Принцип работы тепловых двигателей

ОК – 39

Тепловые двигатели

- машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Тепловые двигатели

Двигатели внутреннего сгоранияпаровые двигателитурбины

дизельные карбюраторные газовые паровые

паров. двиг: 1698 г – англ. Т. Севери, 1763 г – русск. И. И. Ползунов, 1774 г – англ. Дж. Уатт

двиг. внутр. сгор: 1707 г – фр. Д. Папен, 1860 г – фр. Ленуар, 1876 г – нем. Н. Отто

пар. турб: 1889 г – швед. К. Лаваль

Принцип работы тепловых двигателей

Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабоче-го тела и холодильника. Энергия, выделившая при сгорании топлива в нагревателе, передается рабочему телу – газу или пару. Расширяясь, газ совершает механическую работу. Чтобы двигатель мог работать циклически, необходимо сжать газ после расширения. Для уменьшения работы, со-вершаемой над газом при сжатии, его охлаждают, исполь-зуя холодильник (окружающая среда). А' = Q1 – Q2

Рабочее вещество совершает положительную работу, расширяясь от V₁ до V₂. Чтобы замкнуть цикл, можно возвратить: 1) по тому же пути (А=0); 2) через состояние 2, 3, 1 (A<0) (холодильник); 3) через состояние 2, 4, 1 (A>0) совершена положительная работа, равная площади (S) цикла.

Из всех тепловых машин, работающих в контакте с нагревателем Т1 и холодиль-ником Т2 максимально возможный КПД достигается в равновесном (обратном) цикле Карно, состоящем из двух изотерм и двух адиабат КПД не зависит от вида машины и используемого рабочего вещества устройства, а зависит только от температур Т1 и Т2. Цикл Карно: 1) такт АВ – изотермическое расширение при температуре нагревателя Т1 2) такт ВС – адиабатное расширение, при котором температура понижается до температуры холодильника Т2 3) такт СД – изотермическое сжатие при температуре Т2

4) такт ДА – адиабатное сжатие, при котором газ нагревается до температуры Т₁

Для идеального двигателя (цикл Карно): η < 1 (или η < 100%) – всегда!

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания:

1) такт АВ – всасывание топливно – воздушной смеси 2) такт ВС – сжатие 3) такт СД – зажигание топливно – воздушной смеси и расширение отработанных газов 4) такт ДА – выпуск отработанных газов η ≈ 30%

Четырехтактный дизельный двигатель:

1) такт АВ – всасывание воздуха 2) такт ВС – сжатие воздуха. Температура повышается до 500 - 700ºС 3) такт СД – впрыскивание и зажигание топлива и расширение отработанных газов 4) такт ДА – выпуск отработанных газов η ≈ 40%

КПД тепловых двигателей:

Использование тепловых двигателей:

Паровые турбины на ТЭС, АЭС; все виды транспорта; речные и морские суда; в сельском хозяйстве, строительной и оборонной промышленности.

Более 80% электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях.

Охрана природы:

Сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ; увеличение эффективности использования энергии; экономия; замена ДВС электродвигателями.