 РєР’С‚ Рё более), значительно превышающие максимальные мощности РґСЂСѓВРіРёС… типов тепловых двигатеВлей. Рто обусловлено равноВмерностью вращения вала турбины. РџСЂРё работе
турбиВРЅС‹ отсутствуют толчки, которые получаются РІ поршневых машинах РїСЂРё движении поршня взад Рё вперед.
Поршневая паровая машина.
Основы конструкции поршневой паровой машины, изобретенной в конце
XVIII
века
, РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј сохранились РґРѕ наших дней. Р’ настоящее время РѕРЅР° частично вытеснена РґСЂСѓРіРёРјРё тиВпами двигателей. Однако Сѓ нее есть СЃРІРѕРё достоинства, Р·Р°Вставляющие РёРЅРѕРіРґР° предпочесть ее
турбине. Рто — РїСЂРѕВстота обращения СЃ ней, возможность менять скорость Рё давать задний С…РѕРґ.
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 РЅР° СЂРёСЃСѓРЅРєРµ 3. Основная ее часть — чугунный цилиндр 1, РІ котором С…РѕВРґРёС‚ поршень 2. Р СЏРґРѕРј СЃ цилиндром расположен парорасВпределительный
механизм. РћРЅ состоит РёР· золотниковой РєРѕСЂРѕР±РєРё, имеющей сообщение СЃ паровым котлом. РљСЂРѕРјРµ котла, РєРѕСЂРѕР±РєР° посредством отверстия 3 сообщается СЃ РєРѕРЅВденсатором (РІ 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 РёР· правой части цилиндра СѓС…РѕРґРёС‚ РІ атмосферу. Затем, РєРѕРіРґР° поршень РґРІРёВжется...
Забрать файлrefland.ru
                                Тепловые двигатели
Содержание:
Введение
1.Рстория 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
В
В
Введение.
Рстория тепловых машин СѓС…РѕРґРёС‚ РІ далекое прошлое. Говорят, еще РґРІРµ СЃ лишним тысячи лет назад, РІ III веке РґРѕ нашей СЌСЂС‹, великий греческий механик Рё математик Архимед построил пушку, которая стреляла СЃ помощью пара. Р РёСЃСѓРЅРѕРє пушки Архимеда Рё ее описание были найдены спустя 18 столетий РІ СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЏС… великого итальянского ученого, инженера Рё художника Леонардо РґР° Винчи. РЇ выбрал тему «тепловой двигатель» потому что РѕРЅР° заинтересовала меня РїРѕ несколько пунктам. Р’Рѕ-первых, тепловой двигатель - необходимый атрибут современной цивилизации. РЎ РёС… помощью вырабатывается около 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить, современный транспорт. Р’ то же время повсеместное использование тепловых двигателей связано СЃ отрицательным воздействием РЅР° окружающую среду. РќР° РјРѕР№ взгляд, эта тема очень интересна Рё занимательна. Поэтому СЏ выбрал эту тему для изучения Рё хотел Р±С‹ рассмотреть несколько РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРІ:
1.Работу теплового двигателя
2. Рстория 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.
В
В
1. Рстория создания
Появление тепловых двигателей связано СЃ возникновением Рё развитием промышленного производства РІ начале XVII РІ. главным образом РІ Англии. РљРѕРїРё, РІ которых добывали СЂСѓРґСѓ, нуждались РІ устройствах для откачки РІРѕРґС‹. Глубина шахт стала достигать 200 Рј. Приходилось держать РґРѕ пятисот лошадей РЅР° РѕРґРЅРѕРј СЂСѓРґРЅРёРєРµ. Рта чисто практическая задача Рё стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки РІРѕРґС‹. Р’ 1698 Рі. Томас Севери, шахтовладелец, получил патент в„– 356 СЃ формулировкой, что РѕРЅ выдан РЅР° устройство «для подъема РІРѕРґС‹ Рё для получения движения всех РІРёРґРѕРІ производства РїСЂРё помощи движущей силы РѕРіРЅСЏ...В». Севери первым отделил рабочее тело (РІРѕРґСЏРЅРѕР№ пар) РѕС‚ перекачиваемой РІРѕРґС‹. Для этого РѕРЅ сделал отдельный котел, Р° пар, который поломали РІ котле, через кран выпускал РІ СЃРѕСЃСѓРґ СЃ РІРѕРґРѕР№, Рё пар вытеснял РІРѕРґСѓ РІ напорную (верхнюю) трубу. Впоследствии машина Севери была усовершенствована Дезагюлье, предложившим охлаждать пар РІ СЃРѕСЃСѓРґРµ путем впрыскивания РІ него РІРѕРґС‹. Рто существенно увеличило частоту рабочих циклов. РћРґРЅР° РёР· таких машин была выписана Петром I Рё установлена РІ Летнем саду. Машины Севери оказались очень надежными Рё долговечными. Вслед Р·Р° Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания РІРѕРґС‹ РёР· шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. РћРЅ умело использовал РјРЅРѕРіРѕРµ РёР· того, что было придумано РґРѕ него. Ньюкомен РІР·СЏР» цилиндр СЃ поршнем Папена, РЅРѕ пар для подъема поршня получал, как Рё Севери, РІ отдельном котле. Первый универсальный тепловой двигатель был создан РІ Р РѕСЃСЃРёРё выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов РЅР° Алтае Р.Р.Ползуновым. РљСЂРѕРјРµ того, Ползунов внес серьезные усовершенствования РІ конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- Рё водораспределения, Рё РІ отличие РѕС‚ машин Ньюкомена РѕСЃСЊ вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил РІ 1763 Рі. РІ записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского РіРѕСЂРЅРѕРіРѕ РѕРєСЂСѓРіР° Рђ. Р. Порошину. Первый патент РЅР° двигатель, использующий нагретый(РџРёРґСЂ) РІРѕР·РґСѓС…, выдан РІ Великобритании РІ 1816 Рі. пастору Роберту Стирлингу. Рзготовление двигателей Стирлинга началось РІ 1818 Рі. РёС… применяли там РіРґРµ РЅРµ годились РіСЂРѕРјРѕР·РґРєРёРµ паровые машины. Роберт Стирлинг вместе СЃРѕ СЃРІРѕРёРј братом долгие РіРѕРґС‹ испытывал затруднения СЃ выбором конструктивных материалов Рё РІ конце своей жизни, РІ 1876 Рі., выразил надежду, что препятствия, которые возникают РёР·-Р·Р° отсутствия соответствующих материалов, Р±СѓРґСѓС‚ СЃРѕ временем устранены
В
В
2. Работа совершаемая двигателем.
Совершение механической работы РІ современных машинах Рё механизмах РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ Р·Р° счет внутренней энергии веществ. Примером такого механизма может служит тепловой двигатель. Тепловой двигатель-устройство преобразующее внутреннюю энергию топлива РІ механическую энергию. Механическая работа РІ двигателе совершается РїСЂРё расширении рабочего вещества, перемещающего поршень РІ цилиндре. Для цикличной, непрерывной работы двигателя необходимо возращение поршня РІ первоначальное положение, С‚.Рµ. сжатие рабочего вещества. Легко сжимаемым является вещество РІ газообразном состоянии, поэтому РІ качестве рабочего вещества РІ тепловых двигателях используется газ или пар. Сжатие газа РЅРµ может быть самопроизвольным, РѕРЅРѕ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ только РїРѕРґ действием внешней силы, например Р·Р° счет энергии, запасенной маховиком двигателя РїСЂРё расширении газа. Полная механическая работа Рђ складывается РёР· работы расширение газа Рё работы сжатия. Так как РїСЂРё сжатии дельта V<0, то Асжатия=-Асжатия РїРѕ модулю<0, поэтому Рђ=Арасш-РђСЃР¶ Для получения положительной полной механической работы Рђ>0 необходимо чтобы работа сжатия газа была меньше работы расширения. Рђ=(Pрасш-Р СЃР¶)V Рзменение объема V газа РїСЂРё расширении Рё сжатии должно быть одинаковым РёР·-Р·Р° цикличности работы двигателя. Следовательно, давление газа РїСЂРё сжатии должно быть меньше его давления РїСЂРё расширении. РџСЂРё РѕРґРЅРѕРј Рё том же объеме давление газа тем меньше, чем ниже его температура, поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден, Рў.Рµ. приведен РІ контакт СЃ холодильником- телом, имеющим более РЅРёР·РєСѓСЋ температуру. Для получения механической работы РІ тепловом двигателе РїСЂРё циклическом процессе расширение газа должно происходить РїСЂРё более высокой температуре, чем сжатие. Необходимое условие для циклического получения механической работы РІ тепловом двигателе- наличие нагревателя Рё холодильника.
В
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
Рђ=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
В
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:
Рђ12=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:
В
Рђ23=-U23
В
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.
Рспользуя формулу рассмотренную ранее можно найти максимальное значение РљРџР” тепловых двигателей соответствующее циклу Карно:
5.Типы тепловых двигателей
В
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 РІ базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как Рё РІ 19 веке, вращает энергия пара. РќРѕ тут есть РґРІР° существенных отличия. Первое отличие заключается РІ том, что паровоз 19 века работал РЅР° качественном РґРѕСЂРѕРіРѕРј топливе, например РЅР° антраците. Современные же паротурбинные установки работают РЅР° дешевом топливе, например РЅР° канско-ачинском угле, который добывается открытым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј шагающими экскаваторами. РќРѕ РІ РїРѕРґРѕР±РЅРѕРј топливе РјРЅРѕРіРѕ пустого балласта, который транспорту приходится возить СЃ СЃРѕР±РѕР№ вместо полезного РіСЂСѓР·Р°. Рлектровозу РЅРµ надо возить РЅРµ только балласт, РЅРѕ Рё топливо вообще. Второе отличие заключается РІ том, что тепловая электрическая станция работает РїРѕ циклу Ренкина, который близок Рє циклу Карно. Цикл Карно состоит РёР· РґРІСѓС… адиабат Рё РґРІСѓС… изотерм. Цикл Ренкина состоит РёР· РґРІСѓС… адиабат, изотермы Рё изобары СЃ регенерацией тепла, которая приближает этот цикл Рє идеальному циклу Карно. РќР° транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как Сѓ транспортного средства есть ограничения РїРѕ массе Рё габаритам, которые практически отсутствуют Сѓ 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.
Рдея реактивного и ракетного двигателя состоит РІ том, чтобы тяга создавалась РЅРµ винтом, Р° 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.
В
В
6.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды
В
  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.
В
7.Задачи
В
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.
В
8.ОпытВ
В
Ртот опыт доказывает, что РїСЂРё нагревании жидкости пар расширяется. Внутренняя энергия топлива переходит РІРѕ внутреннюю энергию пара, Р° РѕРЅ переходит РІ механическую работу, то есть газ совершает работу, то есть повышается давление. РџРѕРґ действием давления вылетает РїСЂРѕР±РєР°. Рто является простейшим тепловым двигателем. Устройства, РІ которых внутренняя энергия топлива превращается РІ механическую энергию, называются тепловыми двигателями.
В
В
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.
В
                                                                                                                                         Выполнил: Чурилов Сергей
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
fizik-school11.ucoz.ru