Заманбап реалдуулук жылуулук кыймылдаткычтарын кеңири колдонууну билдирет. Аларды электр кыймылдаткычтары менен алмаштыруунун көптөгөн аракеттери ушул убакка чейин ишке ашкан жок. Автономдуу системаларда электр энергиясын топтоо менен байланышкан маселелер абдан кыйынчылык менен чечилет.
Электр энергиясы менен иштөөчү батареяларды жасоонун технологиясынын көйгөйлөрү аларды узак мөөнөткө колдонууну эске алуу менен дагы эле актуалдуу бойдон калууда. Электр унааларынын ылдамдык мүнөздөмөлөрү ичтен күйүүчү кыймылдаткычтагы унаалардыкынан алыс.
Гибриддик кыймылдаткычтарды түзүүнүн алгачкы кадамдары экологиялык көйгөйлөрдү чечип, мегаполистердеги зыяндуу эмиссияларды олуттуу түрдө азайтат.
Бир аз тарых
Буунун энергиясын кыймыл энергиясына айландыруу мүмкүнчүлүгү байыркы заманда эле белгилүү болгон. 130-ж.: Александриялык философ Герон көрүүчүлөргө буу оюнчугун тартуулады - аэолипил. Андан чыккан реактивдүү учактардын таасири астында бууга толтурулган шар айлана баштады. Заманбап буу турбиналарынын бул прототиби ал күндөрү колдонулган эмес.
Көп жылдар жана кылымдар бою философтун өнүгүүсү жөн гана кызыктуу оюнчук катары каралып келген. 1629-жылы италиялык Д. Бранчи активдүү турбинаны жараткан. буу алып келдибычак менен жабдылган дискти кыймылга келтириңиз.
Ошол учурдан тартып буу кыймылдаткычтары тез өнүгүп баштаган.
Жылуулук кыймылдаткычы
Отундун ички энергиясын машиналар менен механизмдердин тетиктеринин кыймылынын энергиясына айландыруу жылуулук кыймылдаткычтарында колдонулат.
Машиналардын негизги тетиктери: жылыткыч (сырттан энергия алуу системасы), жумушчу суюктук (пайдалуу аракетти аткарат), муздаткыч.
Жылыткыч жумушчу суюктук пайдалуу ишти аткаруу үчүн ички энергиянын жетиштүү запасын топтоо үчүн иштелип чыккан. Муздаткыч ашыкча энергияны кетирет.
Эффективдүүлүктүн негизги мүнөздөмөсү жылуулук кыймылдаткычтарынын эффективдүүлүгү деп аталат. Бул маани жылытууга сарпталган энергиянын кайсы бөлүгү пайдалуу иштерди аткарууга жумшалганын көрсөтөт. Натыйжалуулук канчалык жогору болсо, машинанын иштеши ошончолук пайдалуу болот, бирок бул маани 100% ашпашы керек.
Эффективдүү коэффициентти эсептөө
Жыткычка сырттан Q1 барабар энергия алсын. Жумушчу орган А ишин аткарды, ал эми муздаткычка берилген энергия Q2.
Аныктаманын негизинде эффективдүүлүктү эсептеңиз:
η=A / Q1. A=Q1 - Q2.
Демек, жылуулук машинасынын эффективдүүлүгү, формуласы η=(Q1 - Q2)/ Q 1=1 - Q2/ Q1, төмөнкү жыйынтыктарды чыгарууга мүмкүндүк берет:
- Натыйжалуулук 1ден (же 100%) ашпашы керек;
- бул маанини көбөйтүү үчүн, сиз да керекжылыткычтан алынган энергияны көбөйтүү, же муздаткычка берилген энергияны азайтуу;
- жылыткычтын энергиясын жогорулатуу отундун сапатын өзгөртүү аркылуу ишке ашат;
- муздаткычка берилген энергияны азайтып, кыймылдаткычтардын дизайн өзгөчөлүктөрүнө жетишүүгө мүмкүндүк берет.
Идеалдуу жылуулук кыймылдаткыч
Эффективдүүлүгү максималдуу (идеалдуу - 100%ке барабар) болгон мындай кыймылдаткычты түзүүгө болобу? Бул суроого француз физик-теоретик жана таланттуу инженер Сади Карно жооп табууга аракет кылган. 1824-жылы анын газдардагы процесстер жөнүндөгү теориялык эсептөөлөрү коомчулукка жарыяланды.
Идеалдуу машинанын негизги идеясы - идеалдуу газ менен кайра жаралуучу процесстерди жүргүзүү. Т1 температурада газдын изотермикалык кеңейишинен баштайбыз. Бул үчүн талап кылынган жылуулук көлөмү Q1. Кийин газ жылуулук алмашуусуз кеңейет (адиабаттык процесс). Т2 температурасына жеткенде газ изотермикалык кысылып, Q2 муздаткычка өткөрүлөт. Газдын баштапкы абалына кайтып келиши адиабаттык.
Идеалдуу Карно жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү, так эсептелгенде, жылытуу жана муздатуу түзүлүштөрүнүн ортосундагы температура айырмасынын жылыткычтагы температурага болгон катышына барабар. Бул мындай көрүнөт: η=(T1 - T2)/ T1.
Жылуулук кыймылдаткычынын мүмкүн болуучу эффективдүүлүгү, анын формуласы: η=1 - Т2/ T 1 , бир гана көз карандыжылыткычтын жана муздаткычтын температурасы жана 100% ашпашы керек.
Мындан тышкары, бул катыш муздаткыч абсолюттук нөлдүк температурага жеткенде гана жылуулук кыймылдаткычтарынын эффективдүүлүгү биримдикке барабар боло аларын далилдөөгө мүмкүндүк берет. Белгилүү болгондой, бул мааниге жетүүгө мүмкүн эмес.
Карнонун теориялык эсептөөлөрү ар кандай конструкциядагы жылуулук кыймылдаткычынын максималдуу эффективдүүлүгүн аныктоого мүмкүндүк берет.
Карно далилдеген теорема төмөнкүдөй. Ылдыйкы жылуулук кыймылдаткычы эч кандай шартта идеалдуу жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгүнөн жогору боло албайт.
Маселени чечүү мисалы
Мисал 1. Эгерде жылыткычтын температурасы 800оС, ал эми муздаткычтын температурасы 500о болсо, идеалдуу жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгү кандай болот?Төмөндөн?
T1=800oC=1073 K, ∆T=500o C=500 K, η - ?
Чечим:
Аныктама боюнча: η=(T1 - T2)/ T1.
Бизге муздаткычтын температурасы берилген эмес, бирок ∆T=(T1 - T2), демек:
η=∆T / T1=500 K/1073 K=0, 46.
Жооп: Натыйжалуулук=46%.
Мисал 2. Идеалдуу жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгүн аныктагыла, эгерде жылыткычтын энергиясынын сатылып алынган киложоульунун эсебинен 650 Дж пайдалуу жумуш аткарылса, эгерде муздаткычтын температурасы 400 К болсо, жылуулук машинасынын жылыткычынын температурасы канча болот?
Q1 =1 kJ=1000 Дж, A=650 Дж, T2=400 K, η - ?, T 1 =?
Чечим:
Бул маселеде биз жылуулук орнотуу жөнүндө сөз болуп жатат, анын натыйжалуулугун формула менен эсептөөгө болот:
η=A / Q1.
Жыткычтын температурасын аныктоо үчүн идеалдуу жылуулук кыймылдаткычынын эффективдүүлүгүнүн формуласын колдонобуз:
η=(T1 - T2)/ T1 =1 - T2/ T1.
Математикалык трансформацияларды аткаргандан кийин, биз алабыз:
T1=T2 /(1- η).
T1=T2 /(1- A / Q1).
Эсептөө:
η=650 Дж/ 1000 Дж=0,65.
T1=400 К /(1- 650 Дж/ 1000 Дж)=1142,8 К.
Жооп: η=65%, T1=1142, 8 K.
Чыныгы шарттар
Идеалдуу жылуулук кыймылдаткычы идеалдуу процесстерди эске алуу менен иштелип чыккан. Иш изотермиялык процесстерде гана аткарылат, анын мааниси Карно циклинин графиги менен чектелген аймак катары аныкталат.
Чындыгында, температуранын өзгөрүүсүз газдын абалын өзгөртүү процессине шарт түзүү мүмкүн эмес. Курчап турган объектилер менен жылуулук алмашууну жокко чыгара турган материалдар жок. Адиабаттык процесс мындан ары мүмкүн эмес. Жылуулук берүү учурунда газдын температурасы сөзсүз түрдө өзгөрүшү керек.
Реалдуу шарттарда түзүлгөн жылуулук кыймылдаткычтарынын эффективдүүлүгү идеалдуу кыймылдаткычтардын эффективдүүлүгүнөн олуттуу айырмаланат. Чыныгы кыймылдаткычтардагы процесстер вариация ушунчалык тез экенине көңүл буруңузанын көлөмүн өзгөртүү процессинде жумушчу заттын ички жылуулук энергиясы жылыткычтан жана муздаткычка кайтып келген жылуулуктун агымы менен компенсацияланышы мүмкүн эмес.
Башка жылуулук кыймылдаткычтары
Чыныгы кыймылдаткычтар ар кандай циклдерде иштейт:
- Отто цикли: туруктуу көлөмдөгү процесс адиабаттык түрдө өзгөрүп, жабык циклди түзөт;
- Дизель цикли: изобар, адиабат, изохор, адиабат;
- газ турбинасы: туруктуу басым процесси адиабатка өзгөрүп, цикл жабылат.
Заманбап техниканын шарттарында реалдуу кыймылдаткычтарда тең салмактуулук процесстерин түзүү (аларды идеалдууларга жакындатуу) мүмкүн эмес. Жылуулук кыймылдаткычтарынын эффективдүүлүгү идеалдуу жылуулук орнотуудагыдай эле температура шарттарын эске алганда дагы бир топ төмөн.
Бирок Карно циклинин эффективдүүлүгү үчүн эсептөө формуласынын ролун төмөндөтүүгө болбойт, анткени дал ушул формула реалдуу кыймылдаткычтардын эффективдүүлүгүн жогорулатуу боюнча иштөө процессинде баштапкы чекит болуп калат.
Натыйжалуулукту өзгөртүүнүн жолдору
Идеалдуу жана реалдуу жылуулук кыймылдаткычтарын салыштырганда, акыркысынын муздаткычынын температурасы эч кандай болушу мүмкүн эмес экенин белгилей кетүү керек. Адатта атмосфера муздаткыч болуп эсептелет. Атмосферанын температурасын болжолдуу эсептөөлөр менен гана алууга болот. Тажрыйба көрсөткөндөй, муздаткычтын температурасы кыймылдаткычтардагы иштетилген газдардын температурасына барабар, ошондой эле ички күйүүчү кыймылдаткычтардагыдай (кыскача ICE).
ICE - дүйнөбүздөгү эң кеңири таралган жылуулук кыймылдаткычы. жылуулук натыйжалуулугумашина бул учурда күйүүчү отун тарабынан түзүлгөн температурага көз каранды. Ичтен күйүүчү кыймылдаткыч менен буу кыймылдаткычтарынын олуттуу айырмасы аба-отун аралашмасындагы жылыткычтын жана аппараттын жумушчу суюктугунун функцияларын бириктирүү болуп саналат. Күйүп жаткан аралашма кыймылдаткычтын кыймылдаткыч бөлүктөрүнө басым жаратат.
Жумушчу газдардын температурасын жогорулатуу отундун касиеттерин олуттуу өзгөртүү жолу менен ишке ашат. Тилекке каршы, муну чексиз аткаруу мүмкүн эмес. Кыймылдаткычтын күйүү камерасы жасалган ар кандай материалдын өзүнүн эрүү температурасы бар. Мындай материалдардын ысыкка туруктуулугу кыймылдаткычтын негизги мүнөздөмөсү, ошондой эле натыйжалуулугуна олуттуу таасир эте алат.
Мотор эффективдүүлүгү
Эгерде кире беришиндеги жумушчу буунун температурасы 800 К, ал эми чыккан газы 300 К болгон буу турбинасын ала турган болсок, анда бул машинанын эффективдүүлүгү 62% түзөт. Иш жүзүндө бул көрсөткүч 40% ашпайт. Мындай төмөндөө турбинанын корпусу ысытылганда жылуулуктун жоголушуна байланыштуу болот.
Ичтен күйүүчү кыймылдаткычтардын эң жогорку эффективдүүлүгү 44% ашпайт. Бул наркты жогорулатуу жакынкы келечектин иши. Материалдардын, күйүүчү майлардын касиеттерин өзгөртүү адамзаттын эң мыкты акыл-эстери иштеп жаткан маселе.
