фывфыввфывфывфывфы. 7.Термодинамика. Что изучает термодинамика
 Скачать 0.53 Mb.
|
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ-машины,преобразующиетеплотусгораниятопливавмеханическую энергию Виды тепловых двигателей. ПояснениякОК-53 Тепловые двигателиТепловые двигатели — это машины, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую, совершая при этом круговой процесс (цикл). Тепловые машины бывают двух видов — в зависимости от направления протекающих в них процессов. Тепловыедвигателипреобразуют теплоту, поступающую от внешнего источника, в механическую работу. Автомобильный двигатель внутреннего сгорания — это пример теплового двигателя. В нем происходит преобразование тепла, выделяющегося при сгорании топлива, в механическую энергию автомобиля. Холодильныемашиныпередают тепло от менее нагретого тела к более нагретому за счет механической работы внешнего источника. В бытовом холодильнике - тепло отводится от холодильной камеры и передается в окружающее пространство.  Паровые двигатели: 1698 г. –англичанин Т.Севери 1763 г. – русский И.И.Ползунов 1774 г. – англичанин Дж.Уатт 1807 г. – француз Д.Папен ДВС: 1860 г. – француз Ленуар 1876 г. – немец Н.Отто ДВС 1897 г. – немец Р. Дизель Паровая турбина: 1889 г. – швед К.Лаваль Принцип действия тепловых двигателейРассмотрим необходимость цикличности работы теплового двигателя на примере кругового процесса, осуществляемого с определенной массой газа или пара. Представим себе, что мы впустили в цилиндр, в котором может перемещаться поршень, определенную массу газа или пара (называемоерабочимтеломиливеществом). Рабочее тело, расширяясь, совершит работу против внешних сил. С прекращением расширения прекратится процесс превращения внутренней энергии в механическую. В данном случае мы имеем дело с тепловым двигателем одностороннего действия (например,огнестрельноеоружие). Для осуществления повторного расширения необходимо сжать рабочее вещество, приведя поршень и рабочее тело в первоначальное состояние. Но, если сжимать рабочее тело при тех же давлениях, то внешним силам придется при сжатии совершить работу, равную работе расширения. Врезультатеполезнаяработазаодинцикл,окажетсяравнойнулю. Поэтому необходимо, чтобы сжатие рабочего вещества осуществлялось при более низких давлениях. А это возможно при понижении температуры. Поэтому рабочее вещество должно быть охлаждено. Для этого необходимо привести его в контакт с телом, имеющим более низкую температуру. Это тело называется холодильником. Разберем блок схему теплового двигателя. Рабочимтелому всех тепловых двигателей является газ, который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через T. Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Но чтобы заставить газ расширяться, преодолевая внешние силы, нужно нагреть его до температуры, которая существенно выше температуры окружающей среды. Для этого газ приводится в контакт с:нагревателем,т.е.сосгорающимтопливом. Температуруназываюттемпературойнагревателя. В процессе сгорания топлива выделяется значительная энергия, часть которой идет на нагревание газа. Газ получает от нагревателя количество теплоты.Именно за счет этого тепла двигатель совершает полезную работу. По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры. Эта температура не может быть ниже температуры окружающей среды, так как в противном случае давление газа станет меньше атмосферного и двигатель не сможет работать. Обычно температура несколько больше температуры окружающей среды. Ееназываюттемпературойхолодильника. Холодильникомявляются атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — радиаторы или конденсаторы. В последнем случае температура холодильника может быть несколько ниже температуры атмосферы. Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть энергии неизбежно передается атмосфере (холодильнику) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Эта часть внутренней энергии безвозвратно теряется. Рабочее тело двигателя получает при сгорании топлива количество теплоты, совершает работу и передает холодильнику количество теплоты. Причем, холодильник должен работать циклически, обеспечивая периодическую повторяемость движений поршня. Следовательно, по окончании расширения газ нужно сжимать, возвращая его в исходное состояние. В процессе расширения газ совершает некоторую положительную работу.В процессе сжатия над газом совершается положительная работа (а самгаз совершает отрицательную работу). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении. Для этого необходимо сжимать газ под меньшими давлениями, чем были в ходе расширения. Т.е. на диаграмме процесс сжатия должен идти нижепроцесса расширения, т.е. цикл должен проходиться почасовойстрелке. Но, как заставить газ возвращаться в исходное состояние по более низкой кривой, то есть через состояния с меньшими давлениями? При сжатии газ должен проходить состояния с меньшими температурами. Вот для этого и нужен холодильник:чтобы охлаждать газ в процессе сжатия. Нагреватель,рабочеетелоихолодильник– основные части теплового двигателя (рис.1).  Рисунок 1 Нарис.2изображены процессы расширения (АВС) и сжатия (СДА). Работа газа в процессе расширения положительна(∆V>0) и численно равна площади фигуры ABCEF. Работа газа при сжатии отрицательна (∆V<0) и численно равна площади фигуры АDСЕF. Полезная работа равна разности площадей под кривыми АВС и СDА (заштриховананарисунке).  Рисунок 2 |