ประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อน ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน - สูตรคำจำกัดความ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

การทำงานของเครื่องจักรหลายประเภทมีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญเช่นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ทุกปี วิศวกรมุ่งมั่นที่จะสร้างอุปกรณ์ที่ล้ำหน้ายิ่งขึ้นด้วยต้นทุนเชื้อเพลิงที่ต่ำลง ซึ่งจะทำให้ได้ผลลัพธ์สูงสุดจากการใช้งาน

เครื่องทำความร้อน

ก่อนที่จะเข้าใจว่าประสิทธิภาพคืออะไร จำเป็นต้องเข้าใจว่ากลไกนี้ทำงานอย่างไร โดยไม่ทราบหลักการของการกระทำจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะค้นหาสาระสำคัญของตัวบ่งชี้นี้ เครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานโดยใช้พลังงานภายใน เครื่องยนต์ความร้อนใด ๆ ที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลใช้การขยายตัวทางความร้อนของสารที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในเครื่องยนต์โซลิดสเตต ไม่เพียงแต่จะเปลี่ยนปริมาตรของสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปร่างของร่างกายด้วย การทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวอยู่ภายใต้กฎหมายของอุณหพลศาสตร์

หลักการทำงาน

เพื่อให้เข้าใจว่าฮีทเอ็นจิ้นทำงานอย่างไร จำเป็นต้องพิจารณาพื้นฐานการออกแบบของเขา สำหรับการทำงานของอุปกรณ์นั้น จำเป็นต้องใช้สองร่างกาย: ร้อน (ฮีตเตอร์) และเย็น (ตู้เย็น, คูลเลอร์) หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน (ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน) ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์ บ่อยครั้งที่คอนเดนเซอร์ไอน้ำทำหน้าที่เป็นตู้เย็น และเชื้อเพลิงชนิดใดก็ได้ที่เผาไหม้ในเตาเผาทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติพบได้จากสูตรต่อไปนี้:

ประสิทธิภาพ=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%

ในขณะเดียวกัน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จริงไม่สามารถเกินค่าที่ได้รับตามสูตรนี้ นอกจากนี้ ตัวบ่งชี้นี้จะไม่เกินค่าข้างต้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ส่วนใหญ่มักจะเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและลดอุณหภูมิของตู้เย็น กระบวนการทั้งสองนี้จะถูกจำกัดโดยสภาพการทำงานจริงของอุปกรณ์

ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน (สูตร)

ระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน งานเสร็จสิ้น เนื่องจากก๊าซเริ่มสูญเสียพลังงานและเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด หลังมักจะอยู่เหนือบรรยากาศโดยรอบไม่กี่องศา นี่คืออุณหภูมิตู้เย็น อุปกรณ์พิเศษดังกล่าวได้รับการออกแบบมาเพื่อระบายความร้อนด้วยการควบแน่นของไอน้ำเสียในภายหลัง ในกรณีที่มีคอนเดนเซอร์ บางครั้งอุณหภูมิของตู้เย็นจะต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมในบางครั้ง

ในเครื่องทำความร้อน ร่างกายเมื่อถูกความร้อนและขยายตัว จะไม่สามารถให้พลังงานภายในทั้งหมดทำงาน ความร้อนบางส่วนจะถูกส่งไปยังตู้เย็นพร้อมกับก๊าซไอเสียหรือไอน้ำ ส่วนนี้พลังงานความร้อนภายในจะหายไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง ร่างกายที่ทำงานจะได้รับความร้อนจำนวนหนึ่ง Q₁ จากเครื่องทำความร้อน ในเวลาเดียวกัน มันยังคงทำงาน A ซึ่งในระหว่างนั้นมันจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนบางส่วนไปยังตู้เย็น: Q₂<Q_1.

EFFICIENCY แสดงถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในด้านการแปลงพลังงานและการส่งกำลัง ตัวบ่งชี้นี้มักวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ สูตรประสิทธิภาพ:

ηA/Qx100% โดยที่ Q คือพลังงานที่ใช้ไป A คืองานที่มีประโยชน์

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เราสามารถสรุปได้ว่าประสิทธิภาพจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ กล่าวอีกนัยหนึ่งจะไม่มีงานที่เป็นประโยชน์มากไปกว่าพลังงานที่ใช้ไป

ประสิทธิภาพเครื่องยนต์คืออัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่อพลังงานที่ฮีตเตอร์จ่ายให้ สามารถแสดงเป็นสูตรต่อไปนี้:

η=(Q₁-Q₂)/ Q₁ โดยที่ Q ₁ - ความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน และ Q_{2 - มอบให้ตู้เย็น}

การทำงานของเครื่องทำความร้อน

งานที่ทำโดยเครื่องทำความร้อนคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

A=|Q_H| - |Q_X| โดยที่ A ทำงาน Q_H คือปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน Q_{X - ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับตัวทำความเย็น}

ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อน (สูตร):

|Q_H| - |Q_X|)/|Q_H|=1 - |Q_X|/|Q_H|

เท่ากับอัตราส่วนของงานที่ทำโดยเครื่องยนต์ต่อปริมาณความอบอุ่น ส่วนหนึ่งของพลังงานความร้อนจะหายไประหว่างการถ่ายโอนนี้

เครื่องยนต์คาร์โนต์

ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องทำความร้อนอยู่ที่อุปกรณ์ Carnot นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในระบบนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อน (Тн) และตัวทำความเย็น (Тх) เท่านั้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:

(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.

กฎของอุณหพลศาสตร์ทำให้เราคำนวณประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ เป็นครั้งแรกที่ตัวบ่งชี้นี้คำนวณโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot เขาคิดค้นเครื่องยนต์ความร้อนที่ใช้ก๊าซในอุดมคติ มันทำงานบนวัฏจักรของ 2 ไอโซเทอร์มและ 2 อะเดียแบต หลักการทำงานของมันค่อนข้างง่าย: หน้าสัมผัสฮีตเตอร์ถูกนำไปใช้กับถังด้วยแก๊สซึ่งเป็นผลมาจากการที่ของไหลทำงานจะขยายตัวแบบไอโซเทอร์มอล ในขณะเดียวกันก็ทำงานและรับความร้อนจำนวนหนึ่ง หลังจากที่เรือเป็นฉนวนความร้อน อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ ก๊าซยังคงขยายตัว แต่มีอะเดียแบติกอยู่แล้ว (โดยไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม) ในเวลานี้อุณหภูมิจะลดลงไปที่ตู้เย็น ในขณะนี้ ก๊าซสัมผัสกับตู้เย็น อันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนในปริมาณหนึ่งระหว่างการบีบอัดแบบมีมิติเท่ากัน จากนั้นภาชนะจะถูกหุ้มฉนวนความร้อนอีกครั้ง ในกรณีนี้ ก๊าซจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติกให้เป็นปริมาตรและสถานะเดิม

พันธุ์

ในสมัยของเรา มีเครื่องทำความร้อนหลายประเภทที่ทำงานโดยใช้หลักการต่างกันและใช้เชื้อเพลิงต่างกัน พวกเขาทั้งหมดมีประสิทธิภาพในตัวเอง ได้แก่ต่อไปนี้:

• เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ลูกสูบ) ซึ่งเป็นกลไกที่ส่วนหนึ่งของพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้จะถูกแปลงเป็นพลังงานกล อุปกรณ์ดังกล่าวอาจเป็นก๊าซและของเหลว มีทั้งเครื่องยนต์ 2 จังหวะ และ 4 จังหวะ พวกเขาอาจมีรอบการทำงานอย่างต่อเนื่อง ตามวิธีการเตรียมส่วนผสมของเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นคาร์บูเรเตอร์ (มีส่วนผสมภายนอก) และดีเซล (มีภายใน) ตามประเภทของตัวแปลงพลังงานจะแบ่งออกเป็นลูกสูบ, เจ็ท, กังหันรวมกัน ประสิทธิภาพของเครื่องจักรดังกล่าวไม่เกิน 0.5.

• เครื่องยนต์สเตอร์ลิง - อุปกรณ์ที่ของเหลวทำงานอยู่ในที่ปิด เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกชนิดหนึ่ง หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการระบายความร้อน/ความร้อนของร่างกายเป็นระยะด้วยการผลิตพลังงานอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร เป็นหนึ่งในเอ็นจิ้นที่มีประสิทธิภาพที่สุด

• เครื่องยนต์กังหัน (โรตารี่) ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายนอก การติดตั้งดังกล่าวมักพบในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

• ICE กังหัน (หมุน) ใช้ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในโหมดพีค ไม่ธรรมดาเหมือนคนอื่นๆ

• เครื่องยนต์เทอร์โบสร้างแรงขับบางส่วนจากใบพัด ส่วนที่เหลือมาจากก๊าซไอเสีย การออกแบบของมันคือเครื่องยนต์โรตารี่ (กังหันก๊าซ) บนเพลาซึ่งติดตั้งใบพัด

เครื่องทำความร้อนประเภทอื่นๆ

• เครื่องยนต์จรวด เทอร์โบเจ็ท และเจ็ทที่ได้รับแรงผลักดันจากการหดตัวท่อไอเสีย

• เครื่องยนต์โซลิดสเตทใช้ของแข็งเป็นเชื้อเพลิง เมื่อทำงานไม่ใช่ปริมาตรที่เปลี่ยนแปลง แต่รูปร่างของมัน การทำงานของอุปกรณ์ใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ต่ำมาก

วิธีปรับปรุงประสิทธิภาพ

สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของฮีทเอ็นจิ้นได้หรือไม่? ต้องค้นหาคำตอบในอุณหพลศาสตร์ ศึกษาการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานประเภทต่างๆ เป็นที่ยอมรับแล้วว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะแปลงพลังงานความร้อนที่มีอยู่ทั้งหมดเป็นไฟฟ้า เครื่องกล ฯลฯ ในเวลาเดียวกัน การแปลงเป็นพลังงานความร้อนเกิดขึ้นโดยไม่มีข้อจำกัดใดๆ สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากธรรมชาติของพลังงานความร้อนขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ไม่เป็นระเบียบ (วุ่นวาย)

ยิ่งร่างกายร้อนขึ้น โมเลกุลที่ประกอบขึ้นก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะยิ่งเอาแน่เอานอนไม่ได้ นอกจากนี้ ทุกคนรู้ดีว่าการสั่งงานนั้นกลายเป็นความโกลาหลได้ง่ายๆ ซึ่งสั่งยากมาก