كفاءة محرك الاحتراق الداخلي - دعنا نتعرف على الكفاءة بالمقارنة. ما هي الكفاءة؟ المفهوم ، التعريف ، التطبيق

« الفيزياء - الصف العاشر "

ما هو النظام الديناميكي الحراري وما هي المعلمات التي تميز حالته.
اذكر القانونين الأول والثاني للديناميكا الحرارية.

كان إنشاء نظرية المحركات الحرارية هو الذي أدى إلى صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

يمكن اعتبار احتياطيات الطاقة الداخلية في قشرة الأرض والمحيطات عمليا غير محدودة. ولكن لحل المشكلات العملية ، لا يزال وجود احتياطيات من الطاقة غير كافٍ. من الضروري أيضًا أن تكون قادرًا على استخدام الطاقة لتشغيل أدوات الماكينات المتحركة في المصانع والمصانع ، ووسائل النقل ، والجرارات والآلات الأخرى ، وتدوير دوارات مولدات التيار الكهربائي ، وما إلى ذلك ، يحتاج الجنس البشري إلى محركات - أجهزة قادرة على القيام بالعمل. معظم المحركات الموجودة على الأرض محركات الحرارة.

محركات الحرارة- هذه هي الأجهزة التي تحول الطاقة الداخلية للوقود إلى أعمال ميكانيكية.

مبدأ تشغيل المحركات الحرارية.

لكي يقوم المحرك بعمله ، هناك حاجة إلى اختلاف الضغط على جانبي مكبس المحرك أو شفرات التوربين. في جميع المحركات الحرارية ، يتحقق فرق الضغط هذا عن طريق زيادة درجة الحرارة هيئة العمل(غاز) مئات أو آلاف الدرجات فوق درجة الحرارة المحيطة. تحدث هذه الزيادة في درجة الحرارة أثناء احتراق الوقود.

أحد الأجزاء الرئيسية للمحرك هو وعاء مليء بالغاز ومكبس متحرك. السائل العامل في جميع المحركات الحرارية هو غاز يعمل أثناء التمدد. دعنا نشير إلى درجة الحرارة الأولية لسائل العمل (الغاز) خلال T 1. يتم الحصول على درجة الحرارة هذه في التوربينات البخارية أو الآلات بواسطة البخار الموجود في غلاية البخار. في محركات الاحتراق الداخلي وتوربينات الغاز ، تحدث زيادة درجة الحرارة عند احتراق الوقود داخل المحرك نفسه. تسمى درجة الحرارة T 1 درجة حرارة السخان.

دور الثلاجة

أثناء العمل ، يفقد الغاز الطاقة ويبرد حتمًا إلى درجة حرارة معينة T 2 ، والتي عادة ما تكون أعلى إلى حد ما من درجة الحرارة المحيطة. يسمونها درجة حرارة الثلاجة. الثلاجة عبارة عن أجواء أو أجهزة خاصة لتبريد وتكثيف بخار العادم - المكثفات. في الحالة الأخيرة ، قد تكون درجة حرارة الثلاجة أقل قليلاً من درجة الحرارة المحيطة.

وبالتالي ، في المحرك ، لا يمكن لسائل العمل أثناء التمدد إعطاء كل طاقته الداخلية للقيام بالعمل. يتم نقل جزء من الحرارة حتمًا إلى المبرد (الغلاف الجوي) جنبًا إلى جنب مع بخار العادم أو غازات العادم من محركات الاحتراق الداخلي والتوربينات الغازية.

يتم فقد هذا الجزء من الطاقة الداخلية للوقود. يعمل المحرك الحراري بسبب الطاقة الداخلية لسائل العمل. علاوة على ذلك ، في هذه العملية ، يتم نقل الحرارة من أجسام أكثر سخونة (مدفأة) إلى أجسام أكثر برودة (ثلاجة). يظهر رسم تخطيطي لمحرك حراري في الشكل 13.13.

يستقبل سائل عمل المحرك من السخان أثناء احتراق الوقود كمية الحرارة Q 1 ، ويعمل A "وينقل كمية الحرارة إلى الثلاجة س 2< Q 1 .

لكي يعمل المحرك بشكل مستمر ، من الضروري إعادة سائل العمل إلى حالته الأولية ، حيث تكون درجة حرارة سائل العمل مساوية لـ T 1. ويترتب على ذلك أن تشغيل المحرك يحدث وفقًا لتكرار العمليات المغلقة بشكل دوري ، أو كما يقولون ، وفقًا لدورة.

دورةهي سلسلة من العمليات ، ونتيجة لذلك يعود النظام إلى حالته الأولية.

معامل الأداء (COP) للمحرك الحراري.

يرجع استحالة التحويل الكامل للطاقة الداخلية للغاز إلى عمل المحركات الحرارية إلى عدم رجوع العمليات في الطبيعة. إذا كانت الحرارة يمكن أن تعود تلقائيًا من الثلاجة إلى المدفأة ، فيمكن تحويل الطاقة الداخلية بالكامل إلى عمل مفيد باستخدام أي محرك حراري. يمكن صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية على النحو التالي:

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:
من المستحيل إنشاء آلة الحركة الدائمة من النوع الثاني ، والتي من شأنها تحويل الحرارة بالكامل إلى عمل ميكانيكي.

وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، فإن الشغل الذي يقوم به المحرك هو:

أ "\ u003d س 1 - | س 2 |, (13.15)

حيث س 1 - كمية الحرارة الواردة من السخان ، و س 2 - كمية الحرارة المعطاة للثلاجة.

معامل الأداء (COP) للمحرك الحراري هو نسبة الشغل A "الذي يؤديه المحرك إلى كمية الحرارة المتلقاة من السخان:

لأنه في جميع المحركات يتم نقل بعض الحرارة إلى الثلاجة ، ثم η< 1.

أقصى قيمة لكفاءة المحركات الحرارية.

تتيح قوانين الديناميكا الحرارية حساب أقصى قدر ممكن من الكفاءة لمحرك حراري يعمل بسخان بدرجة حرارة T 1 وثلاجة بدرجة حرارة T 2 ، وكذلك لتحديد طرق زيادتها.

لأول مرة ، حسب المهندس والعالم الفرنسي سادي كارنو (1796-1832) أقصى كفاءة ممكنة لمحرك حراري في عمله "تأملات في القوة الدافعة للنار وعلى الآلات القادرة على تطوير هذه القوة" (1824) ).

ابتكر Carnot محركًا حراريًا مثاليًا مع غاز مثالي كسائل عامل. يعمل المحرك الحراري المثالي Carnot في دورة تتكون من اثنين من متساوي الحرارة واثنين من adiabats ، وتعتبر هذه العمليات قابلة للعكس (الشكل 13.14). أولاً ، يتلامس وعاء به غاز مع سخان ، ويتمدد الغاز بشكل متساوي الحرارة ، ويقوم بعمل إيجابي ، عند درجة حرارة T 1 ، بينما يتلقى كمية من الحرارة Q 1.

ثم يتم عزل الوعاء حرارياً ، يستمر الغاز في التمدد بشكل ثابت ، بينما تنخفض درجة حرارته إلى درجة حرارة الثلاجة T 2. بعد ذلك ، يتلامس الغاز مع الثلاجة ، تحت ضغط متساوي الحرارة ، فإنه يعطي كمية الحرارة Q 2 للثلاجة ، ويضغط إلى حجم V 4< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

على النحو التالي من الصيغة (13.17) ، فإن كفاءة آلة كارنو تتناسب طرديًا مع الاختلاف في درجات الحرارة المطلقة للسخان والثلاجة.

المعنى الرئيسي لهذه الصيغة هو أنها تشير إلى طريقة زيادة الكفاءة ، لذلك من الضروري زيادة درجة حرارة السخان أو خفض درجة حرارة الثلاجة.

أي محرك حراري حقيقي يعمل بسخان بدرجة حرارة T 1 وثلاجة بدرجة حرارة T 2 لا يمكن أن يكون له كفاءة تتجاوز كفاءة المحرك الحراري المثالي: العمليات التي تشكل دورة المحرك الحراري الحقيقي لا يمكن عكسها.

تعطي الصيغة (13.17) حدًا نظريًا للقيمة القصوى لكفاءة المحركات الحرارية. يظهر أن المحرك الحراري أكثر كفاءة ، وكلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين السخان والثلاجة.

فقط عند درجة حرارة الثلاجة ، التي تساوي الصفر المطلق ، η = 1. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن الكفاءة المحسوبة بالصيغة (13.17) لا تعتمد على مادة العمل.

لكن درجة حرارة الثلاجة ، التي يلعب الغلاف الجوي دورها عادةً ، لا يمكن عمليًا أن تكون أقل من درجة الحرارة المحيطة. يمكنك زيادة درجة حرارة السخان. ومع ذلك ، فإن أي مادة (جسم صلب) لها مقاومة محدودة للحرارة أو مقاومة للحرارة. عند تسخينه ، يفقد تدريجياً خصائصه المرنة ويذوب عند درجة حرارة عالية بدرجة كافية.

تهدف الجهود الرئيسية للمهندسين الآن إلى زيادة كفاءة المحركات عن طريق تقليل احتكاك أجزائها ، وفقدان الوقود بسبب الاحتراق غير الكامل ، وما إلى ذلك.

بالنسبة للتوربينات البخارية ، تكون درجات حرارة البخار الأولية والنهائية تقريبًا كما يلي: T 1-800 K و T2-300 K. في درجات الحرارة هذه ، تبلغ الكفاءة القصوى 62٪ (لاحظ أن الكفاءة تقاس عادةً كنسبة مئوية). تبلغ القيمة الفعلية للكفاءة بسبب أنواع مختلفة من فقدان الطاقة حوالي 40٪. تتميز محركات الديزل بأقصى قدر من الكفاءة - حوالي 44٪.

حماية البيئة.

من الصعب تخيل العالم الحديث بدون محركات حرارية. إنهم يوفرون لنا حياة مريحة. المحركات الحرارية تقود المركبات. حوالي 80٪ من الكهرباء ، على الرغم من وجود محطات للطاقة النووية ، يتم توليدها باستخدام المحركات الحرارية.

ومع ذلك ، أثناء تشغيل المحركات الحرارية ، يحدث تلوث بيئي لا مفر منه. هذا تناقض: من ناحية ، تحتاج البشرية كل عام المزيد والمزيد من الطاقة ، يتم الحصول على الجزء الرئيسي منها عن طريق حرق الوقود ، ومن ناحية أخرى ، فإن عمليات الاحتراق تصاحبها حتماً تلوث بيئي.

عند حرق الوقود ، ينخفض ​​محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، تشكل منتجات الاحتراق نفسها مركبات كيميائية ضارة بالكائنات الحية. يحدث التلوث ليس فقط على الأرض ، ولكن أيضًا في الهواء ، حيث أن أي رحلة جوية مصحوبة بانبعاثات شوائب ضارة في الغلاف الجوي.

ومن نتائج تشغيل المحركات تكون ثاني أكسيد الكربون الذي يمتص الأشعة تحت الحمراء من سطح الأرض مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي. هذا هو ما يسمى تأثير الاحتباس الحراري. تظهر القياسات أن درجة حرارة الغلاف الجوي ترتفع بمقدار 0.05 درجة مئوية في السنة. يمكن أن تؤدي هذه الزيادة المستمرة في درجة الحرارة إلى ذوبان الجليد ، مما يؤدي بدوره إلى تغيير مستوى المياه في المحيطات ، أي إلى فيضان القارات.

نلاحظ نقطة سلبية أخرى عند استخدام المحركات الحرارية. لذلك ، في بعض الأحيان يتم استخدام مياه الأنهار والبحيرات لتبريد المحركات. ثم يتم إرجاع الماء الساخن مرة أخرى. تؤدي زيادة درجة حرارة المسطحات المائية إلى اختلال التوازن الطبيعي ، وتسمى هذه الظاهرة بالتلوث الحراري.

لحماية البيئة ، يتم استخدام فلاتر التنظيف المختلفة على نطاق واسع لمنع انبعاث المواد الضارة في الغلاف الجوي ، ويتم تحسين تصميمات المحرك. هناك تحسين مستمر للوقود ، مما يقلل من المواد الضارة أثناء الاحتراق ، وكذلك تقنية احتراقه. يجري تطوير مصادر الطاقة البديلة التي تستخدم الرياح والإشعاع الشمسي والطاقة الأساسية بنشاط. يتم بالفعل إنتاج السيارات الكهربائية والمركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية.

ربما تساءل الجميع عن كفاءة (معامل الكفاءة) لمحرك الاحتراق الداخلي. بعد كل شيء ، كلما ارتفع هذا المؤشر ، زادت كفاءة عمل وحدة الطاقة. في الوقت الحالي ، يعتبر النوع الكهربائي هو الأكثر كفاءة ، ويمكن أن تصل كفاءته إلى 90-95٪ ، لكن بالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي ، سواء كانت ديزل أو بنزين ، بعبارة ملطفة ، فهي بعيدة عن المثالية ...

بصراحة ، تعد خيارات المحركات الحديثة أكثر كفاءة من نظيراتها ، التي تم إصدارها قبل 10 سنوات ، وهناك الكثير من الأسباب لذلك. فكر بنفسك قبل خيار 1.6 لتر ، فقد أعطت 60 - 70 حصان فقط. والآن يمكن أن تصل هذه القيمة إلى 130-150 حصان. هذا عمل شاق لزيادة الكفاءة ، حيث يتم إعطاء كل "خطوة" عن طريق التجربة والخطأ. ومع ذلك ، لنبدأ بتعريف.

- هذه هي قيمة النسبة بين كميتين ، القدرة التي يزودها العمود المرفقي للمحرك بالقدرة التي يستقبلها المكبس ، بسبب ضغط الغازات التي تشكلت عن طريق اشتعال الوقود.

بعبارات بسيطة ، هذا هو تحويل الطاقة الحرارية أو الحرارية التي تظهر أثناء احتراق خليط الوقود (الهواء والبنزين) إلى طاقة ميكانيكية. تجدر الإشارة إلى أن هذا قد حدث بالفعل ، على سبيل المثال ، في محطات توليد الطاقة البخارية - دفع الوقود أيضًا ، تحت تأثير درجة الحرارة ، مكابس الوحدات. ومع ذلك ، كانت التركيبات أكبر بعدة مرات ، وكان الوقود نفسه صلبًا (عادة الفحم أو الحطب) ، مما جعل من الصعب نقله وتشغيله ، وكان من الضروري باستمرار "إطعامه" في الفرن بالمجارف. تعد محركات الاحتراق الداخلي أكثر إحكاما وأخف وزنا من المحركات البخارية ، كما أن الوقود أسهل في التخزين والنقل.

المزيد عن الخسائر

بالنظر إلى المستقبل ، يمكننا أن نقول بثقة أن كفاءة محرك البنزين في حدود 20 إلى 25٪. وهناك أسباب كثيرة لذلك. إذا أخذنا الوقود الوارد وأعدنا حسابه كنسبة مئوية ، فإننا نحصل على "100٪ من الطاقة" التي يتم نقلها إلى المحرك ، ثم تذهب الخسائر:

1)كفاءة الوقود . لا يحترق كل الوقود ، ويغادر جزء صغير منه مع غازات العادم ، وعند هذا المستوى نفقد بالفعل ما يصل إلى 25٪ من الكفاءة. بالطبع ، تتحسن أنظمة الوقود الآن ، ظهر حاقن ، لكنه بعيد كل البعد عن المثالية.

2) الثاني هو فقدان الحرارة.و . يقوم المحرك بتسخين نفسه والعديد من العناصر الأخرى ، مثل المشعات وجسمه والسائل الذي يدور فيه. أيضا ، جزء من الحرارة يختفي مع غازات العادم. لكل هذا ، ما يصل إلى 35٪ فقدان الكفاءة.

3) الثالث هو الخسائر الميكانيكية . على جميع أنواع المكابس ، قضبان التوصيل ، الحلقات - جميع الأماكن التي يوجد بها احتكاك. يتضمن ذلك الخسائر الناتجة عن حمل المولد ، على سبيل المثال ، كلما زادت الكهرباء التي ينتجها المولد ، كلما زاد إبطاء دوران العمود المرفقي. بالطبع ، تقدمت مواد التشحيم أيضًا إلى الأمام ، ولكن مرة أخرى ، لم يهزم أحد الاحتكاك تمامًا - خسارة أخرى بنسبة 20 ٪

وبالتالي ، في البقايا الجافة ، تبلغ الكفاءة حوالي 20٪! بالطبع ، هناك خيارات بارزة من خيارات البنزين ، حيث يتم زيادة هذا الرقم إلى 25 ٪ ، لكن لا يوجد الكثير منها.

أي إذا كانت سيارتك تستهلك 10 لترات من الوقود لكل 100 كيلومتر ، فسيذهب 2 لتر منها فقط إلى العمل مباشرة ، والباقي عبارة عن خسائر!

بالطبع يمكنك زيادة القوة ، على سبيل المثال ، من خلال ملل الرأس ، نشاهد فيديو قصير.

إذا كنت تتذكر الصيغة ، فستحصل على:

أي محرك لديه أعلى كفاءة؟

الآن أريد التحدث عن خيارات البنزين والديزل ، ومعرفة أيهما أكثر كفاءة.

لوضعها بعبارات بسيطة ، وعدم الخوض في غابة المصطلحات التقنية ، إذن - إذا قارنا كفاءتين - فإن أكثرها كفاءة ، بالطبع ، هو الديزل ، وإليك السبب:

1) يحول محرك البنزين 25٪ فقط من الطاقة إلى طاقة ميكانيكية ، لكن محرك الديزل يحول حوالي 40٪.

2) إذا قمت بتجهيز نوع الديزل بشاحن توربيني ، فيمكنك تحقيق كفاءة تتراوح من 50 إلى 53٪ ، وهذا أمر مهم للغاية.

فلماذا هي فعالة جدا؟ الأمر بسيط - على الرغم من نوع العمل المماثل (كلاهما وحدات احتراق داخلي) ، فإن محرك الديزل يؤدي وظيفته بشكل أكثر كفاءة. لديها ضغط أكبر ، والوقود يشتعل من مبدأ مختلف. يسخن بشكل أقل ، مما يعني أنه يوفر في التبريد ، ويحتوي على عدد أقل من الصمامات (توفير في الاحتكاك) ، كما أنه لا يحتوي على ملفات الإشعال العادية وشمعات الإشعال ، مما يعني أنه لا يتطلب تكاليف طاقة إضافية من المولد . إنه يعمل بسرعات منخفضة ، ليست هناك حاجة لتدوير العمود المرفقي بعنف - كل هذا يجعل نسخة الديزل بطلة في الكفاءة.

حول كفاءة وقود الديزل

من القيمة الأعلى لعامل الكفاءة ، تتبع كفاءة الوقود أيضًا. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن لمحرك سعة 1.6 لتر أن يستهلك 3-5 لترات فقط في المدينة ، على عكس نوع البنزين ، حيث يكون الاستهلاك 7-12 لترًا. يحتوي محرك الديزل على الكثير ، وغالبًا ما يكون المحرك نفسه أكثر إحكاما وأخف وزنا ، كما أنه أكثر ملاءمة للبيئة في الآونة الأخيرة. كل هذه اللحظات الإيجابية تتحقق بسبب القيمة الأكبر ، هناك علاقة مباشرة بين الكفاءة والضغط ، انظر لوحة صغيرة.

ومع ذلك ، على الرغم من كل المزايا ، إلا أن لها العديد من العيوب.

كما يتضح ، فإن كفاءة محرك الاحتراق الداخلي بعيدة كل البعد عن المثالية ، وبالتالي فإن المستقبل هو بالتأكيد خيارات كهربائية - يبقى فقط العثور على بطاريات فعالة لا تخاف من الصقيع وتحمل الشحن لفترة طويلة.

كل نظام أو جهاز له معامل أداء معين (COP). يميز هذا المؤشر كفاءة عملهم في عودة أو تحويل أي نوع من الطاقة. من حيث قيمتها ، تعتبر الكفاءة قيمة غير قابلة للقياس ، ويتم تمثيلها كقيمة عددية تتراوح من 0 إلى 1 ، أو كنسبة مئوية. تنطبق هذه الخاصية تمامًا على جميع أنواع المحركات الكهربائية.

خصائص الكفاءة في المحركات الكهربائية

تنتمي المحركات الكهربائية إلى فئة الأجهزة التي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يحدد عامل الكفاءة لهذه الأجهزة مدى فعاليتها في أداء الوظيفة الرئيسية.

كيف تجد كفاءة المحرك؟ تبدو صيغة كفاءة المحرك الكهربائي كما يلي: ƞ \ u003d P2 / P1.في هذه الصيغة ، P1 هي الطاقة الكهربائية المزودة و P2 هي الطاقة الميكانيكية القابلة للاستخدام التي يولدها المحرك. يتم تحديد قيمة الطاقة الكهربائية (P) بواسطة الصيغة P \ u003d UI ، والميكانيكية - P \ u003d A / t ، كنسبة العمل إلى وحدة الوقت.

يجب أن يؤخذ عامل الكفاءة في الاعتبار عند اختيار محرك كهربائي. من الأهمية بمكان فقدان الكفاءة المرتبط بالتيارات التفاعلية وتقليل الطاقة وتسخين المحرك والعوامل السلبية الأخرى.

يصاحب تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية فقدان تدريجي للطاقة. غالبًا ما يرتبط فقدان الكفاءة بإطلاق الحرارة عندما يسخن المحرك أثناء التشغيل. يمكن أن تكون أسباب الخسائر مغناطيسية وكهربائية وميكانيكية ، تنشأ تحت تأثير الاحتكاك. لذلك ، على سبيل المثال ، يكون الوضع مناسبًا بشكل أفضل عندما يتم استهلاك الكهرباء مقابل 1000 روبل ، ويتم إنتاج عمل مفيد مقابل 700-800 روبل فقط. وبالتالي ، فإن الكفاءة في هذه الحالة ستكون 70-80٪ ، والفرق بأكمله يتحول إلى طاقة حرارية تقوم بتسخين المحرك.

لتبريد المحركات الكهربائية ، تُستخدم المراوح لدفع الهواء عبر فجوات خاصة. وفقًا للمعايير المعمول بها ، يمكن للمحركات من الفئة A تسخين ما يصل إلى 85-90 درجة مئوية ، فئة B - حتى 110 درجة مئوية. إذا تجاوزت درجة حرارة المحرك المعايير المحددة ، فهذا يشير إلى احتمال وشيك.

اعتمادًا على الحمل ، يمكن أن تغير كفاءة المحرك الكهربائي قيمته:

• للتسكع - 0 ؛
• عند تحميل 25٪ - 0.83 ؛
• عند تحميل 50 ٪ - 0.87 ؛
• عند 75 ٪ تحميل - 0.88 ؛
• عند التحميل الكامل بنسبة 100٪ ، تكون الكفاءة 0.87.

قد يكون أحد أسباب انخفاض كفاءة المحرك الكهربائي هو عدم تناسق التيارات ، عندما يظهر جهد مختلف في كل مرحلة من المراحل الثلاث. على سبيل المثال ، إذا كان هناك 410 فولت في المرحلة الأولى ، و 402 فولت في المرحلة الثانية ، و 288 فولت في المرحلة الثالثة ، فسيكون متوسط ​​الجهد (410 + 402 + 388) / 3 = 400 فولت. القيمة: 410 - 388 = 22 فولت. وبالتالي ، فإن فقدان الكفاءة لهذا السبب سيكون 22/400 × 100 = 5٪.

انخفاض الكفاءة وإجمالي الخسائر في المحرك الكهربائي

هناك العديد من العوامل السلبية التي تؤثر على مقدار الخسائر الإجمالية في المحركات الكهربائية. هناك تقنيات خاصة تسمح لك بتحديدها مسبقًا. على سبيل المثال ، يمكنك تحديد وجود فجوة يتم من خلالها إمداد الطاقة جزئيًا من الشبكة إلى الجزء الثابت ، ثم إلى الدوار.

تتكون خسائر الطاقة التي تحدث في المبدئ نفسه من عدة مصطلحات. بادئ ذي بدء ، هذه هي الخسائر المرتبطة بإعادة المغناطيسية الجزئية لنواة الجزء الثابت. العناصر الفولاذية لها تأثير ضئيل ولا يتم أخذها في الاعتبار عمليا. هذا يرجع إلى سرعة دوران الجزء الثابت ، والتي تتجاوز بشكل كبير سرعة التدفق المغناطيسي. في هذه الحالة ، يجب أن يدور الدوار بما يتفق بدقة مع الخصائص التقنية المعلنة.

قيمة القوة الميكانيكية لعمود الدوار أقل من القوة الكهرومغناطيسية. الفرق هو مقدار الخسائر التي تحدث في اللف. تشمل الخسائر الميكانيكية الاحتكاك في المحامل والفرش ، بالإضافة إلى تأثير حاجز الهواء على الأجزاء الدوارة.

تتميز المحركات الكهربائية غير المتزامنة بوجود خسائر إضافية بسبب وجود الأسنان في الجزء الثابت والدوار. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحدث تدفقات دوامة في مكونات المحرك الفردية. كل هذه العوامل مجتمعة تقلل الكفاءة بحوالي 0.5٪ من الطاقة المقدرة للوحدة.

عند حساب الخسائر المحتملة ، يتم أيضًا استخدام معادلة كفاءة المحرك ، والتي تسمح بحساب الانخفاض في هذه المعلمة. بادئ ذي بدء ، يتم أخذ إجمالي خسائر الطاقة في الاعتبار ، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بحمل المحرك. مع زيادة الحمل ، تزداد الخسائر بشكل متناسب وتقل الكفاءة.

في تصميمات المحركات الكهربائية غير المتزامنة ، يتم أخذ جميع الخسائر المحتملة في الاعتبار في حالة وجود أحمال قصوى. لذلك ، فإن نطاق كفاءة هذه الأجهزة واسع جدًا ويتراوح من 80 إلى 90٪. في المحركات عالية الطاقة ، يمكن أن يصل هذا الرقم إلى 90-96٪.

نجاعة (نجاعة) - خاصية كفاءة نظام (جهاز ، آلة) فيما يتعلق بتحويل أو نقل الطاقة. يتم تحديده من خلال نسبة الطاقة المفيدة المستخدمة إلى إجمالي كمية الطاقة التي يتلقاها النظام ؛ عادة ما تدل على η ("هذا"). η = Wpol / Wcym. الكفاءة هي كمية بلا أبعاد ويتم قياسها غالبًا كنسبة مئوية. رياضيا ، يمكن كتابة تعريف الكفاءة على النحو التالي:

X 100٪

أين لكن- عمل مفيد ، و س- الطاقة المهدرة.

بموجب قانون الحفاظ على الطاقة ، تكون الكفاءة دائمًا أقل من الوحدة أو تساويها ، أي أنه من المستحيل الحصول على عمل أكثر فائدة من الطاقة المنفقة.

كفاءة المحرك الحراري- نسبة العمل المفيد للمحرك إلى الطاقة المتلقاة من السخان. يمكن حساب كفاءة المحرك الحراري باستخدام الصيغة التالية

حيث - كمية الحرارة المتلقاة من السخان ، - كمية الحرارة المعطاة للثلاجة. أعلى كفاءة بين الآلات الدورية التي تعمل في درجات حرارة معينة من الينابيع الساخنة تي 1 وبارد تي 2 ، لديها محركات حرارية تعمل على دورة كارنو ؛ هذه الكفاءة المحدودة تساوي

لا تتوافق جميع المؤشرات التي تميز كفاءة عمليات الطاقة مع الوصف أعلاه. حتى إذا تم تسميتها تقليديًا أو خطأً ، فقد تكون لها خصائص أخرى ، على وجه الخصوص ، تتجاوز 100٪.

كفاءة المرجل

المقال الرئيسي: التوازن الحراري للغلاية

تُحسب كفاءة غلايات الوقود الأحفوري تقليديًا من صافي القيمة الحرارية ؛ من المفترض أن رطوبة منتجات الاحتراق تترك المرجل في شكل بخار شديد السخونة. في غلايات التكثيف ، تتكثف هذه الرطوبة ، وتستخدم حرارة التكثيف بشكل مفيد. عند حساب الكفاءة وفقًا لقيمة أقل من السعرات الحرارية ، يمكن أن يتحول في النهاية إلى أكثر من واحد. في هذه الحالة ، سيكون من الأصح اعتبارها وفقًا لقيمة السعرات الحرارية الإجمالية ، والتي تأخذ في الاعتبار حرارة تكثيف البخار ؛ ومع ذلك ، يصعب مقارنة أداء مثل هذه الغلاية بالبيانات الواردة من التركيبات الأخرى.

مضخات الحرارة والمبردات

تتمثل ميزة المضخات الحرارية كأسلوب تسخين في قدرتها على تلقي حرارة أكثر في بعض الأحيان من الطاقة التي يتم إنفاقها في عملهم ؛ وبالمثل ، يمكن لآلة التبريد إزالة المزيد من الحرارة من الطرف المبرد أكثر مما ينفق في تنظيم العملية.

تتميز كفاءة هذه المحركات الحرارية معامل الأداء(للمبردات) أو نسبة التحول(للمضخات الحرارية)

أين يتم أخذ الحرارة من الطرف البارد (في آلات التبريد) أو نقلها إلى الطرف الساخن (في مضخات الحرارة) ؛ - العمل (أو الكهرباء) المصروف على هذه العملية. أفضل مؤشرات الأداء لهذه الآلات لها دورة كارن العكسية: فيها معامل الأداء

أين ، هي درجات حرارة النهايات الساخنة والباردة ،. من الواضح أن هذه القيمة يمكن أن تكون كبيرة بشكل تعسفي ؛ على الرغم من صعوبة الاقتراب منه عمليًا ، إلا أن معامل الأداء لا يزال بإمكانه تجاوز الوحدة. هذا لا يتعارض مع القانون الأول للديناميكا الحرارية ، منذ ذلك الحين ، بالإضافة إلى الطاقة التي تؤخذ في الاعتبار أ(على سبيل المثال كهربائي) ، في الحرارة سهناك أيضًا طاقة مأخوذة من مصدر بارد.

المؤلفات

• Peryshkin A.V.الفيزياء. الصف 8. - بوستارد ، 2005. - 191 ص. - 50000 نسخة. - ردمك 5-7107-9459-7.

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• تيربوباسكال
• نجاعة

شاهد ما هو "" في القواميس الأخرى:

نجاعة- نسبة طاقة الخرج إلى الطاقة النشطة المستهلكة. [OST 45.55 99] معامل الكفاءة الكفاءة قيمة تميز كمال عمليات تحويل الطاقة أو تحويلها أو نقلها ، وهي النسبة المفيدة ... ... دليل المترجم الفني

نجاعة- أو معامل العودة (Efficiency) - سمة من سمات جودة عمل أي آلة أو جهاز من جانب كفاءتها. يُقصد بـ K.P.D. نسبة كمية العمل المتلقاة من الجهاز أو الطاقة من الجهاز إلى هذا المقدار ... ... القاموس البحري

نجاعة- (الكفاءة) ، وهو مؤشر على كفاءة الآلية ، يعرف بأنه نسبة العمل الذي تؤديه الآلية إلى العمل المنفق على أدائها. نجاعة يتم التعبير عنها كنسبة مئوية. يجب أن تتمتع الآلية المثالية بالكفاءة = ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

نجاعة الموسوعة الحديثة

نجاعة- (الكفاءة) المميزة لكفاءة النظام (الجهاز ، الآلة) فيما يتعلق بتحويل الطاقة ؛ يتم تحديدها من خلال نسبة الطاقة المفيدة المستخدمة (التي تحولت إلى عمل في عملية دورية) إلى إجمالي كمية الطاقة ، ... ... قاموس موسوعي كبير

نجاعة- (الكفاءة) ، سمة من سمات كفاءة نظام (جهاز ، آلة) فيما يتعلق بتحويل أو نقل الطاقة ؛ يتم تحديدها من خلال نسبة t) الطاقة المفيدة المستخدمة (Wpol) إلى إجمالي كمية الطاقة (Wtotal) التي يتلقاها النظام ؛ ح = Wpol ... ... موسوعة فيزيائية

نجاعة- (الكفاءة) نسبة الطاقة المفيدة W p ، على سبيل المثال. في شكل عمل ، إلى إجمالي كمية الطاقة التي يتلقاها النظام (آلة أو محرك) ، W p / W. بسبب الخسائر الحتمية في الطاقة بسبب الاحتكاك والعمليات الأخرى غير المتوازنة للأنظمة الحقيقية ... ... موسوعة فيزيائية

نجاعة- نسبة العمل النافع المنفق أو الطاقة المتلقاة إلى كل الأعمال المستهلكة أو الطاقة المستهلكة ، على التوالي. على سبيل المثال ، كفاءة المحرك الكهربائي هي نسبة الميكانيك. القوة التي يعطونها للطاقة الكهربائية الموردة لها. قوة؛ إلى.… … القاموس الفني للسكك الحديدية

نجاعة- اسم عدد المرادفات: 8 كفاءة (4) عائد (27) مثمر (10) ... قاموس مرادف

نجاعة- - القيمة التي تميز كمال أي نظام فيما يتعلق بأي عملية تحويل أو نقل طاقة تحدث فيه ، وتعرف بأنها نسبة العمل المفيد إلى العمل المنفق على التنفيذ. ... ... موسوعة مصطلحات وتعريفات وشروحات لمواد البناء

نجاعة- (الكفاءة) ، خاصية عددية لكفاءة الطاقة لأي جهاز أو آلة (بما في ذلك المحرك الحراري). يتم تحديد الكفاءة من خلال نسبة الطاقة المفيدة المستخدمة (أي ، المحولة إلى عمل) إلى إجمالي كمية الطاقة ، ... ... قاموس موسوعي مصور

تكمن الأهمية الرئيسية للمعادلة (5.12.2) التي حصلت عليها Carnot في كفاءة الآلة المثالية في أنها تحدد أقصى قدر ممكن من الكفاءة لأي محرك حراري.

أثبت كارنو ، بناءً على القانون الثاني للديناميكا الحرارية * ، النظرية التالية: أي محرك حراري حقيقي يعمل مع سخان درجة الحرارةتي 1 ودرجة حرارة الثلاجةتي 2 ، لا يمكن أن يكون لها كفاءة تتجاوز كفاءة محرك حراري مثالي.

* وضع كارنو في الواقع القانون الثاني للديناميكا الحرارية قبل كلوسيوس وكلفن ، عندما لم يكن القانون الأول للديناميكا الحرارية قد تمت صياغته بشكل صارم بعد.

فكر أولاً في محرك حراري يعمل على دورة عكسية بغاز حقيقي. يمكن أن تكون الدورة موجودة ، من المهم فقط أن تكون درجات حرارة السخان والثلاجة تي 1 و تي 2 .

لنفترض أن كفاءة محرك حراري آخر (لا يعمل وفقًا لدورة كارنو) η ’ > η . تعمل الآلات مع سخان مشترك ومبرد مشترك. دع آلة Carnot تعمل في الدورة العكسية (مثل آلة التبريد) ، والآلة الأخرى في الدورة الأمامية (الشكل 5.18). يعمل المحرك الحراري على قدم المساواة ، وفقًا للصيغتين (5.12.3) و (5.12.5):

يمكن دائمًا تصميم آلة التبريد بحيث تأخذ كمية الحرارة من الثلاجة س 2 = ||

بعد ذلك ، وفقًا للصيغة (5.12.7) ، سيتم تنفيذ العمل عليها

(5.12.12)

منذ بالشرط η "> η , ومن بعد أ "> أ.لذلك ، يمكن للمحرك الحراري أن يقود محرك التبريد ، وسيظل هناك فائض من العمل. يتم هذا العمل الزائد على حساب الحرارة المأخوذة من مصدر واحد. بعد كل شيء ، لا يتم نقل الحرارة إلى الثلاجة تحت تأثير ماكينتين في وقت واحد. لكن هذا يتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

إذا افترضنا أن η> η ", ثم يمكنك جعل آلة أخرى تعمل في دورة عكسية ، وجهاز كارنو في خط مستقيم. نصل مرة أخرى إلى تناقض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية. لذلك ، فإن جهازين يعملان على دورات عكسية لهما نفس الكفاءة: η " = η .

إنها مسألة مختلفة إذا كانت الآلة الثانية تعمل في دورة لا رجوع فيها. إذا سمحنا η " > η , ثم نصل مرة أخرى إلى تناقض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية. ومع ذلك ، فإن الافتراض م | "< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η أو

هذه هي النتيجة الرئيسية:

(5.12.13)

كفاءة المحركات الحرارية الحقيقية

تعطي الصيغة (5.12.13) الحد النظري لأقصى كفاءة للمحركات الحرارية. يظهر أن المحرك الحراري أكثر كفاءة ، فكلما ارتفعت درجة حرارة السخان وانخفضت درجة حرارة الثلاجة. فقط عندما تكون درجة حرارة الثلاجة مساوية للصفر المطلق ، η = 1.

لكن درجة حرارة الثلاجة عمليا لا يمكن أن تكون أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة. يمكنك زيادة درجة حرارة السخان. ومع ذلك ، فإن أي مادة (صلبة) لها مقاومة محدودة للحرارة ، أو مقاومة للحرارة. عند تسخينه ، يفقد تدريجياً خصائصه المرنة ويذوب عند درجة حرارة عالية بدرجة كافية.

تهدف الجهود الرئيسية للمهندسين الآن إلى زيادة كفاءة المحركات عن طريق تقليل الاحتكاك في أجزائها ، وفقدان الوقود بسبب احتراقه غير الكامل ، وما إلى ذلك. الفرص الحقيقية لزيادة الكفاءة لا تزال كبيرة هنا. لذلك ، بالنسبة للتوربينات البخارية ، تكون درجات حرارة البخار الأولية والنهائية كما يلي: تي 1 = 800 ك و تي 2 = 300 ك.في درجات الحرارة هذه ، تكون القيمة القصوى للكفاءة هي:

تبلغ القيمة الفعلية للكفاءة بسبب أنواع مختلفة من فقدان الطاقة حوالي 40٪. أقصى كفاءة - حوالي 44٪ - لها محركات احتراق داخلي.

لا يمكن أن تتجاوز كفاءة أي محرك حراري أقصى قيمة ممكنة
, اين 1 - درجة الحرارة المطلقة للسخان ، و T. 2 - درجة الحرارة المطلقة للثلاجة.

زيادة كفاءة المحركات الحرارية وتقريبها إلى أقصى حد ممكن- أهم تحدي تقني.