-->
|
|
|
Ãëàâà 13. Îñíîâû òåðìîäèíàìèêè § 82. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òåïëîâûõ äâèãàòåëåé. Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (ÊÏÄ) òåïëîâûõ äâèãàòåëåéÂñïîìíèòå, ÷òî òàêîå òåðìîäèíàìè÷åñêàÿ ñèñòåìà è êàêèìè ïàðàìåòðàìè õàðàêòåðèçóåòñÿ å¸ ñîñòîÿíèå. Ñôîðìóëèðóéòå ïåðâûé è âòîðîé çàêîíû òåðìîäèíàìèêè.
Çàïàñû âíóòðåííåé ýíåðãèè â çåìíîé êîðå è îêåàíàõ ìîæíî ñ÷èòàòü ïðàêòè÷åñêè íåîãðàíè÷åííûìè. Íî äëÿ ðåøåíèÿ ïðàêòè÷åñêèõ çàäà÷ ðàñïîëàãàòü çàïàñàìè ýíåðãèè åù¸ íåäîñòàòî÷íî. Íåîáõîäèìî òàê æå óìåòü çà ñ÷¸ò ýíåðãèè ïðèâîäèòü â äâèæåíèå ñòàíêè íà ôàáðèêàõ è çàâîäàõ, ñðåäñòâà òðàíñïîðòà, òðàêòîðû è äðóãèå ìàøèíû, âðàùàòü ðîòîðû ãåíåðàòîðîâ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà è ò. ä. ×åëîâå÷åñòâó íóæíû äâèãàòåëè — óñòðîéñòâà, ñïîñîáíûå ñîâåðøàòü ðàáîòó. Áîëüøàÿ ÷àñòü äâèãàòåëåé íà Çåìëå — ýòî òåïëîâûå äâèãàòåëè.
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òåïëîâûõ äâèãàòåëåé. Äëÿ òîãî ÷òîáû äâèãàòåëü ñîâåðøàë ðàáîòó, íåîáõîäèìà ðàçíîñòü äàâëåíèé ïî îáå ñòîðîíû ïîðøíÿ äâèãàòåëÿ èëè ëîïàñòåé òóðáèíû. Âî âñåõ òåïëîâûõ äâèãàòåëÿõ ýòà ðàçíîñòü äàâëåíèé äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷¸ò ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû ðàáî÷åãî òåëà (ãàçà) íà ñîòíè èëè òûñÿ÷è ãðàäóñîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû. Òàêîå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà. Îäíà èç îñíîâíûõ ÷àñòåé äâèãàòåëÿ — ñîñóä, íàïîëíåííûé ãàçîì, ñ ïîäâèæíûì ïîðøíåì. Ðàáî÷èì òåëîì ó âñåõ òåïëîâûõ äâèãàòåëåé ÿâëÿåòñÿ ãàç, êîòîðûé ñîâåðøàåò ðàáîòó ïðè ðàñøèðåíèè. Îáîçíà÷èì íà÷àëüíóþ òåìïåðàòóðó ðàáî÷åãî òåëà (ãàçà) ÷åðåç T1. Ýòó òåìïåðàòóðó â ïàðîâûõ òóðáèíàõ èëè ìàøèíàõ ïðèîáðåòàåò ïàð â ïàðîâîì êîòëå.  äâèãàòåëÿõ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ è ãàçîâûõ òóðáèíàõ ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà âíóòðè ñàìîãî äâèãàòåëÿ. Òåìïåðàòóðó Ò1 íàçûâàþò òåìïåðàòóðîé íàãðåâàòåëÿ. Ðîëü õîëîäèëüíèêà. Ïî ìåðå ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû ãàç òåðÿåò ýíåðãèþ è íåèçáåæíî îõëàæäàåòñÿ äî íåêîòîðîé òåìïåðàòóðû Ò2, êîòîðàÿ îáû÷íî íåñêîëüêî âûøå òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Ÿ íàçûâàþò òåìïåðàòóðîé õîëîäèëüíèêà. Õîëîäèëüíèêîì ÿâëÿåòñÿ àòìîñôåðà èëè ñïåöèàëüíûå óñòðîéñòâà äëÿ îõëàæäåíèÿ è êîíäåíñàöèè îòðàáîòàííîãî ïàðà — êîíäåíñàòîðû.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà ìîæåò áûòü íåìíîãî íèæå òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåãî âîçäóõà. Òàêèì îáðàçîì, â äâèãàòåëå ðàáî÷åå òåëî ïðè ðàñøèðåíèè íå ìîæåò îòäàòü âñþ ñâîþ âíóòðåííþþ ýíåðãèþ íà ñîâåðøåíèå ðàáîòû. ×àñòü òåïëà íåèçáåæíî ïåðåäà¸òñÿ õîëîäèëüíèêó (àòìîñôåðå) âìåñòå ñ îòðàáîòàííûì ïàðîì èëè âûõëîïíûìè ãàçàìè äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ è ãàçîâûõ òóðáèí.
Ýòà ÷àñòü âíóòðåííåé ýíåðãèè òîïëèâà òåðÿåòñÿ. Òåïëîâîé äâèãàòåëü ñîâåðøàåò ðàáîòó çà ñ÷¸ò âíóòðåííåé ýíåðãèè ðàáî÷åãî òåëà. Ïðè÷¸ì â ýòîì ïðîöåññå ïðîèñõîäèò ïåðåäà÷à òåïëîòû îò áîëåå ãîðÿ÷èõ òåë (íàãðåâàòåëÿ) ê áîëåå õîëîäíûì (õîëîäèëüíèêó). Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà òåïëîâîãî äâèãàòåëÿ èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 13.13. Ðàáî÷åå òåëî äâèãàòåëÿ ïîëó÷àåò îò íàãðåâàòåëÿ ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1, ñîâåðøàåò ðàáîòó À' è ïåðåäà¸ò õîëîäèëüíèêó êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q2 < Q1. Äëÿ òîãî ÷òîáû äâèãàòåëü ðàáîòàë íåïðåðûâíî, íåîáõîäèìî ðàáî÷åå òåëî âåðíóòü â íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå, ïðè êîòîðîì òåìïåðàòóðà ðàáî÷åãî òåëà ðàâíà Ò1. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ðàáîòà äâèãàòåëÿ ïðîèñõîäèò ïî ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþùèìñÿ çàìêíóòûì ïðîöåññàì, èëè, êàê ãîâîðÿò, ïî öèêëó.
|
|
|