Машиналардын кеп сандаган турлерунун иштеши жылуулук машинасынын эффективдуулугу сыяктуу маанилуу керсеткуч менен мунезделет. Жыл сайын инженерлер күйүүчү майдын аз чыгымдалышы менен аны колдонуудан максималдуу натыйжа бере турган өнүккөн жабдууларды түзүүгө умтулушат.
Жылуулук мотору
Эффективдүүлүк деген эмне экенин түшүнүүдөн мурун, бул механизм кантип иштээрин түшүнүү керек. Анын иш-аракетинин принциптерин билбей туруп, бул көрсөткүчтүн маңызын билүү мүмкүн эмес. Жылуулук кыймылдаткычы - бул ички энергияны колдонуу менен иштей турган түзүлүш. Жылуулук энергиясын механикалык энергияга айландырган ар кандай жылуулук кыймылдаткычы температуранын жогорулашы менен заттардын жылуулук кеңейүүсүн колдонот. Катуу абалдагы кыймылдаткычтарда заттын көлөмүн гана эмес, дененин формасын да өзгөртүүгө болот. Мындай кыймылдаткычтын иштеши термодинамика мыйзамдарына баш ийет.
Иштөө принциби
Жылуулук кыймылдаткычы кандай иштээрин түшүнүү үчүн, анын негиздерин эске алуу зарыланын дизайндары. Аппараттын иштеши үчүн эки орган керек: ысык (жылыткыч) жана муздак (муздаткыч, муздаткыч). Жылуулук кыймылдаткычтарынын иштөө принциби (жылуулук кыймылдаткычтарынын эффективдүүлүгү) алардын түрүнө жараша болот. Көп учурда буу конденсатору муздаткычтын ролун аткарат, ал эми меште күйүүчү отундун каалаган түрү жылыткычтын ролун аткарат. Идеалдуу жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү төмөнкү формула менен табылат:
Натыйжалуулугу=(Тетүү - Муздатуу)/ Көрүү. x 100%.
Ошол эле учурда чыныгы кыймылдаткычтын эффективдүүлүгү эч качан бул формула боюнча алынган мааниден аша албайт. Ошондой эле, бул көрсөткүч жогоруда көрсөтүлгөн мааниден эч качан ашпайт. Эффективдүүлүктү жогорулатуу үчүн көбүнчө жылыткычтын температурасын жогорулатып, муздаткычтын температурасын төмөндөтүңүз. Бул процесстердин экөө тең жабдуулардын иш жүзүндөгү шарттары менен чектелет.
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү (формула)
Жылуулук машинасынын иштешинде газ энергияны жоготуп, белгилүү бир температурага чейин муздагандыктан жумуш аткарылат. Акыркысы, адатта, курчап турган атмосферадан бир нече градус жогору болот. Бул муздаткычтын температурасы. Мындай атайын аппарат чыккан буу кийин конденсация менен муздатуу үчүн арналган. Конденсаторлор бар жерде муздаткычтын температурасы кээде айланадагы температурадан төмөн болот.
Жылуулук кыймылдаткычында дене ысытылганда жана кеңейгенде, жумуш аткарууга бүт ички энергиясын бере албайт. Жылуулуктун бир бөлүгү иштетилген газдар же буу менен бирге муздаткычка берилет. Бул бөлүгүжылуулук ички энергия сөзсүз жоголот. Отун күйүү учурунда жумушчу орган жылыткычтан Q1 белгилүү өлчөмдө жылуулук алат. Ошол эле учурда, ал дагы эле A иштейт, анын жүрүшүндө ал жылуулук энергиясынын бир бөлүгүн муздаткычка өткөрүп берет: Q2<Q1.
ЭФФИЦИЕНЦИЯЛЫК кыймылдаткычтын энергияны айландыруу жана берүү тармагындагы эффективдүүлүгүн мүнөздөйт. Бул көрсөткүч көп учурда пайыз менен ченелет. Натыйжалуулук формуласы:
ηA/Qx100%, мында Q - сарпталган энергия, A - пайдалуу иш.
Энергиянын сакталуу мыйзамына таянып, эффективдүүлүк дайыма бирден аз болот деген тыянак чыгарууга болот. Башкача айтканда, ага сарпталган энергиядан өткөн пайдалуу иш эч качан болбойт.
Кыймылдаткычтын эффективдүүлүгү – пайдалуу иштин жылыткыч берген энергияга катышы. Аны төмөнкү формула катары көрсөтсө болот:
η=(Q1-Q2)/ Q1, мында Q 1 - жылыткычтан алынган жылуулук, ал эми Q2 - муздаткычка берилет.
Жылуулук кыймылдаткычынын иштеши
Жылуулук кыймылдаткычы аткарган жумуш төмөнкү формула менен эсептелет:
A=|QH| - |QX|, мында A – жумуш, QH – жылыткычтан алынган жылуулуктун көлөмү, QX - муздаткычка берилген жылуулуктун көлөмү.
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү (формула):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Бул кыймылдаткыч аткарган жумуштун суммасына катышына барабаржылуулук. Бул өткөрүү учурунда жылуулук энергиясынын бир бөлүгү жоголот.
Карно мотору
Жылуулук кыймылдаткычынын максималдуу эффективдүүлүгү Карно аппаратында белгиленген. Бул бул системада жылыткычтын (Тн) жана муздаткычтын (Тх) абсолюттук температурасына гана көз каранды экендигине байланыштуу. Карно цикли боюнча иштеген жылуулук машинасынын эффективдүүлүгү төмөнкү формула менен аныкталат:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Термодинамиканын мыйзамдары мүмкүн болгон максималдуу эффективдүүлүктү эсептөөгө мүмкүндүк берди. Бул көрсөткүч биринчи жолу француз окумуштуусу жана инженери Сади Карно тарабынан эсептелген. Ал идеалдуу газ менен иштеген жылуулук машинасын ойлоп тапкан. Ал 2 изотерма жана 2 адиабаттык циклде иштейт. Анын иштөө принциби абдан жөнөкөй: жылыткычтын контакты идишке газ менен жеткирилет, анын натыйжасында жумушчу суюктук изотермикалык кеңейет. Ошол эле учурда ал иштейт жана белгилүү өлчөмдө жылуулукту алат. Идиш термикалык изоляциялангандан кийин. Буга карабастан, газ кеңейүүнү улантууда, бирок адиабаттык түрдө (чөйрө менен жылуулук алмашуусу жок). Бул учурда, анын температурасы муздаткычка төмөндөйт. Бул учурда газ муздаткычка тийип турат, натыйжада ал изометрдик кысуу учурунда ага белгилүү өлчөмдө жылуулук берет. Андан кийин идиш кайрадан жылуулук менен изоляцияланат. Бул учурда газ баштапкы көлөмүнө жана абалына адиабаттык түрдө кысылган.
Сорттор
Биздин заманыбызда ар кандай принципте жана ар кандай күйүүчү майларда иштеген жылуулук кыймылдаткычтарынын көптөгөн түрлөрү бар. Алардын бардыгынын өзүнүн эффективдүүлүгү бар. Булар киреттөмөнкү:
• Ичтен күйүүчү кыймылдаткыч (поршень), күйүүчү отундун химиялык энергиясынын бир бөлүгү механикалык энергияга айландырылуучу механизм. Мындай аппараттар газ жана суюк болушу мүмкүн. 2 такттуу жана 4 такттуу кыймылдаткычтар бар. Алар үзгүлтүксүз иштөө циклине ээ болушу мүмкүн. Күйүүчү майдын аралашмасын даярдоо ыкмасы боюнча мындай кыймылдаткычтар карбюратордук (сырткы аралашма түзүлүшү менен) жана дизелдик (ички менен) болуп саналат. Энергияны өзгөрткүчтөрдүн түрлөрү боюнча поршендик, реактивдүү, турбиналык, комбинациялуу болуп бөлүнөт. Мындай машиналардын эффективдуулугу 0,5тен ашпайт.
• Стирлинг кыймылдаткычы - жумушчу суюктук жабык мейкиндикте турган түзүлүш. Бул сырттан күйүүчү кыймылдаткычтын бир түрү. Анын иштөө принциби анын көлөмүнүн өзгөрүшүнө байланыштуу энергияны өндүрүү менен денени мезгил-мезгили менен муздатуу/ысытууга негизделген. Бул эң эффективдүү кыймылдаткычтардын бири.
• Күйүүчү май сырттан күйүүчү турбиналык (айлануучу) кыймылдаткыч. Мындай орнотуулар көбүнчө ТЭЦте кездешет.
• Турбиналык (айлануучу) ICE ТЭЦте эң жогорку режимде колдонулат. Башкалардай көп эмес.
• Турбовинттүү кыймылдаткыч винттин эсебинен күчтүн бир бөлүгүн жаратат. Калгандары чыккан газдардан чыгат. Анын конструкциясы айланма кыймылдаткыч (газ турбинасы), анын валында винт орнотулган.
Жылуулук кыймылдаткычтарынын башка түрлөрү
• Артка кайтуудан күч алган ракета, турбореактивдүү жана реактивдүү кыймылдаткычтаргаздар.
• Катуу абалдагы кыймылдаткычтар күйүүчү май катары катуу заттарды колдонушат. Иштеп жатканда анын көлөмү эмес, формасы өзгөрөт. Жабдыктын иштеши өтө төмөн температура айырмасын колдонот.
Натыйжалуулукту кантип жогорулатуу керек
Жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгүн жогорулатууга болобу? Жоопту термодинамикадан издөө керек. Ал энергиянын ар кандай түрлөрүнүн өз ара өзгөрүшүн изилдейт. Колдо болгон бардык жылуулук энергиясын электрдик, механикалык жана башкаларга айландыруу мумкун эмес экендиги аныкталды.. Ошону менен бирге аларды жылуулук энергиясына айландыруу эч кандай чектөөсүз ишке ашат. Бул жылуулук энергиясынын табияты бөлүкчөлөрдүн иретсиз (баш аламан) кыймылына негизделгендигинен мүмкүн.
Дене канчалык көп ысыса, аны түзгөн молекулалар ошончолук тез кыймылдайт. Бөлүкчөлөрдүн кыймылы ого бетер туруксуз болуп калат. Муну менен катар тартип оңой эле баш аламандыкка айланышы мүмкүн экенин баары билет, аны заказ кылуу абдан кыйын.
