Uendeshaji wa aina nyingi za mashine hubainishwa kwa kiashirio muhimu kama vile utendakazi wa injini ya joto. Kila mwaka, wahandisi hujitahidi kuunda vifaa vya hali ya juu zaidi ambavyo, kwa gharama ya chini ya mafuta, vitatoa matokeo ya juu zaidi kutokana na matumizi yake.
Kifaa cha injini ya joto
Kabla ya kuelewa ufanisi ni nini, ni muhimu kuelewa jinsi utaratibu huu unavyofanya kazi. Bila kujua kanuni za hatua yake, haiwezekani kujua kiini cha kiashiria hiki. Injini ya joto ni kifaa kinachofanya kazi kwa kutumia nishati ya ndani. Injini yoyote ya joto inayobadilisha nishati ya joto kuwa nishati ya mitambo hutumia upanuzi wa joto wa vitu na joto linaloongezeka. Katika injini za hali ngumu, inawezekana sio tu kubadilisha kiasi cha suala, lakini pia sura ya mwili. Uendeshaji wa injini kama hiyo inategemea sheria za thermodynamics.
Kanuni ya uendeshaji
Ili kuelewa jinsi injini ya kuongeza joto inavyofanya kazi, ni muhimu kuzingatia mambo ya msingimiundo yake. Kwa uendeshaji wa kifaa, miili miwili inahitajika: moto (heater) na baridi (jokofu, baridi). Kanuni ya uendeshaji wa injini za joto (ufanisi wa injini za joto) inategemea aina yao. Mara nyingi, condenser ya mvuke hufanya kama jokofu, na aina yoyote ya mafuta inayowaka katika tanuru hufanya kama heater. Ufanisi wa injini bora ya joto hupatikana kwa fomula ifuatayo:
Ufanisi=(Kuigiza - Kupunguza joto)/ Tamthilia. x 100%.
Wakati huo huo, ufanisi wa injini halisi hauwezi kamwe kuzidi thamani inayopatikana kulingana na fomula hii. Pia, kiashiria hiki hakitawahi kuzidi thamani hapo juu. Ili kuongeza ufanisi, mara nyingi huongeza joto la heater na kupunguza joto la jokofu. Michakato hii yote miwili itadhibitiwa na hali halisi ya uendeshaji wa kifaa.
Ufanisi wa injini ya joto (formula)
Wakati wa uendeshaji wa injini ya joto, kazi hufanyika, gesi inapoanza kupoteza nishati na kupoa hadi joto fulani. Mwisho ni kawaida digrii chache juu ya anga inayozunguka. Hii ni joto la friji. Kifaa hicho maalum kimeundwa kwa ajili ya baridi na condensation inayofuata ya mvuke ya kutolea nje. Mahali ambapo kuna viboreshaji joto, halijoto ya jokofu wakati mwingine huwa ya chini kuliko halijoto iliyoko.
Katika injini ya joto, mwili, unapopashwa na kupanuliwa, hauwezi kutoa nishati yake yote ya ndani kufanya kazi. Baadhi ya joto huhamishiwa kwenye jokofu pamoja na gesi za kutolea nje au mvuke. Sehemu hiinishati ya ndani ya mafuta inapotea bila shaka. Wakati wa mwako wa mafuta, mwili unaofanya kazi hupokea kiasi fulani cha joto Q1 kutoka kwa hita. Wakati huo huo, bado inafanya kazi A, wakati ambapo huhamisha sehemu ya nishati ya joto kwenye jokofu: Q2<Q1.
EFFICIENCY inabainisha ufanisi wa injini katika uga wa ubadilishaji na usambazaji wa nishati. Kiashiria hiki mara nyingi hupimwa kama asilimia. Mfumo wa Ufanisi:
ηA/Qx100%, ambapo Q ni nishati iliyotumika, A ni kazi muhimu.
Kulingana na sheria ya uhifadhi wa nishati, tunaweza kuhitimisha kuwa ufanisi utakuwa chini ya moja kila wakati. Kwa maneno mengine, hakutakuwa na kazi muhimu zaidi kuliko nishati inayotumika kuifanyia kazi.
Ufanisi wa injini ni uwiano wa kazi muhimu kwa nishati inayotolewa na hita. Inaweza kuwakilishwa kama fomula ifuatayo:
η=(Q1-Q2)/ Q1, ambapo Q 1 - joto lililopokelewa kutoka kwa hita, na Q2 - hutolewa kwa jokofu.
Uendeshaji wa injini ya joto
Kazi inayofanywa na injini ya kuongeza joto huhesabiwa kwa kutumia fomula ifuatayo:
A=|QH| - |QX|, ambapo A ni kazi, QH ni kiasi cha joto kilichopokelewa kutoka kwa hita, QX - kiasi cha joto kinachotolewa kwa kibaridi.
Ufanisi wa injini ya joto (fomula):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Ni sawa na uwiano wa kazi iliyofanywa na injini na kiasi chajoto. Sehemu ya nishati ya joto hupotea wakati wa uhamisho huu.
Injini ya gari
Ufanisi wa juu zaidi wa injini ya joto hubainishwa kwenye kifaa cha Carnot. Hii ni kutokana na ukweli kwamba katika mfumo huu inategemea tu joto kabisa la heater (Тн) na baridi (Тх). Ufanisi wa injini ya joto inayofanya kazi kulingana na mzunguko wa Carnot huamuliwa na fomula ifuatayo:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Sheria za thermodynamics zilituruhusu kukokotoa ufanisi wa juu unaowezekana. Kwa mara ya kwanza kiashiria hiki kilihesabiwa na mwanasayansi wa Kifaransa na mhandisi Sadi Carnot. Alivumbua injini ya joto inayotumia gesi bora. Inafanya kazi kwenye mzunguko wa isotherms 2 na adiabats 2. Kanuni ya uendeshaji wake ni rahisi sana: mawasiliano ya heater huletwa kwenye chombo na gesi, kama matokeo ya ambayo maji ya kazi hupanua isothermally. Wakati huo huo, inafanya kazi na kupokea kiasi fulani cha joto. Baada ya chombo ni maboksi ya joto. Pamoja na hili, gesi inaendelea kupanua, lakini tayari adiabatically (bila kubadilishana joto na mazingira). Kwa wakati huu, joto lake hupungua kwenye jokofu. Kwa wakati huu, gesi inawasiliana na jokofu, kwa sababu hiyo inatoa kiasi fulani cha joto wakati wa ukandamizaji wa isometriki. Kisha chombo kinawekwa tena kwa joto. Katika hali hii, gesi hubanwa kwa sauti hadi kiasi na hali yake halisi.
Aina
Katika wakati wetu, kuna aina nyingi za injini za kuongeza joto zinazofanya kazi kwa kanuni tofauti na kwa nishati tofauti. Wote wana ufanisi wao wenyewe. Hizi ni pamoja nazifuatazo:
• Injini ya mwako wa ndani (pistoni), ambayo ni utaratibu ambapo sehemu ya nishati ya kemikali ya mafuta yanayowaka hubadilishwa kuwa nishati ya kiufundi. Vifaa vile vinaweza kuwa gesi na kioevu. Kuna injini za 2-stroke na 4-stroke. Wanaweza kuwa na mzunguko wa wajibu unaoendelea. Kwa mujibu wa njia ya kuandaa mchanganyiko wa mafuta, injini hizo ni carburetor (pamoja na malezi ya mchanganyiko wa nje) na dizeli (na ndani). Kwa mujibu wa aina za kubadilisha nishati, zimegawanywa katika pistoni, ndege, turbine, pamoja. Ufanisi wa mashine hizo hauzidi 0.5.
• Injini ya kusisimua - kifaa ambamo kimiminiko cha kufanya kazi kiko katika nafasi iliyofungwa. Ni aina ya injini ya mwako wa nje. Kanuni ya uendeshaji wake inategemea baridi / joto la mara kwa mara la mwili na uzalishaji wa nishati kutokana na mabadiliko ya kiasi chake. Ni mojawapo ya injini zinazofanya kazi vizuri zaidi.
• Injini ya turbine (rotary) yenye mwako wa nje wa mafuta. Ufungaji kama huo mara nyingi hupatikana katika mitambo ya nishati ya joto.
• ICE ya Turbine (rotary) hutumiwa kwenye mitambo ya nishati ya joto katika hali ya kilele. Sio kawaida kama wengine.
• Injini ya turboprop hutoa baadhi ya msukumo kutokana na propela. Zingine hutoka kwa gesi za kutolea nje. Muundo wake ni injini ya mzunguko (turbine ya gesi), kwenye shimoni ambayo propela imewekwa.
Aina nyingine za injini za joto
• Injini za roketi, turbojet na ndege zinazosukumwa kutokana na kudororagesi za kutolea nje.
• Injini za hali mango hutumia vitu vikali kama mafuta. Wakati wa kufanya kazi, sio kiasi chake kinachobadilika, lakini sura yake. Uendeshaji wa kifaa hutumia tofauti ya halijoto ya chini sana.
Jinsi ya kuboresha ufanisi
Je, inawezekana kuongeza ufanisi wa injini ya joto? Jibu lazima litafutwa katika thermodynamics. Inasoma mabadiliko ya kuheshimiana ya aina tofauti za nishati. Imeanzishwa kuwa haiwezekani kubadili nishati yote ya joto inapatikana katika umeme, mitambo, nk Wakati huo huo, uongofu wao katika nishati ya joto hutokea bila vikwazo vyovyote. Hili linawezekana kutokana na ukweli kwamba asili ya nishati ya joto inatokana na msogeo usio na utaratibu (wa machafuko) wa chembe.
Kadiri mwili unavyozidi kupata joto, ndivyo molekuli zinazouunda zinavyosonga. Mwendo wa chembe utakuwa mbaya zaidi. Pamoja na hili, kila mtu anajua kwamba utaratibu unaweza kubadilishwa kwa urahisi kuwa machafuko, ambayo ni vigumu sana kuagiza.
