Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроены тепловые двигатели

Как устроены тепловые двигатели

Как устроены тепловые двигатели? Тепловые машины могут быть устроены различным образом, но в любой тепловой машине должно быть рабочее вещество, или тело, которое в рабочей части машины совершает механическую работу, нагреватель, где рабочее вещество получает энергию и холодильник отбирающий у рабочего тела тепло. К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии. Рабочим веществом может быть водяной пар или газ.

Слайд 9 из презентации «Виды тепловых двигателей». Размер архива с презентацией 553 КБ.

Физика 8 класс

«Русский учёный Ломоносов» — Ломоносов в астрономии. Весной 1765 Ломоносов простудился. Ломоносов Михаил Васильевич родился 8 ноября 1711 г. Науки юношей питают, отраду старцам подают. Ломоносов и физика. Ломоносов в науке. Благодаря упорству ему удается за 5 лет пройти весь 12-летний курс. Ломоносов и химия. Память о великом русском учёном-энциклопедисте. Ломоносов и математика. Высказывания, цитаты и афоризмы Ломоносовa. Ломоносов в химии.

«Виды тепловых двигателей» — Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Три основные части теплового двигателя. Рабочее тело. Двигаемся на отдых! Двигатель внутреннего сгорания (ДВС). История создания тепловых двигателей. История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Понятие об основных частях. Затем в нагретую часть ствола наливали воду.

«История развития электрического освещения» — Точку в разработке ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас Альва Эдиссон. Необходимо отметить вклад Н.А. Карякина в развитие дуг высокой интенсивности с угольными электродами. Кстати, Сергей Иванович Вавилов был также одним из первых, кто положил начало светотехнике в СССР. В 1873 году А.Н. Лодыгин устроил первое в мире наружное освещение лампами накаливания Одесской улицы в Петербурге.

««Электромагнит» физика» — Магнитное действие катушки. Электромагниты, обладающие большой подъемной силой. Дугообразный электромагнит. Электромагнит. Электромагниты используются в качестве привода. Первый в мире электромагнит. Электромагниты. Самый большой в мире подвесной электромагнит. Качественные задачи и вопросы. Можно ли намагнитить железный гвоздь. Что называют электромагнитом. Прямоугольные электромагниты. Что объединяет эти рисунки.

«Постоянные магниты» — Свойства магнитных линий. Намагничивание железа. Магнитное поле у планеты Венера. Искусственные магниты. Магнитное поле на Луне. Магнит, имеющий один полюс. Земной шар. Магнитное поле. Магнитные полюсы Земли. Магнитные силовые линии. Магнитные свойства тел. Северный полюс. Катушка с током. Земное магнитное поле. Замкнутость силовых линий. Постоянные магниты. Магнитные аномалии. Происхождение магнитного поля.

«Тест «Тепловые явления»» — Про теплоту начнем рассказ. История с чаем. Конвекция. Перенос энергии в вакууме. Работа в группах. Зрительная гимнастика. Кривая нагревания кристаллического вещества. Излучение. Охлаждение твердого тела. Виртуальная лаборатория. Тепловые явления. Античный афоризм. Явление передачи внутренней энергии. Способ теплопередачи. Явление теплопередачи. Столбик ртути в термометрах. Благодаря какому способу теплопередачи можно греться у камина.

Всего в теме «Физика 8 класс» 110 презентаций

Тест 1 Какие устройства относятся к тепловым двигателям: а)

Тест 1 Какие устройства относятся к тепловым двигателям: а) превращающие тепловую энергию в механическую; б) электрическую энергию в тепловую; в) внутреннюю энергию в тепловую) 2. Какой элемент теплового двигателя совершает работу: а) холодильник; б) газ или пар; в) нагреватель; 3. Какие условия необходимы для циклического получения механической работы в тепловом двигателе: а) наличие нагревателя и холодильника; б) наличие рабочего тела и холодильника; в) наличие нагревателя и рабочего тела 4. КПД теплового двигателя всегда : а) больше1; б) равен 1; в) меньше 1. 5. При каком замкнутом процессе тепловой двигатель имеет максимальный КПД: а) состоящий из двух изотерм и двух изобар: б) состоящий из двух изохор и двух изобар: в) состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Слайд 63 из презентации «-объяснить принцип действия тепловых двигателей, определить КПД тепловых двигателей: -показать значение тепловых двигателей в жизни человека; -рассмотреть, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружаю»

Размеры: 720 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как. ». Скачать всю презентацию «-объяснить принцип действия тепловых двигателей, определить КПД тепловых двигателей: -показать значение тепловых двигателей в жизни человека; -рассмотреть, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружаю.pptx» можно в zip-архиве размером 8423 КБ.

Похожие презентации

«История развития тепловых двигателей» — Принцип работы тепловых двигателей. Двигатели внутреннего сгорания 1 Карбюраторные, дизельные 2 Реактивные. Проверь диаграмму. Заполни диаграмму. Тепловой двигатель состоит. Двигатели внешнего сгорания 1.Паровая машина 2.Паровая и газовая турбина. Техническая задача. Паровые турбины. Классификация тепловых двигателей.

«Дизельный двигатель» — Теплопроводность. Паровая турбина. Конвекция. Теплый воздух. Излучение. Способы изменения внутренней энергии. Способ существования материи. Переработка нефти. Теплопередача. Вид теплопередачи. Немецкий механик-самоучка Николай Отто изобрел первый ДВС. Реактивный двигатель. Холодный воздух. Топливо для ДВС получают из нефти.

«Вечный двигатель» — Первое начало термодинамики формулируется следующим образом: Водяная пила Вийяра д’Оннекура с автоматической подачей древесины. Наиболее ранние сведения о вечных двигателях. Вариант перпетуум мобиле восточного происхождения. На основе каких комбинаций обычно не конструируют вечные двигатели? Ошибки «вечных» двигателей.

«Применение тепловых насосов» — Применение тепловых насосов в «большой» энергетике. Слайд № 4 Основная ошибка топ менеджеров Электроэнергетики! Абсолютное не понимание энергетических балансов и технологии получения тепла от теплофикационных турбин. Слайд №6 Забор тепла от выносных маслоохладителей трансформаторов для отопления домов.

«Карбюраторный двигатель» — Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. Принцип действия карбюраторного двигателя. В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. Принцип действия двухтактного двигателя. Применение карбюраторных двигателей. Карбюраторные двигатели находят широкое применение в современной жизни.

Тепловые двигатели. Второй закон термодинамики

1. Принцип действия и основные элементы теплового двигателя

В курсе физики основной школы вы уже познакомились с различными видами тепловых двигателей и их устройством. Тепловые двигатели сыграли большую роль в истории человечества и сохраняют огромное значение сегодня. Они движут автомобили, вращают турбины тепловых электростанций, разгоняют космические корабли.

Принцип действия теплового двигателя

Тепловые двигатели названы так потому, что в них сжигают топливо (например, газ или бензин) для получения высокой температуры. Она нужна для того, чтобы увеличить давление газа, который совершает работу при расширении (например, двигая поршень, соединенный передаточным механизмом с ведущими колесами автомобиля). Этот газ называют рабочим телом.

При расширении газу передается количество теплоты Q1. На рисунке 43.1 график зависимости p(V) при расширении газа схематически показан красной линией. Как вы уже знаете, работа Aг, совершенная при этом газом, численно равна площади фигуры под этим графиком (на рисунке она закрашена).

Действие теплового двигателя имеет циклический характер, то есть представляет собой последовательность повторяющихся одинаковых процессов. Поэтому после того, как газ расширился, совершив работу, его надо сжать до прежнего объема, чтобы он снова смог совершить работу при следующем расширении.

Сжимая газ, надо совершать работу над газом. Чтобы двигатель совершал полезную работу, работа по сжатию газа должна быть меньше работы газа при его расширении. Для этого надо сжимать газ при меньшем давлении. А чтобы уменьшить давление газа, надо понизить его температуру, Для этого при сжатии надо охлаждать газ, то есть отбирать у него некоторое количество теплоты Q2.

График зависимости p(V) при сжатии более холодного газа изображен на графике (рис. 43.2) синей линией. Работа Aвнеш внешних сил, совершаемая при этом над газом, численно равна площади фигуры под этим графиком (на рисунке она закрашена).

Полезная работа Aпол совершенная двигателем за один цикл, равна разности работы газа Aг и работы внешних сил Aвнеш:

Читать еще:  Блок управления двигателем узнает фактическую температуру двигателя

Из этого соотношения следует, что полезная работа численно равна площади, заключенной внутри цикла в координатах p, V. Она закрашена на рисунке 43.3.

Подсказка. Воспользуйтесь первым законом термодинамики и тем, что при возвращении в начальное состояние внутренняя энергия газа не изменилась.

Основные элементы теплового двигателя

Итак, тепловой двигатель состоит из следующих основных элементов (рис. 43.4).

  • Нагреватель – сжигаемое топливо. Нагреватель имеет высокую температуру T1 и при контакте с рабочим телом передает ему количество теплоты Q1.
  • Рабочее тело – обычно газ.
  • Холодильник – обычно окружающий воздух или вода водоема. Температура T2 холодильника ниже температуры нагревателя: T2 0, коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше 100 %.

? 2. За некоторое время нагреватель передал рабочему телу количество теплоты 5 кДж, а рабочее тело отдало холодильнику количество теплоты 4 кДж. Чему равен КПД?

Максимально возможный КПД теплового двигателя

Исследуя различные циклические процессы, французский ученый С. Карно доказал, что

максимально возможный коэффициент полезного действия теплового двигателя

В этой формуле T1 – температура нагревателя, а T2 – температура холодильника.

Как увеличить КПД теплового двигателя? Из формулы (5) следует, что этого можно достичь двумя способами: повышая температуру T1 нагревателя и понижая температуру T2 холодильника. Какой способ более эффективен?

Чтобы ответить на этот вопрос, заметим, что температура холодильника T2 не может быть ниже температуры окружающего воздуха, поэтому особенно сильно понизить ее невозможно. Следовательно, единственно возможный путь – повышать насколько возможно температуру T1 нагревателя. Однако и тут есть ограничение: температура нагревателя не должна превышать температуру плавления материалов, из которых изготовлен двигатель.

Формула (5) соответствует максимально возможному КПД теплового двигателя. У реальных тепловых двигателей он существенно меньше максимально возможного. Например, КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 30–40 %.

? 3. Чему равен максимально возможный КПД теплового двигателя, если температура нагревателя 1000 ºС, а температура холодильника 20 ºC?

3. Пример расчета КПД цикла

Вычисление КПД для циклов реальных тепловых двигателей требует использования высшей математики. Мы рассмотрим упрощенный циклический процесс a – b – c – d – a, происходящий с идеальным одноатомным газом (рис. 43.5).

Прежде чем начинать расчеты, проведем качественное рассмотрение.

? 4. В следующей таблице приведены качественные характеристики некоторых этапов указанного циклического процесса. Перенесите таблицу в тетрадь и объясните содержание заполненных ячеек таблицы. Заполните остальные ячейки.

Итак, мы видим, что газ получает от нагревателя некоторое количество теплоты только на этапах a – b и b – c.

Напомним теперь, что коэффициент полезного действия равен отношению полезной работы Aпол к полученному от нагревателя количеству теплоты Q. Мы установили,что это количество теплоты газ получил в процессе a – b – c.

Согласно первому закону термодинамики:

где Aг и ∆U – работа газа и изменение его внутренней энергии в процессе a – b – c.

? 5. Чему равна работа газа Aг в процессе a – b – c?
Подсказка. Воспользуйтесь тем, что работа газа численно равна площади фигуры под графиком зависимости p(V).

Для нахождения изменения внутренней энергии газа воспользуемся формулой (§ 42):

В состоянии с произведение давления газа на его объем равно 2p * 2V = 4pV, а в состоянии a это произведение равно pV. Следовательно,

? 6. Чему равно количество теплоты Q, полученное газом от нагревателя за один цикл?
Подсказка. Воспользуйтесь формулой (6), результатом задания 4 и формулой (7).

Для нахождения КПД осталось найти полезную работу газа за один цикл.

? 7. Чему равна полезная работа газа за один цикл?
Подсказка. Воспользуйтесь тем, что полезная работа численно равна площади, заключенной внутри цикла в координатах (p, V).

Теперь можно найти КПД данного цикла.

? 8. Чему равен КПД данного цикла?
Подсказка. Воспользуйтесь результатами заданий 5–7.

4. Второй закон термодинамики

Обратимые и необратимые процессы и явления Среди происходящих вокруг нас явлений есть такие, которые могут протекать практически одинаково как в прямом, так и в обратном направлении во времени – как в фильме, который показывают в обратном порядке, от конца к началу. Такие явления называют обратимыми.

Явления же, которые могут протекать только в одном направлении, называют необратимыми.

Практически обратимыми являются механические явления, в которых очень мала роль трения: например, колебания груза на нити или на пружине.

Если заснять их, а затем показывать фильм в обратном порядке, зрители не заметят «обращения времени»: им будет казаться, что они наблюдают реальный процесс.

Однако те механические явления, в которых трение играет существенную роль, являются необратимыми: если показывать фильм о таких явлениях в обратном порядке, зрители сразу же это заметят.

Например, при прямом показе фильма катящийся по траве мяч замедляется и останавливается, а при обратном показе лежащий на траве мяч вдруг ни с того ни с сего начинает катиться, причем с возрастающей скоростью.

Среди тепловых явлений также есть обратимые и необратимые. Например, при адиабатном сжатии и расширении газа (то есть при отсутствии теплопередачи) газ ведет себя подобно пружине: если надавить на поршень, под которым находится газ в теплоизолированном цилиндрическом сосуде, а затем отпустить поршень, то он начнет совершать колебания – как груз на пружине.

Однако те тепловые явления, в которых существенную роль играет теплопередача, нельзя рассматривать как обратимые даже приближенно, так как теплопередача направлена всегда в одну сторону – от горячего тела к холодному.

Поскольку трение или теплопередача в той или иной степени присутствуют в любом процессе, все происходящие в природе процессы являются необратимыми. Например, колебания груза, подвешенного на нити или на пружине, могут продолжаться довольно долго, но постепенно они затухают и в конце концов прекращаются.

Второй закон термодинамики

Необратимость процессов обусловлена тем, что более упорядоченное состояние вещества со временем переходит в менее упорядоченное. (Закономерность такого перехода обосновывается с помощью теории вероятностей, но это обоснование выходит за рамки нашего курса.)

Например, вследствие трения кинетическая энергия тела, движущегося как единое целое, превращается в энергию хаотического движения молекул. При теплопередаче упорядоченность также уменьшается: у тел с разной температурой молекулы «рассортированы» по энергиям (средняя энергия молекул одного тела больше средней энергии молекул другого тела), а после выравнивания температур средние энергии молекул обоих тел становятся одинаковыми.

Утверждение о необратимости процессов в природе называют вторым законом термодинамики. Есть несколько равноценных с физической точки зрения формулировок этого закона. Например, немецкий ученый Р. Клаузиус предложил такую формулировку:
невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача некоторого количества теплоты от холодного тела к горячему.

В этой формулировке речь идет о передаче некоторого количества теплоты как единственном результате. Домашний холодильник осуществляет передачу тепла в обратном направлении – от холодных продуктов в морозильной камере к теплому окружающему воздуху, но при этом электродвигатель холодильника потребляет электроэнергию, которая вырабатывается на электростанции. Выработка же электроэнергии сопровождается необратимыми процессами. Поэтому охлаждение продуктов в морозильной камере – не единственный результат всего процесса.

5. Энергетический и экологический кризисы

Энергетический кризис понимают как недостаток энергии для развития промышленного производства. Он является сегодня одной из острых проблем цивилизации. Но как согласовать энергетический кризис с законом сохранения энергии: ведь если энергия сохраняется, то как ее может не хватать?
Дело в том, что энергетический кризис состоит прежде всего в недостатке энергии, пригодной для преобразования в механическую. Например, мы видели, что при работе тепловых двигателей происходит преобразование химической энергии топлива в механическую энергию, которая затем превращается в энергию хаотического движения частиц. Это преобразование энергии является необратимым.

Запасы топлива на нашей планете неуклонно уменьшаются: например, разведанных запасов нефти при нынешнем темпе ее использования хватит всего на несколько десятилетий. Таким образом, энергетический кризис является следствием необратимости процессов, происходящих в природе и технике.

Не менее серьезной проблемой, стоящей перед человечеством, является экологический кризис.

Огромные масштабы преобразования энергии уже начали оказывать воздействие на климат Земли и состав атмосферы.

Во всех тепловых двигателях в качестве холодильника используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов). В результате происходит повышение температуры окружающей среды, называемое тепловым загрязнением (рис. 43.6).

Оно усугубляется тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. В результате атмосфера не пропускает в космическое пространство тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли. Из-за этого возникает так называемый парниковый эффект, вследствие которого температура может повыситься еще больше.

Ученые установили, что средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Одной из причин этого может быть работа большого и все возрастающего количества тепловых двигателей – в основном на электростанциях и в автомобилях. Это грозит глобальным потеплением с весьма нежелательными последствиями. К их числу относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется необходимый для жизни атмосферный кислород, а также образуются вредные вещества, загрязняющие атмосферу. Качество воздуха в больших городах оставляет желать лучшего.

Чтобы смягчить негативные последствия работы тепловых двигателей, стараются максимально повысить их КПД и уменьшить выбросы вредных веществ.

Тепловой двигатель

Теплово́й дви́гатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. (Возможно использование изменения не только объёма, но и формы рабочего тела, как это делается в твёрдотельных двигателях, где в качестве рабочего тела используется вещество в твёрдой фазе.) Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давления по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно нужно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), которое совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Теория
  • 3 Типы тепловых двигателей
    • 3.1 Двигатель Стирлинга
    • 3.2 Поршневой двигатель внутреннего сгорания
    • 3.3 Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания
    • 3.4 Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания
    • 3.5 Реактивные и ракетные двигатели
      • 3.5.1 Турбовинтовой двигатель
      • 3.5.2 Турбореактивный двигатель
      • 3.5.3 Ракетный двигатель
        • 3.5.3.1 Твёрдотопливный ракетный двигатель
        • 3.5.3.2 Гибридный ракетный двигатель
        • 3.5.3.3 ЖРД (жидкостный ракетный двигатель)
    • 3.6 Твердотельные двигатели
    • 3.7 Дистилляционный двигатель
  • 4 Литература

История [ править ]

Первой известной тепловой конструкции была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ веке н. э. в Римской империи. Это изобретение не получило своего развития предположительно из-за низкого уровня техники того времени. На прогресс это изобретение никакого влияния не оказало и было забыто. Следующей тепловой машиной, изобретённой человеком, была пороховая ракета и пороховое орудие. Дата его изобретения неизвестна, первое известное упоминание относится к 13 веку. Это произошло в Китае. Это было простое устройство, которое с точки зрения инженера и механика не является тепловым двигателем, так как не имеет вала отбора мощности, но с точки зрения физики является тепловой машиной. Поэтому этот прибор имеет ограниченное применение: для связи, в военном деле, как транспорт (в последнем случае есть проблемы, но в принципе это возможно). В 17 веке изобретательская мысль попыталась на базе порохового орудия создать тепловой двигатель.

Теория [ править ]

Работа, совершаемая двигателем, равна:

, где:

  • — количество теплоты, полученное от нагревателя,
  • — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя() и холодильника():

Типы тепловых двигателей [ править ]

Двигатель Стирлинга [ править ]

Дви́гатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от создания разницы температур его цилиндров.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания [ править ]

Двигатель Внутреннего Сгорания или ДВС, тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления горючей смеси с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5. Первый двигатель внутреннего сгорания сконструирован Э. Ленуаром в 1860.

В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит либо за четыре хода поршня, за четыре такта, либо за два и двигатели делятся на четырёхтактные и двухтактные. Цикл четырёхтактного двигателя состоит из следующих тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск. В цикле двухтактного двигателя такты рабочего хода и сжатия аналогичны четырёхтактному двигателю, а впуск и выпуск осуществляется одновременно в момент нахождения поршня вблизи от нижней мёртвой точки.

Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания [ править ]

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия. Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще. Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.

Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания [ править ]

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.

Реактивные и ракетные двигатели [ править ]

Идея реактивного и ракетного двигателя состоит в том, чтобы тяга создавалась не винтом, а отдачей выхлопных газов двигателя.

Турбовинтовой двигатель [ править ]

Турбовинтовой двигатель часть тяги создаёт за счёт винта, другую часть за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен воздушный винт.

Турбореактивный двигатель [ править ]

Турбореактивный двигатель создаёт тягу за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен компрессор, повышающий давление для эффективного сжигания топлива.

Ракетный двигатель [ править ]

Ракетный двигатель может создавать тягу в безвоздушном пространстве.

Твёрдотопливный ракетный двигатель [ править ]

Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ). В РДТТ всё топливо в виде заряда помещается в камеру сгорания; двигатель обычно работает непрерывно до полного выгорания топлива.

РДТТ были первыми ракетными двигателями, нашедшими практическое применение. Ракеты с РДТТ (пороховые ракеты) известны уже около 1000 лет; они использовались как сигнальные, фейерверочные, боевые. Описания «огненных стрел» — прототипов пороховых ракет — содержатся в китайских иЗЮЗийских [неизвестный термин] рукописях 10 в. Это оружие представляло собой обычные стрелы, к которым прикреплялись бамбуковые трубки, заполненные порохом. В 1-й половине 17 в. в «Уставе» Онисима Михайлова описываются первые русские ракеты — артиллерийские ядра с каналом, в котором помещался пороховой заряд. В 1798

индийцы применяли боевые ракеты против английских колонизаторов, а в 1807 англичане использовали подобные ракеты в войне с Данией (при осаде Копенгагена). Первоначально топливом для РДТТ служил дымный порох. В конце 19 в. был разработан бездымный порох, превосходивший дымный по устойчивости горения и работоспособности. В дальнейшем были получены новые высокоэффективные виды твёрдых топлив, что позволило конструировать боевые ракеты с РДТТ самой различной дальности, вплоть до межконтинентальных баллистических ракет.

Гибридный ракетный двигатель [ править ]
ЖРД (жидкостный ракетный двигатель) [ править ]

Твердотельные двигатели [ править ]

В двигателях этого типа в качестве рабочего тела используется твёрдое тело, а при работе двигателя изменяется не объём рабочего тела, а его форма. Такой двигатель позволяет использовать рекордно малый перепад температур при более высоком КПД.

Дистилляционный двигатель [ править ]

Существует разработка двигателя с внешним нагревом, в котором ротор в виде пустотелого кольца частично заполнен легкоиспаряемым твёрдым телом. Незаполненная часть ротора и часть рабочего тела нагреваются, образующийся пар перетекает из нагретой части ротора в ненагретую, нарушая тем самым равновесие ротора в поле силы тяжести. В результате ротор приводится во вращение. Особенностью двигателя является согласованность скорости вращения его ротора со скоростью испарения рабочего тела. Двигатель разработан для осуществления зонной дистилляции с многократным повторением в устройстве с вращающимся контейнером (Патент Украины №78272).

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВС С ПЕРИОДИЧЕСКИМ СГОРАНИЕМ ТОПЛИВА

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ КЛАССИФИКАЦИИ

Устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в работу, называют двигателями. Устройства, трансформирующие в работу тепловую энергию, носят название тепловых двигателей (ТД).

ТД являются основным типом энергетической установки на всех видах транспорта (железнодорожный, речной, морской, автомо­бильный и воздушный), на сельскохозяйственных и дорожно-строительных машинах.

Различают ТД стационарные и транспортные. Для транспорт­ных двигателей характерна работа при изменении в широких пре­делах скоростного и нагрузочного режимов, а также необходимость сохранения работоспособности при изменениях положения двига­теля в пространстве. К ним предъявляются повышенные требования по уменьшению габаритов и массы.

По способу подвода теплоты к рабочему телу (РТ) (РТ – это субстанция, с помощью которой происходит преобразование тепло­вой энергии в работу) различают двигатели с внешним подводом теплоты(ДВПТ) и двигатели внутреннего сгорания(ДВС). Для ДВПТ характерны следующие особенности:

— теплота к РТ подводится вне двигателя (обычно в теплообмен­нике);

РТ не обновляется и циркулирует в различных агрегатных состояниях по замкнутому контуру;

работа совершается в турбине или в расширительном ци­линдре.

Классический пример этого типа ДВПТ – паровой двигатель, схе­ма которого приведена на рис. 1.1. Здесь теплота Q1подводится к РТ (вода) в парогенераторе и в пароперегревателе, работа LMсо­вершается в паровой турбине, теплота Q2 от РТ отводится в конденсаторе, где отработавший в турбине пар превращается в воду. Далее вода питательным насосом перекачивается вновь в парогене­ратор.

Рис.1.1. Схема парового двигателя:

1 – парогенератор (котел); 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 — конденсатор; 5 – питательный насос

Для ДВС характерны следующие признаки:

• сжигание топлива, выделение теплоты и преобразование ее в работу происходят непосредственно в двигателе;

РТ обновляется в процессе работы двигателя.

ДВС по сравнению с ДВПТ имеют, как правило, существенно меньшие габариты и массу на единицу производимой мощности, вследствие чего они являются в настоящее время основным типом транспортных энергетических установок.

По конструкции элементов, с помощью которых тепловая энер­гия сгорающего топлива преобразуется в работу, различают: порш­невые ДВС с возвратно-поступательно движущимися поршнями (ПДВС); двигатели с вращающимися поршнями, или роторно-поршневыеДВС (РПД); газотурбинные двигатели (ГТД); реактивные двигатели (РД).

В качестве примера для анализа признаков, присущих конструк­ции ДВС, рассмотрим схему простейшего одновального ГТД, пред­ставленную на рис. 1.2.

Принцип работы двигателя заключается в следующем: компрес­сором, рабочее колесо которого находится на одном валу с турби­ной, воздух сжимается до давления рк и подается в камеру сгорания, куда топливным насосом впрыскивается через форсунку топливо. После поджигания факела топлива запальной свечой в камере об­разуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, ко­торые поступают на турбину, где производят полезную работу. Далее РТ покидает двигатель в виде отработавших газов (ОГ). Как следует из приведенной схемы, теплота при сгорании топлива выде­ляется внутри двигателя и РТ непрерывно обновляется. Из-за не­удовлетворительной топливной экономичности РПД, ГТД и РД не нашли широкого применения в наземной транспортной технике.

Рис.1.2. Схема одновального газотурбинного двигателя:

1 – компрессор; 2 – форсунка; 3 – камера сгорания; 4 – топливный насос; 5 – турбина

Здесь в качестве энергетических установок используются главным образом ПДВС*.

НМТ
ВМТ

Рис.1.3. Схема и индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: 1 – поплавковая камера; 2 – диффузор; 3 – дроссельная заслонка; 4 – свеча зажигания

По способу воспламенения смеси различают ДВС с принуди­тельным (преимущественно искровым) зажиганием и дизели,ра­ботающие с воспламенением от сжатия. В двигателях с искровым зажиганием используются два вида топлива: жидкость – преимущественно бензин (бензиновые двигатели) и газ (газовые двига­тели).

Бензиновые карбюраторные(рис. 1.3) и газовые двигатели, в которых топливовоздушная смесь, поступающая в цилиндры, подготавливается вне цилиндра в автономном устройстве, назы­ваемом карбюратором или смесителем, по другому признаку классификации относят к ДВС с внешним смесеобразованием.

Двигатели с искровым зажиганием выполняются также с впры­скиванием топлива во впускной трубопровод (обычно на впускной клапан) (рис. 1.4) или в цилиндр. В этом случае формально к двига­телям с внешним смесеобразованием может быть отнесен только первый конструктивный вариант.

В дизелях топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, в силу чего они относятся к двигателям с внутренним смесеоб­разованием (рис. 1.5).

Следует отметить еще один признак, отличающий двигатель с искровым зажиганием от дизеля, — способ регулирования мощ­ности. Двигатели с искровым зажиганием относятся к ДВС с ко­личественным регулированием, так как их мощность регулируется на большей части режимов изменением количества подаваемой в цилиндры топливовоздушной смеси (ТВС).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector