Lämpömoottorien toiminnan perusperiaatteet. Carnot'n sykli ja Carnot'n lause. Lämpömoottorien toimintaperiaate. Lämpömoottorien tehokerroin (COP).

Aihe: "Lämpökoneen toimintaperiaate. Lämpömoottori korkeimmalla hyötysuhteella.

Lomake: Yhdistetty oppitunti tietokonetekniikalla.

Tavoitteet:

• Osoita lämpömoottorin käytön merkitys ihmisen elämässä.
• Tutkia todellisten lämpökoneiden toimintaperiaatetta ja ihanteellista Carnot-sykliä toimivaa moottoria.
• Harkitse mahdollisia tapoja lisätä oikean moottorin hyötysuhdetta.
• Kehittää opiskelijoiden uteliaisuutta, kiinnostusta tekniseen luovuuteen, kunnioitusta tiedemiesten ja insinöörien tieteellisiä saavutuksia kohtaan.

Tuntisuunnitelma.

Nro p / s	Kysymyksiä	Aika (pöytäkirja)
1	Osoita lämpökoneiden käytön tarve nykyaikaisissa olosuhteissa.
2	"Lämpömoottorin" käsitteen toisto. Lämpömoottorityypit: polttomoottorit (kaasutin, diesel), höyry- ja kaasuturbiinit, suihkuturbiini- ja rakettimoottorit.
3	Uuden teoreettisen materiaalin selitys. Lämpökoneen kaavio ja laite, toimintaperiaate, hyötysuhde. Carnot-sykli, ihanteellinen lämpömoottori, sen hyötysuhde. Todellisen ja ihanteellisen lämpömoottorin hyötysuhteen vertailu.
4	Tehtävän nro 703 (Stepanova), nro 525 (Bendrikov) ratkaisu.
5	Työskentely lämpömoottorin mallin kanssa.
6	Yhteenveto. Kotitehtävä § 33, tehtävät nro 700 ja nro 697 (Stepanova)

Teoreettinen materiaali

Muinaisista ajoista lähtien ihminen halusi päästä eroon fyysisistä ponnisteluista tai helpottaa niitä liikuttaessaan jotain, saada enemmän voimaa, nopeutta.
Legendoja luotiin lentokonematoista, seitsemän liigan saappaista ja velhoista, jotka kuljettavat ihmisen kaukaisiin maihin sauvan aallon avulla. Kantaessaan painoja ihmiset keksivät kärryt, koska niitä on helpompi rullata. Sitten he sopeuttavat eläimiä - härkiä, peuroja, koiria, ennen kaikkea hevosia. Siellä oli siis vaunuja, vaunuja. Vaunuissa ihmiset pyrkivät mukavuuteen parantaen niitä yhä enemmän.
Ihmisten halu nostaa nopeutta vauhditti tapahtumien muutosta liikenteen kehityksen historiassa. Kreikan sanoista "autos" - "itse" ja latinasta "mobilis" - "mobiili" eurooppalaisissa kielissä on kehittynyt adjektiivi "itseliikkuva", kirjaimellisesti "auto - mobile".

Se soveltui kelloihin, automaattinukkeihin, kaikenlaisiin mekanismeihin, yleensä kaikkeen, joka toimi ikään kuin täydentävänä ihmisen "jatkona", "parannuksena". 1700-luvulla he yrittivät korvata työvoiman höyryvoimalla ja käyttivät termiä "auto" telattomiin kärryihin.

Miksi auton ikä lasketaan ensimmäisistä "bensiiniautoista", joissa on moottori sisäinen palaminen, keksitty ja rakennettu vuosina 1885-1886? Ihan kuin unohtaisi höyry- ja akku(sähkö)vaunut. Tosiasia on, että polttomoottori on tehnyt todellisen vallankumouksen kuljetustekniikassa. Pitkään hän osoittautui johdonmukaisimmaksi auton idean kanssa ja säilytti siksi hallitsevan asemansa pitkään. Polttomoottorilla varustettujen ajoneuvojen osuus maailman tieliikenteestä on nykyään yli 99,9 %.<Liite 1 >

Pääosat lämpömoottori

V moderni teknologia mekaanista energiaa saadaan pääasiassa polttoaineen sisäisestä energiasta. Laitteita, jotka muuttavat sisäisen energian mekaaniseksi energiaksi, kutsutaan lämpömoottoreiksi.<Liite 2 >

Jos haluat suorittaa työn polttamalla polttoainetta lämmittimessä kutsutussa laitteessa, voit käyttää sylinteriä, jossa kaasu lämpenee ja laajenee ja liikuttaa mäntää.<Liite 3 > Kaasua, jonka laajeneminen saa männän liikkumaan, kutsutaan käyttönesteeksi. Kaasu laajenee, koska sen paine on korkeampi kuin ulkoinen paine. Mutta kun kaasu laajenee, sen paine laskee, ja ennemmin tai myöhemmin siitä tulee yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Sitten kaasun laajeneminen loppuu ja se lakkaa toimimasta.

Mitä pitäisi tehdä, jotta lämpömoottorin toiminta ei pysähdy? Jotta moottori toimisi jatkuvasti, on välttämätöntä, että mäntä kaasun laajentamisen jälkeen palaa joka kerta alkuperäiseen asentoonsa puristaen kaasun alkuperäiseen tilaan. Saman kaasun puristus voi tapahtua vain ulkoisen voiman vaikutuksesta, joka tässä tapauksessa toimii (kaasun painevoima tässä tapauksessa tekee negatiivista työtä). Sen jälkeen kaasun laajenemis- ja puristusprosessit voivat jälleen tapahtua. Tämä tarkoittaa, että lämpökoneen toiminnan tulee koostua ajoittain toistuvista laajenemis- ja supistumisprosesseista (sykleistä).

Kuva 1 esittää graafisesti kaasun paisuntaprosesseja (viiva AB) ja pakkaus alkuperäiseen tilavuuteen (rivi CD). Kaasun paisumisen aikana tekemä työ on positiivista ( AF > 0 ABEF. Kaasun puristuksen aikana tekemä työ on negatiivinen (koska AF< 0 ) ja on numeerisesti yhtä suuri kuin kuvan pinta-ala CDEF. Tämän syklin hyödyllinen työ on numeerisesti yhtä suuri kuin käyrien alla olevien alueiden välinen ero AB ja CD(varjostettu kuvassa).
Lämmittimen, käyttönesteen ja jääkaapin läsnäolo on pohjimmiltaan välttämätön edellytys minkä tahansa lämpömoottorin jatkuvalle sykliselle toiminnalle.

Lämpömoottorin hyötysuhde

Käyttöneste, joka vastaanottaa tietyn määrän lämpöä Q 1 lämmittimestä, antaa osan tästä lämpömäärästä, modulo yhtä suuri kuin |Q2|, jääkaappiin. Siksi tehty työ ei voi olla enempää A = Q 1 - |Q 2 |. Tämän työn suhdetta lämmittimestä laajenevan kaasun vastaanottamaan lämmön määrään kutsutaan tehokkuutta lämpökone:

Suljetussa syklissä toimivan lämpökoneen hyötysuhde on aina pienempi kuin yksi. Lämpövoimatekniikan tehtävänä on saada hyötysuhde mahdollisimman korkeaksi, eli käyttää mahdollisimman paljon kiukaan saamasta lämmöstä työn saamiseen. Miten tämä voidaan saavuttaa?
Ranskalainen fyysikko ja insinööri S. Carnot ehdotti ensimmäistä kertaa täydellisimmän syklisen prosessin, joka koostuu isotermeistä ja adiabaateista, vuonna 1824.

Carnot sykli.

Oletetaan, että kaasu on sylinterissä, jonka seinämät ja mäntä on valmistettu lämpöä eristävästä materiaalista ja pohja on korkean lämmönjohtavuuden omaavaa materiaalia. Kaasun käyttämä tilavuus on V1.

Saatetaan sylinteri kosketuksiin lämmittimen kanssa (kuva 2) ja annetaan kaasun laajentua isotermisesti ja toimia. . Samaan aikaan kaasu saa tietyn määrän lämpöä lämmittimestä Q1. Tämä prosessi esitetään graafisesti isotermillä (käyrä AB).

Kun kaasun tilavuus on yhtä suuri kuin tietty arvo V1'< V 2 , sylinterin pohja on eristetty lämmittimestä , Tämän jälkeen kaasu laajenee adiabaattisesti tilavuuteen V2, joka vastaa männän suurinta mahdollista iskua sylinterissä (adiabaattinen aurinko). Sitten kaasu jäähdytetään lämpötilaan T2< T 1 .
Jäähtynyt kaasu voidaan nyt puristaa isotermisesti lämpötilassa T2. Tätä varten se on saatettava kosketukseen kehon kanssa, jolla on sama lämpötila. T2, eli jääkaapin kanssa , ja purista kaasu ulkoisella voimalla. Tässä prosessissa kaasu ei kuitenkaan palaa alkuperäiseen tilaansa - sen lämpötila on aina alhaisempi kuin T1.
Siksi isoterminen puristus tuodaan johonkin välitilavuuteen V2 '> V1(isotermi CD). Tässä tapauksessa kaasu luovuttaa tietyn määrän lämpöä jääkaappiin. Q2, yhtä suuri kuin sille tehty puristustyö. Kaasu puristetaan sitten adiabaattisesti tilavuuteen V1, kun sen lämpötila nousee T 1(adiabaattinen DA). Nyt kaasu on palannut alkuperäiseen tilaan, jossa sen tilavuus on yhtä suuri kuin V 1, lämpötila on T1, paine - p1 ja sykli voidaan toistaa uudelleen.

Alueella siis ABC kaasu toimii (A > 0), ja sivustolla CDA kaasulla tehty työ (A< 0). Tonttien päällä aurinko ja ILMOITUS työ tehdään vain muuttamalla kaasun sisäistä energiaa. Koska sisäisen energian muutos UBC=-UDA, niin adiabaattisten prosessien työ on yhtä suuri: ABC = -ADA. Siksi sykliä kohden tehdyn kokonaistyön määrää isotermisten prosessien aikana tehdyn työn ero (osuudet AB ja CD). Numeerisesti tämä työ on yhtä suuri kuin syklikäyrän rajoittaman kuvan pinta-ala ABCD.
Vain osa lämmön määrästä muuttuu hyödylliseksi työksi. qt, lämmittimestä saatu, yhtä suuri kuin QT 1 - |QT 2 |. Joten Carnot-syklissä hyödyllistä työtä A = QT 1 - |QT 2 |.
Ihanteellisen syklin suurin hyötysuhde, kuten S. Carnot on osoittanut, voidaan ilmaista lämmittimen lämpötilana (T 1) ja jääkaappi (T 2):

Todellisissa moottoreissa ei ole mahdollista toteuttaa sykliä, joka koostuu ihanteellisista isotermisistä ja adiabaattisista prosesseista. Siksi todellisissa moottoreissa suoritetun syklin hyötysuhde on aina pienempi kuin Carnot-syklin hyötysuhde (samoissa lämmittimien ja jäähdyttimien lämpötiloissa):

Kaavasta voidaan nähdä, että moottoreiden hyötysuhde on suurempi, mitä korkeampi on lämmittimen lämpötila ja sitä alhaisempi jääkaapin lämpötila.

Ongelma #703

Moottori käy Carnot-syklillä. Miten se muuttuu lämpötehokkuus moottori, jos jääkaapin vakiolämpötilassa 17 ° C, lämmittimen lämpötila nostetaan 127 ° C: sta 447 ° C:seen?

Ongelma #525

Päätä Moottorin tehokkuus traktori, joka tarvitsi 1,5 kg polttoainetta, jonka ominaispalolämpö oli 4,2 107 J/kg 1,9 107 J:n työn suorittamiseen.

Tietokonetestin suorittaminen aiheesta.<Liite 4 > Työskentele lämpömoottorin mallin kanssa.

Lämpömoottorien toiminnan välttämättömät olosuhteet

Termodynamiikan luominen ja kehittäminen johtui ennen kaikkea tarpeesta kuvata työtä ja laskea parametrit lämpökoneet . Lämpömoottorit eli lämpömoottorit on suunniteltu tekemään teknistä (hyödyllistä) työtä kemiallisista reaktioista (polttoaineen palamisesta), ydinreaktioista tai muista syistä, kuten aurinkoenergialla lämmityksestä, vapautuvasta lämmöstä.

Lämpökoneiden toiminnan perusperiaatteiden tarkastelusta niiden rakenteesta riippumatta seuraa, että lämpöenergian jatkuva muuntaminen mekaaniseksi työksi tapahtuu niissä lämpökoneiden avulla. apurunko , jota kutsutaan termodynamiikassa toimiva elin . Kuten aiemmin todettiin, fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella sopivimpia käyttönesteitä ovat kaasut ja nesteiden höyryt, koska niille on ominaista suurin kyky muuttaa tilavuuksiaan vaihtaessaan R ja T .

Lisäksi näiden koneiden käyttö on mahdollista vain, jos kaksi välttämätöntä ehtoa täyttyvät. Ensimmäinen ehto onko tuo minkä tahansa lämpömoottorin on toimittava syklisesti, eli työkappaleen, joka suorittaa sarjan laajenemis- ja supistumisprosesseja tietyn ajan kuluessa, on palattava alkuperäiseen tilaansa. Tämä sykli on toistettava koko koneen käyttöajan, ja lämpökoneen rakenteesta riippuen yksittäiset syklin osat voidaan suorittaa sen eri osissa. osat. Jos sykliä ei ole, esimerkiksi missä tahansa prosessissa, jossa vain kaasu laajenee lämpömoottorin työkammiossa (polttomoottorin sylinteri, höyryn ja kaasuturbiinien työsiipien kanavat), hetki tulee vastaavasti. kun R ja T työnesteestä tulee yhtä suuri kuin R ja T ja se lakkaa saamasta työpaikkoja. Tässä tapauksessa voit saada vain rajoitetun määrän työtä. Työn saamiseksi uudelleen on välttämätöntä joko palauttaa työneste alkuperäiseen tilaan puristusprosessin aikana tai jollakin tavalla poistaa käytetty työneste työkammiosta ja täyttää tämä kammio tämän rungon uudella osalla. Lämpökoneen toiminnan termodynaamisen analyysin kannalta ei ole lainkaan tarpeen käsitellä uusia käyttönesteen osia, koska lämpöenergian muuntamisprosessissa mekaaniseksi työksi ei ole väliä, onko vanhaa työnestettä jää työkammioon tai tuodaan sisään uutta. Siksi voidaan olettaa, että lämpökoneen sylinteri sisältää saman määrän työnestettä, joka syklisesti läpikäydessään sarjan muutoksia tilassaan alkuperäisestä lopulliseen ja päinvastoin muuntaa lämpöenergian mekaaniseksi työksi.

v

P

v2

v1

R 1

R 2

q 1

q2

Kuva 6.6.1. Lämmitysmoottorin kierto

Harkitse kuvassa näkyvää lämpömoottorin kiertokulkua. Laajennettaessa työnestettä linjaa pitkin 1-3-2 siihen lämpöenergian lähteestä, jolla on lämpötila T 1 , eli kuumasta lämmönlähteestä , lämpöä toimitetaan määrä q 1 . Tämän seurauksena käyttönesteen tilavuus kasvaa edelleen. Siten työnesteen laajeneminen tapahtuu sekä alentamalla työkammion painetta että nostamalla sen lämpötilaa. Kuitenkin saada mekaaninen työ lämmitetyn työnesteen laajenemisprosessi työkammiossa on suoritettava tietyssä vastapaineessa työkammion liikkuvien pintojen puolelta. Tämä johtaa positiiviseen spesifiseen mekaaniseen työskentelyyn l 1 , eli työkappaleen laajennustyö, vastaa aluetta S 1-3-2-6-5-1 . Kun saavutetaan piste 2, käyttöneste on palautettava alkuperäiseen tilaansa, eli kohtaan 1. Tätä varten sinun on puristettava käyttöneste.

Jotta lämpökone voisi jatkuvasti tuottaa mekaanista energiaa, käyttönesteen laajenemistyön on oltava suurempi kuin sen puristustyön. Puristuskäyrä siis 2-4-1 on oltava laajenemiskäyrän alapuolella. Jos pakkausprosessi etenee linjaa pitkin 2-3-1 , niin teknistä eli hyödyllistä työtä ei vastaanoteta, koska tässä tapauksessa se on l 1 = l 2 , missä l 2 on työnesteen negatiivinen spesifinen puristustyö. Siksi hyödyllisen työn saamiseksi on laajennusprosessissa tarpeen vähentää käyttönesteen painetta, koska osa lämmöstä poistetaan siitä. q 2 lämpölähteeseen, jonka lämpötila on alhaisempi T 2 , eli kylmään lämmönlähteeseen . Vastaavasti, l 2 vastaa pinta-alaa S 2-4-1-5-6-2 . Tämän seurauksena jokainen kilogramma työnestettä tekee hyödyllistä työtä sykliä kohden. l c, joka vastaa aluetta S 1-3-2-4-1 , jota rajoittaa syklin ääriviiva. Näin ollen lämpökoneen jatkuvaa toimintaa varten tarvitaan syklinen prosessi, jossa lämpöä syötetään käyttönesteeseen kuumasta lähteestä. q 1 ja siirretään siitä kylmään lämmönlähteeseen q 2 . Vähintään kahden lämmönlähteen, joiden lämpötila on erilainen - kuuma ja kylmä - läsnäolo on toinen välttämätön edellytys lämpökoneiden toiminnalle. .

On erittäin tärkeää korostaa, että kaikki on lämmintä q 1 kuumasta lähteestä saatu työneste ei voi muuttaa työksi. Osa q 1 , tuo on q 2 , on välttämättä annettava toiselle keholle (elimille), jonka lämpötila on alhaisempi. Tällainen kappale voi olla ilmakehän ilmaa, suuri määrä vettä ja vastaavaa. Lukuisia yrityksiä luoda lämpömoottori, jossa kaikki on lämmintä q 1 muuttuisi työksi, eli olisi tasa-arvoa q 2 = 0, päättyi väistämättä epäonnistumiseen. Sellaista konetta, joka pystyi muuttamaan kaiken siihen syötetyn lämmön työksi, kutsuttiin ikiliikkuja toinen laji , tai perpetuum mobile (perpetuum mobile) toinen laji . Kaikki tieteen keräämä kokeellinen materiaali osoittaa, että tällainen moottori on mahdoton.

Jälleen kerran huomautamme, että kylmän lämmönlähteen läsnäolo ja osan kuumasta lähteestä vastaanotetusta lämmöstä siirtäminen siihen on pakollista, koska muuten lämpökoneen toiminta on mahdotonta. Jatkuvan mekaanisen työn saamiseksi todellakin tarvitaan energiavirtaa, tässä tapauksessa lämpövirtaa. Jos kylmää lähdettä ei ole, työneste tulee väistämättä lämpötasapainoon kuuman lähteen kanssa ja lämmön virtaus pysähtyy.

1-3-2 ja 2-4-1 näyttää vastaavasti tältä:

q 1 = + Du+ l 1 ;

Määrät q 2 ja l 2 on otettava modulo, jolloin vältetään sekaannukset merkkien y kanssa q 2 , koska järjestelmästä lähtevällä lämmöllä on miinusmerkki. Syklin työnesteen sisäisen energian ei pitäisi muuttua, ja siksi ennen Du yhtälöissä suoraan vastakkaiset algebralliset merkit lasketaan. Lisäämällä nämä yhtälöt, saamme:

q 1 - | q 2 | = q c = l 1-½ l 2½ = l c, (6.6.1)

missä q c - osa kuuman lähteen lämmöstä, joka muunnetaan työksi kierrossa; l c – pyöräilytyö 1-3-2-4-1 .

Koska käsiteltävänä olevassa tapauksessa l 1 > l 2 , syklin työ on positiivista. Kuten (6.6.1) osoittaa, se on yhtä suuri kuin syklissä syötetyn ja poistetun lämmön erotus.

Muunnostehokkuus q 1 v l c arvioitu terminen (termodynaaminen, lämpö) lämpömoottorin syklin hyötysuhde:

. (6.6.2)

Näin ollen lämpökonesyklin lämpöhyötysuhde on syklissä saadun hyödyllisen työn suhde l c kaikkeen käyttönesteeseen syötetylle lämmölle q 1 .

Käännettävistä prosesseista koostuvaa sykliä kutsutaan ideaaliksi. Tässä tapauksessa tällaisen syklin käyttönestettä ei saa altistaa kemiallisille muutoksille. Jos ainakin yksi sykliin kuuluvista prosesseista on peruuttamaton, sykli ei ole enää ihanteellinen. Ihanteellisen syklin suorittamiseksi lämpömoottorissa (moottorissa) ei saa olla lämpö- ja mekaanisia häviöitä. Tällaista konetta kutsutaan ideaaliseksi lämpömoottoriksi (ideaalilämpömoottoriksi).

Koska ½ q 2½> 0 siis h T< 1.0 eli lämpötehokkuus kone, jopa ihanteellinen, on aina pienempi kuin 1,0. Ihanteellisten syklien tutkimusten tulokset voidaan siirtää todellisten lämpökoneiden todellisiin eli peruuttamattomiin prosesseihin ottamalla käyttöön kokeellisia korjauskertoimia.

Relaatio (6.6.2) on termisen ja mekaanisen energian ekvivalenssiperiaatteen matemaattinen ilmaus. Jos kylmälähde suljetaan pois lämpömoottorin piiristä, muodollisesti vastaavuusperiaatetta ei rikota. Kuten edellä todettiin, tällainen kone ei kuitenkaan toimi.

Positiiviseen työhön johtavat syklit eli milloin l 1 > l 2 , kutsutaan suorat syklit , tai lämpömoottorin syklit . Polttomoottorit, suihkumoottorit, kaasu- ja höyryturbiinit ja niin edelleen toimivat näiden syklien mukaisesti.

Jos kuvassa 6.6.1 esitetty sykli esitetään virtaavana vastakkaiseen suuntaan eli suljettua käyrää pitkin 1-4-2-3-1 (katso kuva 6.6.2), niin sen toteuttamiseksi on käytettävä työtä l c, joka on jo negatiivinen ja vastaa aluetta S 1-4-2-3-1 . Tällaisen koneen jäähdytetty kappale on kylmä lämmönlähde, ja lämmitetty kappale on ympäristö, eli kuuma lämmönlähde. Tällaisia ​​syklejä kutsutaan jäähdytyssykleiksi, tai jäähdytys (käänteinen) syklit.

Jäähdytetyn kappaleen alhaisen lämpötilan ylläpitämiseksi on välttämätöntä jatkuvasti poistaa lämpöä siitä. q 2 , joka tulee työnesteeseen kylmästä lähteestä. Tämä poisto jäähdytyssyklissä suoritetaan prosessissa 1-4-2 käyttönesteen laajeneminen, joka havaitsee tämän lämmön ja tekee positiivista työtä l 2 , vastaa aluetta
S 1-4-2-6-5-1 . Käyttönesteen palautuminen alkuperäiseen tilaan tapahtuu puristusprosessissa käyrää pitkin 2-3-1 sijaitsee paisuntaprosessin käyrän yläpuolella, eli prosessissa, joka tapahtuu korkeammissa lämpötiloissa. Tämä mahdollistaa käyttönesteestä poistetun lämmön siirtämisen q 1 kuuma lämmönlähde, joka on yleensä ympäristö. Pakkaamiseen kuluu negatiivinen työ l 1 määritetty aluekartalla S 2-3-1-5-6-2 .

v

P

v2

v1

R 1

R 2

q 1

q2

Riisi. 6.6.2. Jäähdyttimen sykli

Termodynamiikan 1. pääsäännön yhtälö prosesseille 1-4-2 ja 2-3-1 ottaen huomioon algebralliset merkit komponenttien edessä, vastaavasti, niillä on muoto:

q2 = + Du+ l 2; -½ q 1 ½ = - Du- ½ l 1½.

Lisäämällä molempien yhtälöiden osilla saadaan:

q 2 - ½ q 1 ½ = - (½ l 1 ½ - l 2) = -½ l c ½ (6.6.3)

½ q 1½ = q 2+½ l c.½ (6.6.4)

Tämä ilmaus osoittaa sen lämmön q 1 , joka siirretään kuumaan lämmönlähteeseen, koostuu lämmöstä q 2 , joka tuli työnesteeseen kylmästä lämmönlähteestä, ja syklin työ l c. Koska ½ l 1½ > l 2 , sitten l c < 0 и, следовательно, для непрерывной работы холодильной машины необходимо затрачивать работу. Таким способом осуществляется передача тепла с низшего температурного уровня на высший, то есть производится охлаждение некоторых частей OS ja lämpötila syntyy oikeaan paikkaan lämpötilan alapuolelle OS . Mukaan jäähdytys (käänteinen kierto) jäähdytyskoneet, lämpöpumput ja niin edelleen.

Kylmäkoneen tehokkuutta arvioidaan ns suorituskerroin e, määräytyy kylmästä lähteestä otetun hyötylämmön rajoitetun kapasiteetin suhteesta q 2 tehtyyn työhön l c:

. (6.6.5)

Suorituskykykerroin kuvaa lämmönsiirron tehokkuutta kylmästä lämmönlähteestä kuumaan lämmönlähteeseen. Se on mitä suurempi, sitä suurempi lämpömäärä q 2 otetaan kylmästä lämmönlähteestä ja siirretään kuumaan lämmönlähteeseen ja sitä vähemmän työtä tehdään l c. Toisin kuin lämpö (termodynaaminen, lämpö) hyötysuhde h T suorituskerroin 𝜺 voi olla suurempi, pienempi ja yhtä suuri kuin yksi.

Jääkaapissa q 1 vapautuu ympäristöön, mikä on rajoittamattoman kapasiteetin lähde . Siksi jäähdytyskonetta voidaan käyttää paitsi erilaisten kappaleiden jäähdyttämiseen, myös huoneen lämmittämiseen. Itse asiassa jopa tavallinen kotitalouksien jääkaappi lämmittää samalla huoneen ilmaa, kun se jäähdyttää siihen sijoitettuja tuotteita. Dynaamisen lämmityksen periaate on W. Thomsonin ehdottama ja se on nykyaikaisen toiminnan perusta lämpöpumput . Lämpöpumput ovat koneita, joiden päätuote on lämpö. q 1 lähetetty rajoitetun kapasiteetin lähteeseen . Niiden tehokkuus arvioidaan lämmityskerroin , joka on kuluttajalle siirtyneen lämmön suhde q 1 Vastaanottaja l c:

Tässä tapauksessa lämmin q 2 on otettu rajattoman kapasiteetin lähteestä (ilmakehän ilma, suuret vesimäärät, kivimassa).

Lämpöpumpun etu yli sähkölämmitin Se koostuu siitä, että tilojen lämmitykseen ei käytetä vain lämmöksi muunnettua sähköenergiaa, vaan myös ympäristöstä otettua lämpöä. Siksi lämpöpumppujen hyötysuhde voi olla paljon suurempi kuin sähkölämmittimien hyötysuhde.

Moottorisyklin ja lämpöpumpun tai jäähdytysjaksojen yhdistelmä on sykli lämpömuuntaja , jonka avulla voit pumpata lämpöä lähteestä yhdellä T toisaalta lähteeseen T yhdistetyn syklin aikana. Lämpömuuntajan tarkoitus on muuttaa lämpöpotentiaalia. Jos muuntaja on suunniteltu tuottamaan lämpöä alhaisemmalla T, kuin alkuperäinen T kuuma lähde, niin tällaista muuntajaa kutsutaan laskeminen . Jos lämpöä vastaanotetaan muuntajaan klo T korkeampi kuin alkuperäinen lämpö, ​​niin tällaista muuntajaa kutsutaan nostaminen .

Siten minkä tahansa lämpö- tai jäähdytyskoneen toiminta on mahdollista vain, jos lämmönlähteitä on kaksi: kuuma ja kylmä.

1. Lämpökoneet.

Laite, joka muuttaa lämmön mekaaniseksi työksi (lämpömoottori) tai mekaanisen työn lämmöksi (jääkaappi). Muunnos suoritetaan muuttamalla käyttönesteen - käytännössä yleensä nesteen tai kaasun - sisäistä energiaa.

Lyhyesti sanottuna lämpömoottorit muuntaa lämpöä työksi tai päinvastoin työstä lämmöksi.

Esimerkkejä lämpömoottoreista: Polttomoottori (ICE) a) kaasuttimella varustettu moottori b) diesel moottori v) suihkumoottori Höyry- ja kaasuturbiinit.

1.1. Lämpökoneiden luomisen historia.

Monet uskovat, että höyrykoneiden historia alkoi vasta 1600-luvun lopulla Englannissa. Mutta tämä ei ole täysin totta.

Ensimmäisellä vuosisadalla eaa., yksi muinaisen Kreikan suurista tiedemiehistä, Aleksandrian Heron, kirjoitti tutkielman "Pneumatiikka". Siinä kuvattiin lämpöenergiaa käyttäviä koneita. Mielenkiintoisinta meille oli kaksi lämpömoottoria.

Eolipil - "Eolin" pallo, joka pyörii akselinsa ympäri siitä tulevan höyryn vaikutuksesta. Itse asiassa se olitulevaisuuden höyryturbiinien prototyyppi.

Toinen Aleksandrian sankarin merkittävä laite oli temppelin ovien ajaminen, joka avautuu alttarille sytytetyn tulen vaikutuksesta. Yksityiskohtaisessa analyysissä tästä monimutkainen järjestelmä mekanismeja, joita voimme nähdäensimmäinen höyrypumppu.

Kaikkia Aleksandrian Heronin luomia lämpömoottoreita käytettiin vain leluina. Niille ei tuolloin ollut kysyntää.

tositarina höyrykoneet alkoivat vasta 1600-luvulla. Yksi ensimmäisistä luojistatoimiva höyrykoneen prototyyppi, oli Denis Papin. Papenin höyrykone oli itse asiassa vain luonnos, malli. Hän ei koskaan onnistunut luomaan todellista höyrykonetta, jota voitaisiin käyttää tuotannossa. 1680 - Keksi höyrykattilan vuonna 1681. - Varustettiin varoventtiilillä vuonna 1690. – Käytti ensin höyryä männän nostamiseen ja kuvaili suljettua termodynaamista kiertoa höyrykone. 1707 - Tarjosi kuvauksen hänen moottoristaan. Mutta hänen teoksiaan ei unohdettu vuosituhansien ajan kuten Heronin töitä. Kaikki hänen ideansa löysivät sovellusta seuraavan sukupolven höyrykoneissa.

Jos on erittäin vaikeaa määrittää tarkasti, kuka tekniikan historiassa loi ensimmäisenä höyrykoneen, niin kuka ensimmäisenä patentoi ja otti käyttöön höyrykoneensa, tiedetään varmasti. Vuonna 1698 englantilainen Thomas Savery rekisteröi ensimmäisenpatentti laitteelle "veden nostamiseen ja kaikenlaisten tuotannon liikkeen aikaansaamiseen tulen käyttövoiman avulla ...". Kuten näette, patentin kuvaus on hyvin epämääräinen. Itse asiassa hän loi ensimmäisen höyrypumpun. Ainoa mitä hän pystyi tekemään, oli nostaa vettä. Samaan aikaan pumpun hyötysuhde oli erittäin alhainen, hiilen kulutus oli yksinkertaisesti valtava. Siksi pumppua käytettiin pääasiassa hiilikaivoksissa. He pumppasivat pohjavettä.

Vuonna 1712 maailma näki höyrykone Thomas Newcomen. Newcomenin höyrykone integroitu parhaita ideoita Papin-höyrykoneesta ja Severi-höyrypumpusta. Siinä käytettiin männällä varustettua höyrysylinteriä liikkeen tekemiseen, kuten Papin-höyrykoneessa. Tässä tapauksessa höyry saatiin erikseen, höyrykattilassa, kuten kohdassa höyrypumppu Severi.

Huolimatta vakavasta läpimurrosta höyrykoneiden luomisessa, Newcomen-kone sai pääjakelunsa vain vesipumppujen käyttövoimana. Newcomen-höyrykoneen suurimmat haitat olivat sen valtava koko ja korkea hiilen kulutus. Yritykset käyttää sitä höyrylaivojen ajamiseen epäonnistuivat.

Yli 50 vuotta Höyrykone Uusi tulokas pysyi ennallaan. Vuonna 1763 James Wattia, Glasgow'n yliopiston mekaanikkoa, pyydettiin korjaamaan Newcomenin höyrykone. Newcomenin koneen parissa työskennellessään Watt tuli siihen tulokseen, että sitä olisi mukava parantaa.

Ensin Watt päättää, että höyrysylinteri on pidettävä jatkuvasti kuumana. Tämä vähentää hiilen kulutusta. Tätä varten hän luo lauhduttimen höyryn jäähdyttämiseksi. Seuraava asia, jonka hän tekee, on muuttaa höyrysylinterin toimintaa. Jos Newcomen-höyrykoneessa kone teki työtahdin ilmanpaineen vaikutuksesta, niin Watt-höyrykoneessa mäntä teki työiskun höyrynpaineen vaikutuksesta. Tämän ansiosta oli mahdollista lisätä painetta sylinterissä ja pienentää höyrykoneen kokoa.

Vuonna 1773 Watt rakentaa ensimmäisentoimiva höyrykone. Ja vuonna 1774 Watt avasi yhdessä teollisuusmies Matthew Boltonin kanssa yrityksen höyrykoneiden tuotantoa varten. Vuodesta 1775 vuoteen 1785 Wattin yhtiö rakensi 56 höyrykonetta. Vuodesta 1785 vuoteen 1795 - Sama yritys on toimittanut tällaisia ​​koneita jo 144. Asiat sujuivat hyvin ja Bolton pyytää Wattia luomaan höyrykoneen uuteen levyvalssauslaitokseensa.

Vuonna 1884 Watt luo ensimmäisenyleishöyrykone.Sen päätarkoitus on ajaa teollisuuskoneita. Tästä hetkestä lähtien höyrykone lakkaa olemasta sidottu hiilikaivoksiin. Sitä aletaan käyttää tehtaissa, asentaa laivoille ja junia luodaan.

Se oli Wattin höyrykone, joka teki teknologisen läpimurron tekniikassa. Se avasi uuden aikakauden tekniikan historiassa - höyrykoneiden aikakauden.

Ensimmäinen höyryauto 1770. Jean Cugno - ranskalainen insinööri, rakensi ensimmäisen itseliikkuvan kärryn, joka oli suunniteltu siirtämään tykistökappaleita

"Nuorempi veli" -höyryveturi 1803 – Englantilainen keksijä Richard Trevithick suunnitteli ensimmäisen höyryveturin. Viiden vuoden kuluttua Trevithick rakensi uuden höyryveturin. hän kehitti jopa 30 km/h nopeuden. Vuonna 1816 ilman tukea Trevithick meni konkurssiin ja lähti Etelä-Amerikkaan.

Ratkaiseva rooli 1781-1848. - Englantilainen suunnittelija ja keksijä George Stephenson 1814. - Alkoi rakentaa vetureita. 1823 Hän perusti maailman ensimmäisen veturien rakennustehtaan vuonna 1829. Parhaiden veturien kilpailussa Stephensonin "Rocket" -höyryveturi sijoittui ensimmäiseksi. Sen teho oli 13 hv ja nopeus 47 km/h.

Polttomoottori 1860Ranskalainen mekaanikko Lenoir keksi polttomoottorin vuonna 1878. – Suunnitteli saksalainen keksijä Otto nelitahtinen moottori sisäinen palaminen. 1825 – Saksalainen keksijä Daimler loi bensiinipolttomoottorin Noin samaan aikaan Kaasumoottori kehitti Kostovich Venäjällä.

Erityinen laite. Kaasutin.Saksalainen insinööri Rudolf Diesel suunnitteli polttomoottorin, jossa ei puristettu palavaa seosta, vaan ilmaa. Nämä ovat edullisimmat lämpömoottorit 1) toimivat halvoilla polttoaineilla 2) niiden hyötysuhde on 31-44 % 29.9.1913. Astui höyrylaivaan, joka oli matkalla Lontooseen. Seuraavana aamuna he eivät löytäneet häntä hytistä. Hänen uskotaan tehneen itsemurhan heittäytymällä Englannin kanaalin vesiin yöllä.

1.2. Lämpökoneen toimintaperiaate.

Lämpökoneet voidaan järjestää eri tavoin, mutta missä tahansa lämpökoneessa tulee olla koneen työosassa mekaanista työtä tekevä työaine tai runko, lämmitin, jossa työaine saa energiaa ja jääkaappi, joka ottaa lämpöä koneen työosassa. toimiva elin.

Työväliaine voi olla vesihöyryä tai kaasua.

1.3. Lämpökoneiden tyypit.

Lämpömoottoreita on kahdenlaisia ​​- riippuen niissä tapahtuvien prosessien suunnasta:
1. Lämpömoottoritmuuntaa ulkoisesta lähteestä tulevan lämmön mekaaniseksi työksi.

Jäähdytyskoneetsiirtää lämpöä vähemmän lämmitetystä kappaleesta kuumempaan ulkoisen lähteen mekaanisen työn vuoksi.

Harkitse tämän tyyppisiä lämpömoottoreita yksityiskohtaisemmin.

1.3.1. Lämpömoottorit.

Tiedämme, että kehon työstäminen on yksi tavoista muuttaa sen sisäistä energiaa: tehty työ ikään kuin liukenee kehossa muuttuen kaoottisen liikkeen ja sen hiukkasten vuorovaikutuksen energiaksi.

Lämpökone on laite, joka päinvastoin poimii hyödyllistä työtä kehon "kaoottisesta" sisäisestä energiasta. Lämpökoneen keksintö muutti todella ihmissivilisaation kasvot.

Kaavakuva lämpömoottorista voidaan kuvata seuraavasti:

Katsotaanpa, mitä tämän järjestelmän elementit tarkoittavat.

toimiva elin moottori on kaasu. Se laajenee, liikuttaa mäntää ja tekee siten hyödyllistä mekaanista työtä.

Mutta kaasun pakottamiseksi laajentumaan, voittamalla ulkoiset voimat, se on lämmitettävä lämpötilaan, joka on huomattavasti korkeampi kuin ympäristön lämpötila. Tätä varten kaasu saatetaan kosketukseen lämmittimen kanssa - polttava polttoaine.

Polttoaineen palamisprosessissa vapautuu merkittävää energiaa, josta osa käytetään kaasun lämmittämiseen. Kaasu saa lämmittimestä lämpömäärän Qn . Tämän lämmön ansiosta moottori tekee hyödyllistä työtä. A .

Tämä kaikki on selvää, mutta mikä on jääkaappi ja miksi sitä tarvitaan?

Yhdellä kaasun paisuntalla voimme hyödyntää tulevan lämmön mahdollisimman tehokkaasti ja muuttaa sen kokonaan työksi. Tätä varten sinun on laajennettava kaasua isotermisesti: termodynamiikan ensimmäinen laki, kuten tiedämme, antaa meille tässä tapauksessa A \u003d Qn.

Mutta kukaan ei tarvitse kertaluonteista laajennusta. Moottorin tulee käydä syklisesti, tarjoaa männän liikkeiden säännöllisen toistumisen. Siksi paisumisen lopussa kaasu on puristettava, jolloin se palautetaan alkuperäiseen tilaan.

Laajentuessaan kaasu suorittaa hyödyllistä työtä A1. Puristusprosessissa kaasulle suoritetaan positiivinen työ A2 (ja kaasu itse suorittaa negatiivisen työn A2). Tämän seurauksena kaasun hyödyllinen työ syklille on A=A1-A2.

Tietenkin täytyy olla A>0 tai A2<А1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.

Miten tämä saavutetaan? Vastaus: Purista kaasua alhaisemmilla paineilla kuin oli paisuntavaiheessa. Toisin sanoen pV-kaaviossa supistumisprosessin tulee mennä laajenemisprosessin eli syklin alapuolelle täytyy liikkua myötäpäivään.

Esimerkiksi kuvan syklissä kaasun paisumisen aikana tekemä työ on yhtä suuri kuin kaarevan puolisuunnikkaan V11a2V2 pinta-ala. Vastaavasti kaasun puristuksen aikana tehty työ on yhtä suuri kuin kaarevan puolisuunnikkaan V11b2V2 pinta-ala miinusmerkillä. Tämän seurauksena kaasun työ A sykliä kohden osoittautuu positiiviseksi ja yhtä suureksi kuin kiertoalue 1a2b1.

Okei, mutta miten saat kaasun palaamaan alkuperäiseen tilaan alemmalla käyrällä, ts. e. Valtioiden kautta, joissa on pienempi jako? Muista, että tietyllä tilavuudella kaasun paine on alhaisempi, sitä alhaisempi lämpötila. Siksi puristuksen aikana kaasun on läpäistävä tiloja, joissa lämpötila on alhaisempi.

Juuri tätä varten jääkaappi on tarkoitettu. viileä kaasua puristuksen aikana. Jääkaappi voi olla ilmakehä (polttomoottoreille) tai jäähdyttävä juokseva vesi (höyryturbiineille).

Jäähtyessään kaasu luovuttaa tietyn määrän lämpöä Q2 jääkaappiin. Kaasun vastaanottaman lämmön kokonaismäärä sykliä kohden on yhtä suuri kuin Q1-Q2. Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan:
Q 1 - Q 2 \u003d A + delta U,

missä deltaU ovat muutoksia kaasun sisäisessä energiassa sykliä kohden. Se on yhtä kuin nolla deltaU=0, koska kaasu palasi alkuperäiseen tilaansa (ja sisäinen energia, kuten muistamme, on valtion toiminto). Tämän seurauksena kaasun sykliä kohden tekemä työ on yhtä suuri:
A = Q 1 - Q 2.

Kuten näette, A

Palavan polttoaineen energian mekaaniseksi työksi muuntamisen tehokkuuden indikaattori on lämpökoneen hyötysuhde.

Lämpömoottorin hyötysuhdeon mekaanisen työn A suhde lämmittimestä vastaanotettuun lämmön määrään Q1.

Lämpökoneen hyötysuhde, kuten näemme, on aina pienempi kuin yhtenäisyys. Esimerkiksi höyryturbiinien hyötysuhde on noin 25 % ja polttomoottoreiden noin 40 %.

1.3.2. Jäähdytyskoneet.

Päivittäiset kokemukset ja fysikaaliset kokeet kertovat, että lämmönsiirtoprosessissa lämpö siirtyy kuumemmasta kappaleesta vähemmän lämmitettyyn, mutta ei päinvastoin. Koskaan ei havaita prosesseja, joissa lämmönsiirron seurauksena energia siirtyy spontaanisti kylmästä kappaleesta kuumaan, minkä seurauksena kylmä kappale jäähtyisi vielä enemmän ja kuuma kappale kuumeneisi vielä enemmän.

Avainsana tässä on "spontaani". Jos käytät ulkoista energialähdettä, on täysin mahdollista suorittaa lämmön siirtäminen kylmästä kehosta kuumaan. Tätä jääkaapit tekevät.

Lämpökoneeseen verrattuna kylmäkoneen prosessit ovat päinvastaisia. (Kuva 86).

toimiva elin jäähdytyskoneeksi kutsutaan myös kylmäaine (oikeissa jäähdytysyksiköissä kylmäaine on haihtuvaa liuosta, jolla on alhainen kiehumispiste, joka ottaa lämpöä haihtuessaan ja vapauttaa sitä kondensoituessaan). Yksinkertaisuuden vuoksi pidämme sitä kaasuna, joka imee lämpöä laajeneessaan ja vapauttaa sen puristuksen aikana.

Jääkaappi (T2) jäähdytyskoneessa - kappale, josta lämpö poistetaan. Jääkaappi siirtää lämpömäärän Q2 käyttönesteeseen (kaasuun), jonka seurauksena kaasu laajenee.

Puristuksen aikana kaasu luovuttaa lämpöä Q1 kuumemmalle kappaleelle - lämmittimelle (T1). Jotta tällainen lämmönsiirto tapahtuisi, kaasua täytyy puristaa korkeammissa lämpötiloissa kuin sitä laajennettaessa. Tämä on mahdollista vain ulkoisen lähteen (esimerkiksi sähkömoottorin) suorittaman työn A ansiosta (oikeissa jäähdytysyksiköissä sähkömoottori luo matalan paineen höyrystimeen, minkä seurauksena kylmäaine kiehuu ja lämmittää; päinvastoin sähkömoottori luo korkean paineen lauhduttimeen, jonka alla kylmäaine tiivistyy ja luovuttaa lämpöä). Siksi lämmittimeen siirtyvä lämmön määrä osoittautuu suuremmaksi kuin jääkaapista otettu lämpö, ​​jo arvolla A.

Q 1 \u003d Q 2 + A.

Siten pV-kaaviossa jäähdytyskoneen toimintasykli menee vastapäivään. Pyöräilyalue on ulkopuolisen lähteen tekemä työ A,

Kylmäkoneen päätarkoitus on jäähdyttää tietty säiliö (esimerkiksi pakastin). Tässä tapauksessa tämä säiliö toimii jääkaapin roolissa, ja ympäristö toimii lämmittimenä - säiliöstä poistettu lämpö haihtuu siihen.

Kylmäkoneen tehokkuuden indikaattori on suorituskerroin, joka on yhtä suuri kuin jääkaapista poistetun lämmön suhde ulkoisen lähteen työhön:

A \u003d Q 2 / A

Jäähdytyskerroin voi olla suurempi kuin yksi. Oikeissa jääkaapeissa se ottaa arvot noin 1 - 3.

On toinenkin mielenkiintoinen sovellus: jääkaappi voi toimia lämpöpumppuna. Silloin sen tarkoituksena on lämmittää tiettyä säiliötä (esimerkiksi huoneen lämmitys) ympäristöstä poistuvan lämmön ansiosta. Tässä tapauksessa tämä säiliö on lämmitin, ja ympäristö on jääkaappi.

Ilmaisin lämpöpumpun hyötysuhteesta on lämmityskerroin, joka on yhtä suuri kuin lämmitettyyn säiliöön siirretyn lämmön määrän suhde ulkoisen lähteen työhön.

Oikeiden lämpöpumppujen lämmityskertoimen arvot ovat yleensä välillä 3-5.

1.4 Carnot lämpömoottori.

Lämpökoneen tärkeitä ominaisuuksia ovat käyttönesteen maksimi- ja vähimmäislämpötilat syklin aikana. Nämä arvot on nimetty vastaavastilämmittimen lämpötila ja jääkaapin lämpötila.

Olemme nähneet, että lämpömoottorin hyötysuhde on tiukasti pienempi kuin yhtenäisyys. Herää luonnollinen kysymys: mikä on lämpömoottorin suurin mahdollinen hyötysuhde lämmittimen lämpötilan T1 ja jäähdyttimen lämpötilan T2 kiinteillä arvoilla?

Olkoon esimerkiksi toimivan moottorin korkein ruumiinlämpötila 1000 K ja minimilämpötila 300 K. Mikä on tällaisen moottorin hyötysuhteen teoreettinen raja?

Ranskalainen fyysikko ja insinööri Sadi Carnot vastasi tähän kysymykseen vuonna 1824. Hän keksi ja tutki upean lämpömoottorin, jonka käyttönesteenä oli ihanteellinen kaasu. Tämä kone toimii Carnot-syklillä. , joka koostuu kahdesta isotermistä ja kahdesta adiabaatista.

Harkitse suoraa kiertoa carnot kone myötäpäivään. Tässä tapauksessa kone toimii lämpömoottorina.

Isotermi 1-2. Kohdassa 1-2 kaasu saatetaan lämpökosketukseen lämpötilalämmittimen T1 kanssa ja laajenee isotermisesti. Lämmön määrä Q1 tulee lämmittimestä ja muunnetaan kokonaan työksi tällä alueella: A12 = Q1.

adiabat 2-3. Seuraavaa puristusta varten kaasu on siirrettävä alhaisempien lämpötilojen vyöhykkeelle. Tätä varten kaasu lämpöeristetään ja laajenee sitten adiabaattisesti osiossa 2-3. Laajentuessaan kaasu tekee positiivista työtä A23, ja tämän vuoksi sen sisäinen energia laskee: deltaU23 \u003d - A23.

Isotermi 3-4. Lämmöneristys poistetaan, kaasu saatetaan lämpökosketukseen jäähdyttimen kanssa lämpötilassa T2. Isoterminen puristus tapahtuu. Kaasu antaa jääkaapin lämpömäärän Q2 ja tekee negatiivisen työn A34 = - Q2.

adiabat 4-1. Tämä osa on välttämätön kaasun palauttamiseksi alkuperäiseen tilaan. Adiabaattisen puristuksen aikana kaasu suorittaa negatiivista työtä A41. Kaasu kuumennetaan alkulämpötilaan T1.

Carnot havaitsi tämän syklin tehokkuuden (laskelmat eivät valitettavasti kuulu koulun opetussuunnitelmaan).

Lisäksi hän todisti senCarnot-syklin hyötysuhde on suurin mahdollinen kaikille lämpömoottoreille, joiden lämmittimen lämpötila on T1 ja viileämpi lämpötila T2. Joten yllä olevassa esimerkissä (T1 = 1000 K, T2 = 300 K) meillä on:

Tehokkuusmaksimi=(1000-300):1000=0,7 (=70 %)

Mitä järkeä on käyttää täsmälleen isotermejä ja adiabaatteja, ei muita prosesseja?

Osoittautuu, että isotermiset ja adiabaattiset prosessit tekevät Carnot-koneesta käännettävän . Sen voi käynnistää käänteinen kierto (vastapäivään) saman lämmittimen ja jääkaapin välillä ilman muita laitteita. Tässä tapauksessa Carnot-kone toimii jäähdytyskoneena.

Kyky käyttää Carnot-konetta molempiin suuntiin on erittäin tärkeä rooli termodynamiikassa. Esimerkiksi tämä tosiasia toimii linkkinä todisteena Carnot-syklin maksimaalisesta tehokkuudesta.

2. Raketti.

- (italialaista rocchettaa - pieni kara saksalaisen raketin tai hollantilaisen raketin läpi) - lentokone, joka liikkuu avaruudessa suihkun työntövoiman vaikutuksesta, joka tapahtuu vain sen seurauksena, että osa sen omasta massasta (työnesteestä) hylätään laitteella ja ilman ympäristöstä peräisin olevien aineiden käyttöä. Koska raketin lento ei vaadi ympäröivän ilman tai kaasumaisen väliaineen läsnäoloa, se on mahdollista paitsi ilmakehässä myös tyhjiössä. Sana "raketti" viittaa laajaan valikoimaan lentäviä laitteita lomasähinkäisistä avaruuteen kantoraketeihin.

Sotilasterminologiassa sana raketti viittaa pääsääntöisesti miehittämättömien ilma-alusten luokkaan, jota käytetään tuhoamaan etäkohteita ja jotka käyttävät lentokoneen propulsioperiaatetta lennossa. Ohjusten monipuolisen käytön yhteydessä asevoimissa, armeijan eri haaroissa on muodostunut laaja luokka erilaisia ​​ohjusaseita.

1.1. Rakettitieteen historia.

Oletuksena on, että jonkinlainen raketti on suunniteltu takaisinAlix Sinin muinainen Kreikka. Puhumme Tarentumin Archytaksen lentävästä puukyyhkystä.Hänen keksintönsä mainitaanantiikin roomalainen kirjailija Aulus Gellius "Ullakkoyöt".Kirjassa kerrotaan, että lintu nostettiin painojen avulla ja pantiin liikkeelle piilevän ja piilevän ilman hengityksen vaikutuksesta. Sitä ei ole vielä selvitetty: saiko kyyhkynen liikkeelle sen sisällä olevan ilman vaikutuksesta vai sen päälle puhaltaneen ilman vaikutuksesta? On edelleen epäselvää, kuinka Archytas olisi voinut saada paineilmaa kyyhkysen sisällä. Muinaisessa perinteessäpneumatiikka tällaiselle paineilman käytölle ei ole analogia.

Useimmat historioitsijat pitävät rakettien alkuperän ajoissaKiinalainen Han-dynastia (206 eKr. - 220 jKr.), ruudin löytämiseen ja sen käytön alkamiseen ilotulitus- ja viihdetarkoituksiin. Jauhepanoksen räjähdyksen synnyttämä voima riitti liikuttamaan erilaisia ​​esineitä.Myöhemmin tätä periaatetta sovellettiin ensimmäisen luomisessatykit ja musketit. Ruutiammuksetpystyivät lentämään pitkiä matkoja, mutta eivät olleet raketteja, koska heillä ei ollut omia varantoja polttoainetta. Siitä huolimatta ruudin keksimisestä tuli pääedellytys todellisten rakettien syntymiselle.

Ensimmäisen raketin loi ihminen ainakin 700 vuotta sitten. 1200-luvulla kiinalaiset käyttivät ensimmäisen kerran raketteja tai, kuten niitä silloin kutsuttiin, "tulisia nuolia" mongolien hyökkääjiä vastaan ​​ja syöksyivät vihollisen hämmennykseen ja paniikkiin.

Taistelussa Kaikenista vuonna 1232 kiinalaiset pudottivat alas "tuliset nuolet", niihin kiinnitettiin tiivistettyä paperia oleva putki, joka oli auki vain takapäästä ja täytetty palavalla koostumuksella. Tämä panos sytytettiin tuleen, ja sitten nuoli ammuttiin jousen avulla. Tällaisia ​​nuolia käytettiin useissa tapauksissa linnoitusten piirityksen aikana laivoja, ratsuväkeä vastaan. Kaikenin taistelun jälkeen mongolit alkoivat tuottaa rakettejaan ja levittivät ensimmäistä rakettitekniikkaa Euroopassa.

1200-1400-luvulta lähtien on raportoitu erilaisista raketteja koskevista kokeista. Englannissa Roger Bacon-niminen munkki työskenteli uuden ruutikaavan parissa, joka lisäisi rakettiammusten kantamaa. Ranskassa Jean Froissart havaitsi, että ammuksen lento voisi olla tarkempi, jos raketti ammuttaisiin putken läpi. Muutama vuosisataa myöhemmin Froissartin idea antoi sysäyksen sinkookan kaltaisten panssarintorjuntaohjusten luomiselle. Italiassa Gian de Fontana kehitti torpedon muotoisen rakettiammuksen, joka liikkui veden pinnalla sytyttääkseen vihollisen laivoja tuleen.

Intian prinssi Haidar Ali, joka hallitsi Mysoren (tai Karnatakan) valtakunnassa Etelä-Intiassa, voidaan kuitenkin kutsua modernin rakettitekniikan uudistajaksi. Mysoren ja Brittiläisen Haidarin Itä-Intian kauppayhtiön välisten sotien aikana Ali käytti raketteja ja rakettirykmenttejä tavallisten joukkojen muodossa. Pääasiallinen teknologinen innovaatio oli korkealaatuisesta metallista valmistetun kuoren käyttö, johon asetettiin ruutipanos (näin ilmestyi ensimmäinen polttokammio). Haidar Ali loi myös erikoiskoulutettuja ohjusryhmiä, jotka pystyivät kohdistamaan ohjuksia kaukaisiin kohteisiin hyväksyttävällä tarkkuudella. Ohjusten käyttö Anglo-Mysore-sodissa johti britit ajatukseen tämäntyyppisten aseiden käytöstä. William Congreve, brittiläisten joukkojen upseeri, joka oli vanginnut joitakin intialaisia ​​raketteja, lähetti nämä kuoret Englantiin myöhempää tutkimusta ja kehitystä varten. Vuonna 1804 Congreve, Lontoon lähellä sijaitsevan Woolwichin kuninkaallisen arsenaalin päällikön poika, aloitti rakettiohjelman kehittämisen ja rakettien massatuotannon. Congreve teki uuden palavan seoksen ja kehitti rakettimoottorin ja metalliputken, jossa oli kartiomainen kärki. Näitä 15 kg painavia ohjuksia kutsuttiin "Congreve-ohjuksiksi".

Rakettitykistöä käytettiin laajalti 1800-luvun loppuun asti. Raketit olivat kevyempiä ja liikkuvampia kuin tykistö. Ohjusten laukaisun tarkkuus ja tarkkuus oli pieni, mutta verrattavissa tuon ajan tykistökappaleisiin. Kuitenkin 1800-luvun toisella puoliskolla ilmestyi kiväärin tykistöaseet, jotka lisäsivät tulen tarkkuutta ja tarkkuutta, ja rakettitykistö poistettiin käytöstä kaikkialla. Vain ilotulitus jasignaaliraketit.

1800-luvun lopulla alettiin yrittää selittää matemaattisesti suihkukoneistoa ja luoda tehokkaampia rakettiaseita. Venäjällä yksi ensimmäisistä, jotka käsittelivät tätä asiaa, oli Nikolai Tikhomirov vuonna 1894.

Suihkuvoiman teoriaa tutki Konstanstin Tsiolkovski. Hän esitti idean käyttää raketteja avaruuslennoille ja väitti, että tehokkain polttoaine niille olisi nestemäisen hapen ja vedyn yhdistelmä. Hän suunnitteli raketin planeettojen välistä viestintää varten vuonna 1903.

Myös saksalainen tiedemies Hermann Oberth esitti planeettojen välisen lennon periaatteet 1920-luvulla. Lisäksi hän suoritti penkkikokeita rakettimoottoreille.

Amerikkalainen tiedemies Robert Goddart aloitti nestemäisen polttoaineen rakettimoottorin kehittämisen vuonna 1923, ja toimiva prototyyppi rakennettiin vuoden 1925 loppuun mennessä. 16. maaliskuuta 1926 Hän laukaisi ensimmäisen nestemäistä polttoainetta käyttävän raketin, jonka polttoaineena oli bensiini ja nestemäinen happi.

17. elokuuta 1933 laukaistiin GIRD 9 -raketti, jota voidaan pitää ensimmäisenä Neuvostoliiton ilmatorjuntaohjuksena. Se saavutti 1,5 kilometrin korkeuden. Ja seuraava GIRD 10 -raketti, joka laukaistiin 25. marraskuuta 1933, oli jo saavuttanut 5 km:n korkeuden.

VfR:n jäsen Johannes Winkler suoritti 14. maaliskuuta 1931 ensimmäisen onnistuneen nestemäisen polttoaineen raketin laukaisun Euroopassa.

Vuonna 1957 Neuvostoliitossa Sergei Korolevin johdolla luotiin maailman ensimmäinen mannertenvälinen ballistinen ohjus R-7 ydinaseiden toimitusvälineeksi, jota käytettiin samana vuonna maailman ensimmäisen keinotekoisen maasatelliitin laukaisuun. Siitä alkoi rakettien käyttö avaruuslennoilla.

2.2. Rakettiin lennon aikana vaikuttavat voimat.

Tiedettä, joka tutkii raketteihin tai muihin avaruusaluksiin vaikuttavia voimia, kutsutaan astrodynamiikaksi.

Päävoimat, jotka vaikuttavat rakettiin lennon aikana:

Moottorin työntövoima.

Ilmakehässä liikkuessa - mikä tahansa vastus.

nostovoima. Yleensä pieni, mutta merkittävä rakettilentokoneille.

2.3. Rakettien käyttö.

2.3.1 Sodankäynti.

Ohjuksia käytetään tapana toimittaa aseita kohteeseen.. Ohjusten pieni koko ja suuri liikenopeus antavat niille alhaisen haavoittuvuuden. Koska ohjaajaa ei tarvita taisteluohjuksen ohjaamiseen, se voi kantaa suuria tuhovoimaisia ​​panoksia, myös ydinpanoksia. Nykyaikaiset kotiutus- ja navigointijärjestelmät antavat ohjuksille paremman tarkkuuden ja ohjattavuuden.

Taisteluohjuksia on monen tyyppisiä, jotka eroavat lentoetäisyydeltä, samoin kuin laukaisupaikalta ja paikalta, johon kohde osuu ("maa" - "ilma"). Ohjustentorjuntajärjestelmiä käytetään ohjusten torjuntaan.

Siellä on myös signaali ja soihdut.

2.3.2. Tieteellinen tutkimus.

Geofysikaalisia ja meteorologisia raketteja käytetään lentokoneiden ja ilmapallojen sijasta yli 30-40 kilometrin korkeudessa. Raketeissa ei ole rajoittavaa kattoa, ja niitä käytetään yläilmakehän, pääasiassa mesosfäärin ja ionosfäärin, luotamiseen.

Raketit on jaettu kevyisiin meteorologisiin raketteihin, jotka pystyvät nostamaan yhden instrumenttisarjan noin 100 kilometrin korkeuteen, ja raskaisiin geofysikaalisiin, jotka voivat kuljettaa useita instrumenttisarjoja ja joiden lentokorkeus on käytännössä rajoittamaton.

Tyypillisesti tieteelliset raketit on varustettu ilmakehän paineen, magneettikentän, kosmisen säteilyn ja ilman koostumuksen mittauslaitteilla sekä laitteilla mittaustulosten lähettämiseksi radioteitse maahan. On olemassa malleja raketteista, joissa laitteet, joilla on nousun aikana saatuja tietoja, lasketaan maahan laskuvarjoilla.

Rakettien meteorologiset tutkimukset edelsivät satelliittitutkimuksia, joten ensimmäisillä meteorologisilla satelliiteilla oli samat instrumentit kuin meteorologisissa raketteissa. Ensimmäisen kerran raketti laukaistiin tutkimaan ilmaympäristön parametreja 11. huhtikuuta 1937, mutta säännölliset rakettien laukaisut alkoivat 1950-luvulla, jolloin luotiin sarja erikoistuneita tieteellisiä raketteja.

2.3.3. Kosmonautiikka.

Raketti on toistaiseksi ainoa ajoneuvo, joka pystyy laukaisemaan avaruusaluksen avaruuteen. Vaihtoehtoiset tavat nostaa avaruusaluksia kiertoradalle, kuten "avaruushissi", sähkömagneettiset ja tavanomaiset aseet, ovat vielä suunnitteluvaiheessa.

2.3.4. Urheilu.

On ihmisiä, jotka pitävät rakettimallin urheilusta, joiden harrastuksena on mallirakettien rakentaminen ja lentäminen. Raketteja käytetään myös amatööri- ja ammattiilotulitioissa.

3. Suihkumoottori.

Moottori, joka luo liikkeelle tarvittavan vetovoiman muuntamalla polttoaineen sisäisen energian käyttönesteen suihkuvirran liike-energiaksi. Työnesteellä tarkoitetaan moottoreiden suhteen ainetta (kaasu, neste, kiinteä kappale), jonka avulla polttoaineen palamisen aikana vapautuva lämpöenergia muunnetaan hyödylliseksi mekaaniseksi työksi. Erilaisia ​​energiatyyppejä (kemiallinen, ydin, sähkö, aurinko) voidaan muuntaa suihkuvirran kineettiseksi (nopeus)energiaksi rakettimoottorissa. Suihkumoottorin perusta on polttokammio, jossa poltetaan polttoainetta (primäärienergian lähde) ja syntyy työnestettä - kuumia kaasuja (polttoaineen palamistuotteet). Reaktiivisen voiman pääominaisuus on, että se syntyy järjestelmän osien vuorovaikutuksen seurauksena ilman vuorovaikutusta ulkoisten kappaleiden kanssa.

3.1. Suihkumoottoreiden historia.

Suihkumoottoreiden historia liittyy erottamattomasti ilmailun historiaan. Ilmailun edistyminen koko sen olemassaolon ajan varmisti pääasiassa lentokoneiden moottoreiden kehittymisen ja ilmailun jatkuvasti kasvavat vaatimukset moottoreille olivat voimakas kannustin lentokoneiden moottoreiden rakentamisen kehitykselle. Ensimmäisenä Flyer-1-lentokoneena pidetty se varustettiin mäntäpolttomoottorilla ja tämä tekninen ratkaisu säilyi ilmailussa välttämättömänä neljäkymmentä vuotta. Lentokoneiden mäntämoottoreita parannettiin, niiden tehoa ja työntövoiman suhdetta lentokoneiden painoon nostettiin.

1930-luvun alussa Neuvostoliitossa aloitettiin työ lentokoneen suihkumoottorin luomiseksi. Neuvostoliiton insinööri F.A. Zander ilmaisi vuonna 1920 ajatuksen korkealla sijaitsevasta rakettilentokoneesta. Sen bensiinillä ja nestemäisellä hapella toimiva OR-2-moottori oli tarkoitettu asennettavaksi koelentokoneeseen.

Vuonna 1939 N. N. Polikarpovin suunnitteleman I-15-lentokoneen ramjet-moottoreiden (ramjet-moottorien) lentokokeet suoritettiin Neuvostoliitossa. I.A. Merkulovin suunnittelemat Ramjet-moottorit asennettiin koneen alatasoihin lisämoottoreina. Ensimmäiset lennot suoritti kokenut koelentäjä P.E. Loginov. Tietyllä korkeudella hän kiihdytti auton enimmäisnopeuteen ja käynnisti suihkumoottorit. Lisäsuihkumoottoreiden työntövoima lisäsi suurinta lentonopeutta. Vuonna 1939 kehitettiin luotettava moottorin käynnistys lennon aikana ja palamisprosessin vakaus. Lennon aikana ohjaaja saattoi toistuvasti käynnistää ja sammuttaa moottorin ja säätää sen työntövoimaa. 25. tammikuuta 1940 moottoreiden tehdastestauksen ja useiden lentojen turvallisuuden tarkastamisen jälkeen suoritettiin virallinen testi - lentokoneen lento ramjetillä. Lähtien Moskovan Frunzen keskuslentopaikalta lentäjä Loginov käynnisti suihkumoottorit matalalla korkeudella ja teki useita ympyröitä lentokentän alueen yli.

Kesällä 1940 nämä moottorit asennettiin ja testattiin N. N. Polikarpovin suunnittelemaan I-153 Chaika -hävittäjään. Ne lisäsivät lentokoneen nopeutta 40-50 km/h.

Kuitenkin lentonopeuksilla, joita potkurikäyttöiset lentokoneet saattoivat kehittää, lisäkompressori-VJE:t kuluttivat paljon polttoainetta. Ramjetillä on toinen tärkeä haittapuoli: tällainen moottori ei anna työntövoimaa paikoillaan, eikä se siksi voi tarjota lentokoneen itsenäistä nousua. Tämä tarkoittaa, että tällaisella moottorilla varustetussa lentokoneessa on välttämättä oltava jonkinlainen apukäynnistysvoimalaitos, esimerkiksi potkuri, muuten se ei nouse.

Taistelulentokoneiden luomista tehtiin laajalti myös ulkomailla.

Kesäkuussa 1942 tapahtui Messerschmittin suunnitteleman saksalaisen Me-163-suihkuhävittäjän ensimmäinen lento. Vain yhdeksäs versio tästä lentokoneesta otettiin sarjatuotantoon vuonna 1944.

Ensimmäistä kertaa tätä rakettimoottorilla varustettua lentokonetta käytettiin taistelutilanteessa vuoden 1944 puolivälissä liittoutuneiden hyökkäyksen aikana Ranskaan. Se oli tarkoitettu taistelemaan vihollisen pommittajia ja hävittäjiä vastaan ​​Saksan alueella. Kone oli yksitasoinen ilman vaakasuoraa häntää, mikä oli mahdollista siiven suuren pyyhkäisyn ansiosta.

Italiassa elokuussa 1940 tehtiin Campini-Caproni SS-2 yksitasolentokoneen ensimmäinen 10 minuutin lento. Tähän lentokoneeseen asennettiin niin sanottu moottorikompressori WFD (tämän tyyppistä vesipuitedirektiiviä ei otettu huomioon suihkumoottoreiden arvioinnissa, koska se osoittautui kannattamattomaksi eikä sitä jaettu).

Toukokuussa 1941 Englannissa suoritettiin ensimmäinen koelento Gloucester "E-28/39" -kokeelliselle lentokoneelle Whittlen suunnittelemalla keskipakokompressorilla varustetulla suihkuturbiinimoottorilla.

Nopeudella 17 tuhatta kierrosta minuutissa tämä moottori kehitti työntövoiman noin 3800 newtonia. Koekone oli yksipaikkainen hävittäjä, jossa oli yksi suihkumoottori, joka sijaitsi rungossa ohjaamon takana. Koneessa oli lennon aikana sisään vedettävissä oleva kolmipyöräinen laskuteline.

Puolitoista vuotta myöhemmin, lokakuussa 1942, suoritettiin ensimmäinen lentokoe amerikkalaiselle Erkomet R-59A -suihkuhävittäjälle kahdella Whittlen suunnittelemalla suihkuturbiinimoottorilla. Se oli keskisiipinen yksitaso, jossa oli korkealle kiinnitetty häntä. Lentokokeissa saavutettiin 800 kilometrin tuntinopeus.

Muiden tämän ajanjakson turboreutimoottorilla varustettujen lentokoneiden joukossa on huomioitava Gloucester Meteor -hävittäjä, jonka ensimmäinen lento tapahtui vuonna 1943. Tämä yksipaikkainen täysmetallinen monotaso osoittautui yhdeksi aikakauden menestyneimmistä suihkuhävittäjistä. Matalaan ulokesiiven päälle asennettiin kaksi suihkuturbiinimoottoria. Sarjataistelulentokoneiden nopeus oli 810 kilometriä tunnissa. Lennon kesto oli noin 1,5 tuntia, katto 12 kilometriä. Koneessa oli 4 automaattista tykkiä, joiden kaliiperi oli 20 mm. Autolla oli hyvä ohjattavuus ja hallittavuus kaikissa nopeuksissa. Marraskuussa 1941 tämän koneen erityisellä ennätysversiolla asetettiin maailman lentonopeusennätys - 975 kilometriä tunnissa.

Jo suihkumoottoreiden kehityksen alkukaudella entiset tutut lentokonemuodot kokivat enemmän tai vähemmän merkittäviä muutoksia. Esimerkiksi englantilainen kaksisäteinen suihkuhävittäjä "Vampire" näytti erittäin epätavalliselta.

Maassamme suuren isänmaallisen sodan aikana aloitettiin laaja tutkimustyö turboreettimoottoreilla varustettujen taistelulentokoneiden luomiseksi. Sota asetti tehtäväksi luoda hävittäjälentokone, jolla on paitsi suuri nopeus, myös merkittävä lennon kesto: kehitteillä nestemäistä polttoainetta käyttävillä moottoreilla varustetuilla suihkuhävittäjillä oli kuitenkin erittäin lyhyt lentoaika - vain 8-15 minuuttia. Taistelukoneet kehitettiin yhdistetyllä voimalaitoksella - potkurilla ja suihkulla. Joten esimerkiksi La-7- ja La-9-hävittäjät oli varustettu suihkutehostimilla.

Työ yhden ensimmäisistä Neuvostoliiton suihkukoneista aloitettiin jo vuosina 1943-1944. Tämän taisteluajoneuvon loi suunnittelutiimi, jota johti ilmailutekniikan kenraali Artem Ivanovich Mikoyan. Se oli I-250-hävittäjä yhdistetyllä voimalaitoksella, joka koostui nestejäähdytteisestä VK-107 A -tyypin mäntäkoneesta potkurilla ja WFD:llä, jonka kompressoria käytti mäntämoottori. I-250 teki ensimmäisen lentonsa maaliskuussa 1945. Lentokokeissa saavutettiin merkittävästi yli 800 kilometriä tunnissa nopeuksia.

Pian sama suunnittelijaryhmä loi MIG-9-suihkuhävittäjän. Siihen asennettiin kaksi RD-20-tyypin turboruihkumoottoria. 24. huhtikuuta 1946 koelentäjä A.N. Grinchik teki ensimmäisen lennon MIG-9-koneella. Kuten BI-lentokone, tämä kone erosi rakenteeltaan vähän mäntälentokoneista. MIG-9:n huippunopeus ylitti 900 kilometriä tunnissa. Vuoden 1946 lopussa tämä kone otettiin massatuotantoon.

Huhtikuussa 1946 tehtiin ensimmäinen lento A.S. Yakovlevin suunnittelemalla suihkuhävittäjällä.

Tutkimus-, suunnittelu- ja tuotantoryhmien pitkäjänteinen luova työ kruunasi menestyksen: uudet kotimaiset suihkukoneet eivät olleet millään tavalla huonompia kuin tuon aikakauden maailman lentotekniikka. Neuvostoliitossa vuosina 1946-1947 luotujen nopeiden suihkukoneiden joukossa A.I. Mikoyanin ja M.I. Gurevichin suunnittelema MIG-15-suihkuhävittäjä, jossa on pyyhkäisy siipi ja höyhenpeite, erottuu korkeista taktisista ja toiminnallisista ominaisuuksistaan. Pyyhkäisyn siiven ja empennagen käyttö lisäsi vaakalentonopeutta ilman merkittäviä muutoksia sen vakaudessa ja ohjattavuudessa. Lentokoneen nopeuden kasvua helpotti suurelta osin myös sen tehonsyötön lisääntyminen: siihen asennettiin uusi turbojet-moottori keskipakokompressorilla "RD-45", jonka työntövoima oli noin 19,5 kilonewtonia nopeudella 12 tuhatta kierrosta minuutissa. . Tämän koneen vaaka- ja pystynopeudet ylittivät kaiken aiemmin suihkukoneilla saavutetun.

Suunnittelutoimisto, joka työskenteli S.A. Lavochkinin johdolla, loi samanaikaisesti MIG-15:n julkaisun kanssa uuden suihkuhävittäjän La-15. Siinä oli pyyhkäisty siipi rungon yläpuolella. Siinä oli tehokkaat aseet. Kaikista tuolloin olemassa olevista pyyhkäisyhävittäjistä La-15:llä oli pienin lentopaino. Tämän ansiosta RD-500-moottorilla varustetulla La-15-koneella, jonka työntövoima oli pienempi kuin MIG-15:een asennetulla RD-45-moottorilla, oli suunnilleen samat taktiset lentotiedot kuin MIG-15:llä".

Suihkukoneiden siipien ja höyhenen pyyhkäisy ja erityinen profiili heikensivät ilmanvastusta dramaattisesti äänen nopeudella lentäessä. Nyt aaltokriisin aikana vastus ei lisääntynyt 8-12 kertaa, vaan vain 2-3 kertaa. Tämän vahvistivat Neuvostoliiton suihkukoneiden ensimmäiset yliäänilennot.

3.2. Suihkuteknologian käyttö siviili-ilmailussa.

Pian suihkumoottoreita alettiin asentaa siviili-ilmailun lentokoneisiin.

Vuonna 1955 Kometa-1-monipaikkainen matkustajalentokone alkoi liikennöidä ulkomailla. Tämän neljän turborimoottorin henkilöauton nopeus oli noin 800 kilometriä tunnissa 12 kilometrin korkeudessa. Koneeseen mahtui 48 matkustajaa. Lentoetäisyys oli noin 4 tuhatta kilometriä. Tämän lentokoneen Välimerellä tapahtuneen suuren onnettomuuden jälkeen sen toiminta kuitenkin lopetettiin. Pian tämän lentokoneen rakentavaa versiota, Comet-3, alettiin käyttää.

Vuonna 1959 aloitettiin ranskalaisen matkustajalentokoneen Caravel toiminta. Lentokoneessa oli pyöreä runko, jonka halkaisija oli 3,2 metriä, joka oli varustettu 25,4 metriä pitkällä paineistetulla osastolla. Voimalaitos koostui kahdesta suihkuturbiinimoottorista, joiden kummankin työntövoima oli 40 kilonewtonia. Koneen nopeus oli noin 800 kilometriä tunnissa.

Neuvostoliitossa jo vuonna 1954 yhdellä lentoreiteistä kiireellisen rahdin ja postin toimitus suoritettiin nopealla Il-20-suihkukoneella.Tällä lentokoneella, jossa oli kaksi turboruihkumoottoria, joiden kummankin työntövoima oli 80 kilonewtonia, oli erinomaiset aerodynaamiset muodot.

"TU-104" arvostettiin suuresti sekä maassamme että ulkomailla. Lehdistössä puhuneet ulkomaiset asiantuntijat totesivat, että aloittamalla säännöllisen matkustajakuljetuksen TU-104-suihkukoneilla, Neuvostoliitto oli kaksi vuotta edellä Yhdysvaltoja, Englantia ja muita länsimaita matkustajaturbiinilentokoneiden massatoiminnassa: amerikkalainen Boeing 707 -suihkukone” ja englantilainen Comet-IV tulivat lentolinjoille vasta vuoden 1958 lopulla ja ranskalainen Caravel vuonna 1959.

TVD on välityyppinen lentokonevoimalaitos. Vaikka turbiinista lähtevät kaasut poistuvat suuttimen kautta ja niiden reaktio synnyttää jonkin verran työntövoimaa, päätyöntövoiman tuottaa käynnissä oleva potkuri, kuten perinteisessä potkurikäyttöisessä lentokoneessa.

Operaatioteatteri ei ole saavuttanut suosiota taisteluilmailussa, koska se ei pysty tarjoamaan sellaista nopeutta kuin puhtaasti suihkumoottorit. Se ei sovellu myös siviili-ilmailun pikalinjoille, joissa nopeus on ratkaiseva tekijä ja lennon taloudellisuus ja hinta jäävät taustalle. Potkuriturbiinia tulisi kuitenkin käyttää eripituisilla reiteillä, joilla lentoja tehdään luokkaa 600-800 kilometriä tunnissa. Samalla on otettava huomioon, että kokemusten mukaan matkustajien kuljettaminen niillä on 1000 kilometrin matkalla 30 % halvempaa kuin potkurivetoisilla mäntäkoneilla varustetuilla lentokoneilla.

3.3. Suihkumoottoreiden toimintaperiaate.

Suihkumoottori perustuu tavallisen raketin laitteeseen. Se toimii seuraavasti. Polttoaine poltetaan erityisessä kammiossa, jossa on yksi ulostulo kartiomaisella putkella - suuttimella. Kaasumaiset palamistuotteet lentävät ulos suuttimen läpi valtavalla nopeudella. Polttoaineen palamisen aikana kammiossa muodostuu jopa 80-100 ilmakehän kohonnut paine. Tämä paine vaikuttaa kaikkiin suuntiin samalla voimalla. Kammion sivuseinien paineet ovat keskenään tasapainossa. Etuseinään vaikuttavaa voimaa ei tasapainota mikään, koska vastakkaisella puolella kaasut poistuvat vapaasti reiän läpi. Siksi kaikkien kammion seiniin kohdistuvien painevoimien resultantti saa rakettimoottorin suorittamaan translaatioliikettä.

Työnesteen uloshengityksen seurauksena moottorin suuttimesta syntyy suihkun reaktion (rekyylin) muodossa reaktiivinen voima, joka liikuttaa moottoria ja siihen rakenteellisesti liittyvää laitetta vastakkaiseen suuntaan. suihkun ulosvirtaukseen. Erilaisia ​​energiatyyppejä (kemiallinen, ydin, sähkö, aurinko) voidaan muuntaa suihkuvirran kineettiseksi (nopeus)energiaksi rakettimoottorissa. R. D. (suorareaktiomoottori) yhdistää varsinaisen moottorin liikkujaan, eli tarjoaa oman liikkeensä ilman välimekanismien osallistumista.

R. d.:n käyttämän suihkun työntövoiman luomiseksi tarvitaan: alkuenergian (ensisijainen) lähde, joka muunnetaan suihkuvirran kineettiseksi energiaksi;

työneste, joka suihkutetaan ulos R. d.:stä suihkuvirran muodossa; R. D. itse on energianmuuntaja. Alkuenergia varastoidaan lentokoneeseen tai muuhun RD:llä varustettuun laitteeseen (kemiallinen polttoaine, ydinpolttoaine) tai se voi (periaatteessa) tulla ulkopuolelta (aurinkoenergia). Saadakseen työelimen R. d. toukokuussakäytetään ympäristöstä (esimerkiksi ilmasta tai vedestä) otettua ainetta; aine, joka on laitteen säiliöissä tai suoraan R.:n kammiossa d.; ympäristöstä tulevien ja laitteessa säilytettyjen aineiden seos. Nykyaikaisessa R. d.:ssä kemiallista energiaa käytetään useimmiten ensisijaisena energiana. Tässä tapauksessa käyttöneste on hehkukaasuja - kemiallisen polttoaineen palamistuotteita. Rakettimoottorin toiminnan aikana palavien aineiden kemiallinen energia muuttuu palamistuotteiden lämpöenergiaksi ja kuumien kaasujen lämpöenergia muunnetaan suihkuvirran translaatioliikkeen mekaaniseksi energiaksi ja näin ollen laitteisto, johon moottori on asennettu. Minkä tahansa R. d:n pääosa on polttokammio, jossa työneste syntyy. Kammion päätyosaa, jonka tehtävänä on nopeuttaa työnestettä ja saada suihkuvirtaa, kutsutaan suihkusuuttimeksi.

Kaikki tietävät, että laukauksen jälkeen ase tai kivääri palautetaan. Tämä johtuu siitä, että ammus tai luoti lentää suurella nopeudella ulos aseen tai kiväärin piipusta. Ja itse työkalu saa reaktion vuoksi liikkeen vastakkaiseen suuntaan. Ammuksia liikuttavat kaasut, jotka muodostuvat ruudin palamisen aikana. Jos emme vahvistaisi vaunussa olevan aseen suuta, vaan antaisimme sen liikkua vapaasti, niin suu lensi laukauksen jälkeen takaisin kuin raketti.

Perinteisten lentokoneiden lento on mahdotonta tilassa, jossa ei ole ilmaa. Lentokoneen nostovoima syntyy vain sen siipissä olevan ilmavirran vaikutuksesta. Ilmalaiva tai ilmapallo voi lentää vain, jos se on kevyempää kuin saman tilavuuden ilma.

Tässä mielessä rakettimoottoreilla on valtava etu verrattuna perinteisiin lentokoneisiin. Rakettimoottori toimii ympäristöstä riippumatta, se ei tarvitse ilmatukea. Rakettimoottorilla varustetut ajoneuvot voivat lentää paitsi erittäin harvinaisessa ilmassa, myös ilmattomassa tilassa.

Viime vuosina on tehty erilaisia ​​enemmän tai vähemmän onnistuneita kokeita suihkumoottoreiden soveltamisesta erilaisiin ajoneuvoihin.
Kaikissa moottoreissa on kaksi energian muuntamisprosessia. Ensin polttoaineen kemiallinen energia muunnetaan palamistuotteiden lämpöenergiaksi ja sitten lämpöenergiaa käytetään mekaanisen työn suorittamiseen. Tällaisia ​​moottoreita ovat autojen mäntämoottorit, dieselveturit, voimalaitosten höyry- ja kaasuturbiinit jne.

Harkitse tätä prosessia suihkumoottoreiden yhteydessä. Aloitetaan moottorin polttokammiosta, jossa palava seos on jo muodostunut tavalla tai toisella, riippuen moottorin tyypistä ja polttoainetyypistä. Tämä voi olla esimerkiksi ilman ja kerosiinin seos, kuten nykyaikaisen suihkukoneen turboreosmoottorissa, tai nestemäisen hapen ja alkoholin seos, kuten joissakin nestemäisissä raketimoottoreissa, tai lopuksi jonkinlainen kiinteä ponneaine. jauheraketeille. Palava seos voi palaa, ts. joutuu kemialliseen reaktioon, jossa vapautuu nopeasti energiaa lämmön muodossa. Kyky vapauttaa energiaa kemiallisen reaktion aikana on seoksen molekyylien potentiaalinen kemiallinen energia. Molekyylien kemiallinen energia liittyy niiden rakenteen ominaisuuksiin, tarkemmin sanoen niiden elektronikuoren rakenteeseen, ts. elektronipilvi, joka ympäröi molekyylin muodostavien atomien ytimiä. Kemiallisen reaktion seurauksena, jossa jotkut molekyylit tuhoutuvat, kun taas toiset muodostuvat, tapahtuu luonnollisesti elektronikuorten uudelleenjärjestely. Tässä uudelleenjärjestelyssä se on vapautuvan kemiallisen energian lähde. Voidaan nähdä, että vain aineet, jotka moottorin kemiallisen reaktion (palamisen) aikana vapauttavat riittävän paljon lämpöä ja muodostavat myös suuren määrän kaasuja, voivat toimia suihkumoottoreiden polttoaineena. Kaikki nämä prosessit tapahtuvat polttokammiossa, mutta katsotaanpa reaktiota ei molekyylitasolla (tätä on jo käsitelty edellä), vaan työn "vaiheissa". Kunnes palaminen on alkanut, seoksella on runsaasti potentiaalista kemiallista energiaa. Mutta sitten liekki nielaisi seoksen, vielä hetki - ja kemiallinen reaktio on ohi. Nyt palavan seoksen molekyylien sijasta kammio on täytetty palamistuotteiden molekyyleillä, jotka ovat tiheämmin "pakattu". Ylimääräinen sitoutumisenergia, joka on tapahtuneen palamisreaktion kemiallinen energia, on vapautunut. Molekyylit, joilla oli tämä ylimääräinen energia, siirsivät sen lähes välittömästi muihin molekyyleihin ja atomeihin usein tapahtuneiden törmäysten seurauksena. Kaikki polttokammion molekyylit ja atomit alkoivat liikkua satunnaisesti, kaoottisesti paljon suuremmalla nopeudella, kaasujen lämpötila nousi. Polttoaineen potentiaalinen kemiallinen energia muuttui siis palamistuotteiden lämpöenergiaksi.

Samanlainen siirtymä tehtiin kaikissa muissa lämpömoottoreissa, mutta suihkumoottorit eroavat niistä olennaisesti kuumien palamistuotteiden jatkokohtalon suhteen.

Kun lämpökoneeseen on muodostunut kuumia kaasuja, jotka sisältävät suurta lämpöenergiaa, tämä energia on muutettava mekaaniseksi energiaksi. Moottoreiden tarkoitushan on tehdä mekaanista työtä, "liikuttaa" jotain, saada se toimintaan, ei ole väliä onko se dynamo pyynnöstä täydentää voimalaitoksen piirustuksia, diesel veturi, auto tai lentokone.

Jotta kaasujen lämpöenergia muuttuisi mekaaniseksi energiaksi, niiden tilavuuden tulee kasvaa. Tällaisella laajenemalla kaasut tekevät työn, johon niiden sisäinen ja lämpöenergia kulutetaan.

Mäntämoottorissa laajenevat kaasut painavat sylinterin sisällä liikkuvaa mäntää, mäntä työntää kiertokankea, joka jo pyörittää moottorin kampiakselia. Akseli on kytketty dynamon roottoriin, dieselveturin tai auton vetoakseleihin tai lentokoneen potkuriin - moottori tekee hyödyllistä työtä. Höyrykoneessa tai kaasuturbiinissa laajenevat kaasut saavat akseliin liitetyn pyörän pyörimään - ei tarvita kampi-tanko-vaihteistoa, mikä on yksi turbiinin suurista eduista.

Kaasut laajenevat tietysti suihkumoottorissa, koska ilman sitä ne eivät toimi. Mutta laajennustyötä ei tällöin kuluteta akselin pyörittämiseen. Liittyy käyttömekanismiin, kuten muissa lämpömoottoreissa. Suihkumoottorin tarkoitus on erilainen - luoda suihkun työntövoima, ja tätä varten on välttämätöntä, että kaasusuihku - palamistuotteet virtaavat ulos moottorista suurella nopeudella: tämän suihkun reaktiovoima on moottorin työntövoima. . Näin ollen työ polttoaineen palamiskaasujen paisuttamiseksi moottorissa on käytettävä itse kaasujen kiihdyttämiseen. Tämä tarkoittaa, että suihkumoottorissa olevien kaasujen lämpöenergia on muutettava niiden kineettiseksi energiaksi - molekyylien satunnainen kaoottinen lämpöliike on korvattava niiden järjestäytyneellä virtauksella yhteen kaikille yhteiseen suuntaan.

Tätä tarkoitusta varten palvelee yksi moottorin tärkeimmistä osista, niin kutsuttu suihkusuutin. Riippumatta siitä, mihin tyyppiin tietty suihkumoottori kuuluu, se on välttämättä varustettu suuttimella, jonka läpi kuumat kaasut virtaavat ulos moottorista suurella nopeudella - polttoaineen palamistuotteet moottorissa. Joissakin moottoreissa kaasut tulevat suuttimeen välittömästi palotilan jälkeen, esimerkiksi raketti- tai ramjet-moottoreissa. Toisissa, turboruihkukoneissa, kaasut kulkevat ensin turbiinin läpi, jolle ne luovuttavat osan lämpöenergiastaan. Se kuluttaa tässä tapauksessa kompressorin ohjaamiseen, jota käytetään ilman puristamiseen polttokammion edessä. Mutta joka tapauksessa, suutin on moottorin viimeinen osa - kaasut virtaavat sen läpi ennen kuin poistuvat moottorista.

Suihkusuuttimella voi olla erilaisia ​​muotoja ja lisäksi erilainen rakenne riippuen moottorin tyypistä. Pääasia on nopeus, jolla kaasut virtaavat ulos moottorista. Jos tämä ulosvirtausnopeus ei ylitä nopeutta, jolla ääniaallot etenevät ulos virtaavissa kaasuissa, on suutin yksinkertainen lieriömäinen tai kapeneva putkiosa. Jos ulosvirtausnopeuden on ylitettävä äänen nopeus, suuttimelle annetaan laajenevan putken muoto tai ensin kapeneva ja sitten laajeneva (Love's suutin). Vain sellaisen muotoisessa putkessa, kuten teoria ja kokemus osoittavat, on mahdollista hajottaa kaasu yliäänenopeuksille, astua "ääniesteen" yli.

Lämpömoottorien toimintaperiaate. Lämpöenergiaa on melko helppo saada työllä, esimerkiksi riittää, että hierotaan kahta esinettä toisiaan vasten ja lämpöenergiaa vapautuu.

Lämpöenergiasta on kuitenkin paljon vaikeampaa saada mekaanista työtä, ja käytännössä käyttökelpoinen laite tähän keksittiin vasta noin 1700. Lämpökone on mikä tahansa laite, joka muuttaa lämpöenergian mekaaniseksi työksi. Minkä tahansa lämpökoneen perusidea on seuraava: mekaanista energiaa voidaan saada lämpöenergian kustannuksella vain, jos lämpöenergian annetaan siirtyä korkean lämpötilan alueelta matalan lämpötilan alueelle ja prosessissa. tästä siirtymisestä osa lämpöenergiasta voi mennä mekaaniseen työhön.

Nykyään käytössä on monia lämpömoottoreita. Harkitse kahta lämpömoottoria - höyryä ja polttoa. Pääasiassa käytetään kahta höyrykonetta: paluutyyppistä ja höyryturbiinia. Paluutyyppisissä moottoreissa (kuva 4) kuumennettu höyry kulkee imuventtiilin läpi ja laajenee sitten männän alla olevassa tilassa pakottaen sen liikkumaan.

Sitten kun mäntä palaa alkuperäiseen asentoonsa, se pakottaa höyryn ulos pakoventtiilin läpi. Höyryturbiineissa tapahtuu periaatteessa sama asia. Erona on, että edestakaisin liikkuva mäntä korvataan siipipyörää muistuttavalla turbiinilla (kuva 5). Nykyisin yleisin moottori on nelitahtinen polttomoottori (kuva 6). Kuvassa 6 kirjaimet edustavat seuraavia prosesseja: a. Ilman ja bensiinin seos imetään sylinteriin männän liikkuessa alaspäin. b. Mäntä liikkuu ylöspäin ja puristaa seosta. v. Kynttilän kipinä sytyttää seoksen. Tässä tapauksessa seoksen lämpötila nousee jyrkästi. d. Korkeassa lämpötilassa ja paineessa olevat kaasut laajenevat siirtäen männän alas (moottorin isku). e. Pakokaasut poistetaan pakoventtiilin kautta; sitten koko sykli toistetaan.

Ainetta, jota lämmitetään ja jäähdytetään (höyrykoneissa - höyry), kutsutaan työnesteeksi.

Minkä tahansa lämpömoottorin käytännön toiminnalle tarvitaan lämpötilaero. Miksi? Vastataksesi tähän kysymykseen kuvitellaan höyrykone (kuten kuvassa 4), mutta ilman lauhdutinta ja pumppua. Tässä tapauksessa höyryllä olisi sama lämpötila koko järjestelmässä. Tämä tarkoittaisi, että höyryn paine vapautuessaan olisi sama kuin sisään otettaessa. Silloin työ, jonka höyry teki mäntään sen laajenemisen aikana, olisi täsmälleen yhtä suuri kuin työ, jonka mäntä teki höyrylle sen vapautuessa, eli verkkotyötä ei tehdä.

Oikeassa moottorissa pakokaasut jäähdytetään alempaan lämpötilaan ja kondensoidaan siten, että pakokaasun paine on pienempi kuin imupaine. Tässä tapauksessa työ, joka männän on tehtävä työntääkseen kaasua ulos sylinteristä, on pienempi kuin kaasun sylinterissä tekemä työ. Siten tuloksena oleva työ voidaan saada. Samoin höyryturbiinilla: jos siipien molemmilla puolilla ei olisi paine-eroa, turbiini ei pyöri.

Höyrykoneissa lämpötilaero saavutetaan polttamalla polttoainetta, kun taas höyryä lämmitetään. Polttomoottorissa työseoksen palamisen vuoksi moottorin sylinterissä. Jääkaapin tai lämpöpumpun toimintaperiaate on kääntää lämpökoneen työvaiheet päinvastaiseksi. Työn tekee yleensä kompressorimoottori (kuva 7). Perinteisessä jääkaapissa sykli koostuu useista vaiheista: a. Kompressori puristaa höyryä ja samalla lämpenee. b. Kuumennettu höyry tulee lauhduttimeen muodostaen kuumaa nestettä. v. Paisuntaventtiilin kautta kuuma neste tulee lämmönvaihtimeen, jossa se jäähtyy haihtumalla. d. Sitten höyry tulee jälleen kompressoriin ja sykli toistuu. Carnot-moottori ja sen hyötysuhde. 1800-luvun alussa ranskalainen tiedemies N.L. tutki yksityiskohtaisesti lämmön muuntamista mekaaniseksi työksi. Sadi Carnot (1796-1832). Hän aikoi selvittää tapoja lisätä lämpökoneiden hyötysuhdetta, mutta tutkimus johti termodynamiikan perusteiden tutkimiseen.

Tutkimuksensa avuksi hän keksi paperille idealisoidun moottorityypin, jota nykyään kutsutaan yleisesti Carnot-moottoriksi. Tässä moottorissa tapahtuu palautuvia prosesseja, ts. virtaa erittäin hitaasti, joten sitä voidaan pitää peräkkäisenä siirtymänä tasapainotilasta toiseen, ja tämä prosessi voidaan suorittaa päinvastaiseen suuntaan muuttamatta tehtyä työtä ja siirrettävän lämmön määrää.

Esimerkiksi kaasu sylinterissä, jossa kitkaton mäntä on painettu tiukasti seinää vasten, voidaan puristaa isotermisesti, jos puristus tehdään hyvin hitaasti. Jos prosessiin liittyy kuitenkin muita tekijöitä, kuten kitkaa, niin vastakkaiseen suuntaan tehty työ ei ole sama kuin puristuksen aikana tehty työ.

On aivan luonnollista, että palautuvat prosessit ovat mahdottomia, koska niiden toteutuminen vie äärettömän kauan.

Tällaisia ​​prosesseja voidaan kuitenkin mallintaa mielivaltaisella tarkkuudella. Kaikki todelliset prosessit ovat peruuttamattomia, koska voi esiintyä kitkaa, häiriöitä kaasuissa ja monia muita tekijöitä. Carnot-moottori perustuu käännettävään sykliin, ts. palautuvien prosessien sarjassa. Carnot-moottori käyttää samannimistä sykliä (kuva 8). Kohdassa a järjestelmän alkutila. Ensin kaasu laajenee isotermisesti ja reversiibelisti pitkin reittiä ab tietyssä lämpötilassa TH, esimerkiksi kaasu joutuu kosketukseen termostaatin kanssa, jolla on erittäin suuri lämpökapasiteetti.

Kaasu laajenee sitten adiabaattisesti ja reversiibelisti reittiä bc pitkin käytännössä ilman lämmönsiirtoa ja kaasun lämpötila laskee alempaan arvoon TL. Jakson kolmannessa vaiheessa tapahtuu kaasun isoterminen ja palautuva puristus polulla cd, jossa kaasu koskettaa kylmää termostaattia lämpötilassa TL. Lopuksi kaasu puristetaan adiabaattisesti ja reversiibelisti polkua da pitkin, jolloin se palaa alkuperäiseen tilaansa.

On helppo osoittaa, että tuloksena saatu työ on numeerisesti yhtä suuri kuin käyrien rajaama alue. Carnot-moottorin hyötysuhde määritetään samalla tavalla kuin minkä tahansa muun moottorin: Voidaan kuitenkin osoittaa, että sen hyötysuhde riippuu vain TH:sta ja TL:stä. Ensimmäisessä isotermisessä prosessissa ab kaasun työ on: Wab=nRTHln(Vb/Va) , missä n on työnesteenä käytetyn ihanteellisen kaasun moolimäärä. Koska ihanteellisen kaasun sisäenergia ei muutu lämpötilan ollessa vakio, kaasuun siirtyvä lämpö muuttuu kokonaan työksi (termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön mukaisesti): (QH(=nRTHln(Vb/Va) Vastaavasti , kaasun cd-prosessissa luovuttama lämpö kirjoitetaan: (QL( =nRTLln(VC/Vd) Koska bc ja da ovat adiabaattisia prosesseja, saadaan: PbVb=PcVc ja PdVd=PaVa Yhtälön mukaisesti ideaalisen kaasun tilan, saamme: Näiden lausekkeiden yksinkertaisten matemaattisten muunnosten avulla saadaan Carnot'n syklin olemusta heijastava matemaattinen lauseke: |(QL (/(QH(=TL/TH |(7)) | Näin ollen Carnot-moottorin hyötysuhde voidaan kirjoittaa seuraavasti: |(=1-(QL(/(QH(=1- TL/TH |(8))) | Carnot muotoili seuraavan lauseen (joka on toinen muoto toisesta laista). termodynamiikka): Kaikilla kahden termostaatin välillä toimivilla reversiibelillä moottoreilla on sama hyötysuhde; millään samojen termostaattien välillä toimivalla irreversiibelillä moottorilla ei voi olla korkeampaa hyötysuhdetta.Tämä lause määrittää maksimin o mahdollinen hyötysuhde mille tahansa irreversiibelille (todelliselle) moottorille.

Tarkastellaan polttomoottoreissa käytettävää ihannesykliä, niin kutsuttua Otto-sykliä (kuva 9). Tässä syklissä seoksen puristus ja laajeneminen tapahtuu adiabaattisesti, ja lämmitys ja jäähdytys suoritetaan vakiotilavuudella.

Kuva 9 esittää kaavion ihanteellisesta nopeasta palamisjaksosta: 1-2 - puristusadiabaatti, 2-3 - seoksen lämmitys V=vakio (seoksen palaminen), 3-4 paisunta-adiabaattia, 4-1 - seoksen jäähdytys V=vakio (pakokaasu). Otto-syklin perusteella rakennetun ihanteellisen moottorin hyötysuhde lasketaan samalla tavalla.

Todellisissa moottoreissa hyötysuhde on kuitenkin aina jonkin verran pienempi kuin ihanteellisen moottorin hyötysuhde. Tätä helpottaa 5 pääsyytä: 1. Varsinaisessa kierrossa käyttöneste muuttaa kemiallista koostumustaan ​​palamisprosessin aikana. 2. Puristus- ja laajenemisprosessit eivät etene adiabaattisesti, vaan ne etenevät lämmönvaihdon mukana sylinterin seinämien kanssa.

Lämmönvaihtoilmiö sylinterin seinämien kanssa tapahtuu myös palamisprosessissa. 3. Palamisprosessi ei tapahdu vakiotilavuudessa, vaan alkaa kohdasta 2' (kuva 10) ja päättyy pisteen 3 jälkeen. Polttoprosessissa lämpöä ei saada ulkopuolelta, vaan kemikaalin muutoksesta. käyttönesteen koostumus. Palamisen kemiallinen reaktio ei ehdi päättyä kokonaan polttolinjassa (2-3), vaan jatkuu paisuntaprosessin aikana poistohetkeen asti. 4. Työnesteen jäähdytysprosessi korvataan itse asiassa pakokaasujen poistamisella ja pakokaasujen poistamisella ja sitä seuraavalla työseoksen imulla (rivi 4'-4-5-1). 5. Imuprosessi päättyy myöhemmin kuin piste 1 (pisteessä 1') niin, että pisteestä 4' kohtaan 1' sylinterissä ei ole vakiomäärää käyttönestettä.

Työ loppu -

Tämä aihe kuuluu:

Kaasut ja lämpömoottorit

Kokeellisesti todettiin, että tietyllä kaasumäärällä suhde toteutuu hyvässä likimäärässä: vakiolämpötilassa, tilavuudessa .. Tämä tarkoittaa, että kun yksi suureista muuttuu, myös toinen muuttuu .. Hyvin tunnettu esimerkki tämän lain toiminnasta on tulipalossa räjähtävä aerosolipurkki.

Jos tarvitset lisämateriaalia tästä aiheesta tai et löytänyt etsimääsi, suosittelemme käyttämään hakua teostietokantaamme:

Mitä teemme saadulla materiaalilla:

Jos tämä materiaali osoittautui hyödylliseksi sinulle, voit tallentaa sen sivullesi sosiaalisissa verkostoissa:

lämpömoottori - laite, joka muuntaa palaneen polttoaineen sisäisen energian mekaaniseksi energiaksi. Lämpömoottorien tyypit : 1) polttomoottorit: a) diesel, b) kaasutin; 2) höyrykoneet; 3) turbiinit: a) kaasu, b) höyry.

Kaikilla näillä lämpömoottoreilla on erilainen rakenne, mutta ne koostuvat kolme pääosaa : lämmitin, työväline ja jääkaappi. Lämmitin antaa lämpöä moottorille. toimiva elin muuntaa osan vastaanotetusta lämmöstä mekaaniseksi työksi. Jääkaappi ottaa osan lämmöstä käyttönesteestä.

T1- lämmittimen lämpötila;

T2- jääkaapin lämpötila;

Q1- vastaanotettu lämpö

lämmittimestä;

Q2- luovutettu lämpö

jääkaappi;

A"- työ tehty

moottori.

Minkä tahansa lämpömoottorin toiminta koostuu toistuvista syklisistä prosesseista - jaksoista. Kierrä - tämä on sellainen termodynaamisten prosessien sarja, jonka seurauksena järjestelmä palaa alkutilaansa.

Tehokkuustekijä (COP) lämpömoottori on moottorin tekemän työn suhde lämmittimestä vastaanotettuun lämmön määrään: .

Ranskalainen insinööri Sadi Carnot harkitsi ihanteellinen lämpömoottori käyttönesteenä ihanteellinen kaasu. Hän löysi lämpökoneen optimaalisen ihanteellisen syklin, joka koostuu kahdesta isotermisestä ja kahdesta adiabaattisesta palautuvasta prosessista - carnot sykli . Tällaisen lämpömoottorin hyötysuhde lämmittimellä lämpötilassa ja jääkaapin lämpötilassa: . Lämpökoneen rakenteesta, käyttönesteen valinnasta ja prosessityypeistä riippumatta sen hyötysuhde ei voi olla suurempi kuin Carnot-syklin mukaan toimivan lämpökoneen hyötysuhde, jolla on samat lämmittimen ja jäähdyttimen lämpötilat kuin tällä lämpökoneella.

Lämpömoottorien hyötysuhde on alhainen, joten tärkein tekninen tehtävä on nostaa sitä. Lämpömoottoreilla on kaksi merkittävää haittaa. Ensinnäkin useimmat lämpömoottorit käyttävät fossiilisia polttoaineita, joiden talteenotto kuluttaa nopeasti maapallon luonnonvaroja. Toiseksi polttoaineen palamisen seurauksena ympäristöön vapautuu valtava määrä haitallisia aineita, mikä aiheuttaa merkittäviä ympäristöongelmia.

Saksalaisen fyysikon R. Clasiuksen vuonna 1850 tekemä löytö liittyy lämpömoottorien maksimihyötysuhteen tutkimukseen. termodynamiikan toinen pääsääntö : sellainen prosessi on mahdoton, jossa lämpö siirtyisi spontaanisti kylmemmistä kappaleista kuumempiin kappaleisiin.

Fysikaaliset suureet ja niiden mittayksiköt:

Nimen arvo	Nimitys	Mittayksikkö	Kaava
Suhteellinen molekyylipaino	Herra(öhöh)	mittaamaton määrä
Yhden molekyylin (atomin) massa	m0	kg
Paino	m	kg
Moolimassa	M
Aineen määrä	ν (alaston)	mooli(mol)	;
Hiukkasten lukumäärä	N(en)	mittaamaton määrä
Paine	p(pe)	Pa(pascal)
Keskittyminen	n(en)
Äänenvoimakkuus	V(ve)
Molekyylin translaatioliikkeen keskimääräinen kineettinen energia		J(joule)
Celsius-lämpötila	t	°C
Lämpötila Kelvin	T	TO(kelvin)
Molekyylien keskimääräinen neliönopeus
Pintajännitys	σ (sigma)
Absoluuttinen kosteus	ρ (ro)
Suhteellinen kosteus	φ (fi)	%
Sisäinen energia	U(y)	J(joule)
Tehdä työtä	A(a)	J(joule)
Lämmön määrä	K(ku)	J(joule)