Soojusmasinate tööpõhimõte. Soojusmasinate kasutegur (COP). Mida tähendab "jõudluskoefitsient"?

Auto erinevate mehhanismide paljude omaduste hulgas on otsustav tegur Sisepõlemismootori kasutegur. Selle kontseptsiooni olemuse väljaselgitamiseks peate täpselt teadma, mis on klassikaline sisepõlemismootor.

Sisepõlemismootori kasutegur - mis see on?

Esiteks muudab mootor kütuse põlemisel tekkiva soojusenergia teatud hulgaks mehaaniliseks tööks. Erinevalt aurumasinatest on need mootorid kergemad ja kompaktsemad. Need on palju ökonoomsemad ja tarbivad rangelt määratletud vedel- ja gaaskütuseid. Seega arvutatakse tänapäevaste mootorite kasutegur nende tehniliste omaduste ja muude näitajate põhjal.

Kasutegur (jõudluskoefitsient) on mootori võllile tegelikult edastatud võimsuse ja gaaside toimel kolvile vastuvõetud võimsuse suhe. Kui võrrelda erineva võimsusega mootorite efektiivsust, saame kindlaks teha, et sellel väärtusel on igaühel neist oma omadused.

Mõlemal mootoril on konstruktsiooni sarnasusest hoolimata erinevat tüüpi segu moodustumine. Seetõttu töötavad karburaatormootori kolvid kõrgematel temperatuuridel, mis nõuavad kvaliteetset jahutust. Seetõttu hajub soojusenergia, mis võib muutuda mehaaniliseks energiaks, tulutult, vähendades üldist efektiivsust.

Bensiinimootori efektiivsuse suurendamiseks võetakse siiski kasutusele teatud meetmed. Näiteks saab ühe silindri kohta paigaldada kaks sisse- ja väljalaskeventiili ühe sisselaske- ja väljalaskeklapi asemel. Lisaks on mõnel mootoril iga süüteküünla jaoks eraldi süütepool. Gaasihoova juhtimine toimub paljudel juhtudel elektriajami, mitte tavalise kaabli abil.

Diiselmootori kasutegur – märgatav kasutegur

Diisel on üks sisepõlemismootorite sortidest, milles töösegu süütamine toimub kokkusurumise tulemusena. Seetõttu on õhurõhk silindris palju kõrgem kui bensiinimootoril. Võrreldes diiselmootori efektiivsust teiste konstruktsioonide efektiivsusega, võib märkida selle kõrgeimat efektiivsust.

Madala kiiruse ja suure nihke korral võib efektiivsusnäitaja ületada 50%.

Tähelepanu tuleks pöörata diislikütuse suhteliselt madalale kulule ja kahjulike ainete vähesele sisaldusele heitgaasides. Seega sõltub sisepõlemismootori kasuteguri väärtus täielikult selle tüübist ja konstruktsioonist. Paljude sõidukite puhul kompenseeritakse madalat efektiivsust mitmesugused täiustused üldise jõudluse parandamiseks.

Mehhanismile tarnitud energia liikuvate jõudude töö vormis A dv.s. ja hetked ühtlaseks liikumiseks kulub kasulikule tööle A p.s. , kui ka tööle A Ftr seotud hõõrdejõudude kinemaatilistes paarides ja keskkonna takistusjõudude ületamisega.

Kaaluge ühtlast liikumist. Kineetilise energia juurdekasv on võrdne nulliga, s.o.

Sel juhul on inerts- ja gravitatsioonijõudude töö võrdne nulliga A Ri = 0, Ja G = 0. Siis ühtlase liikumise korral on liikumapanevate jõudude töö võrdne

Ja dv.s. =A p.s. + A Ft.

Järelikult on ühtlase liikumise täistsükli korral kõigi liikumapanevate jõudude töö võrdne tootmistakistuse ja tootmisvälise takistuse jõudude (hõõrdejõudude) summaga.

Mehaaniline efektiivsus η (efektiivsus)- tootmistakistusjõudude töö suhe kõigi liikuvate jõudude töösse ühtlase liikumise ajal:

η = . (3.61)

Nagu valemist (3.61) näha, näitab kasutegur, milline osa masinasse toodud mehaanilisest energiast kulub kasulikult selle töö tegemiseks, milleks masin loodi.

Nimetatakse mittetootliku vastupanu jõudude töö ja liikumapanevate jõudude töö suhet kaotustegur :

ψ = . (3.62)

Mehaaniline kadudegur näitab, milline osa masinale tarnitavast mehaanilisest energiast lõpuks soojuseks muundub ja ümbritsevas ruumis asjatult raisku läheb.

Siit on meil suhe tõhususe ja kahjuteguri vahel

η =1- ψ.

Sellest valemist järeldub, et üheski mehhanismis ei saa mittetootlike takistuste jõudude töö olla võrdne nulliga, seetõttu on efektiivsus alati väiksem kui üks ( η <1 ). Samast valemist järeldub, et kasutegur võib olla võrdne nulliga, kui A dv.s \u003d A Ftr. Liikumine, milles kutsutakse A dv.s \u003d A Ftr vallaline . Kasutegur ei saa olla väiksem kui null, sest selleks on vaja seda A dv.s<А Fтр . Nähtus, milles mehhanism on puhkeolekus ja samal ajal on täidetud tingimus A dv.s<А Fтр, называется isepidurdamise nähtus mehhanism. Nimetatakse mehhanism, mille puhul η = 1 igiliikur .

Seega on efektiivsus vahemikus

0 £ η < 1 .

Mõelge tõhususe määratlusele erinevate mehhanismide ühendamise viiside jaoks.

3.2.2.1. Tõhususe määramine jadaühenduses

Olgu n järjestikku ühendatud mehhanisme (joonis 3.16).

Ja dv.s. 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n

Joonis 3.16 – järjestikku ühendatud mehhanismide skeem

Esimese mehhanismi panevad käima liikumapanevad jõud, mis töötavad A dv.s. Kuna iga eelmise mehhanismi kasulik töö, mis kulus tootmistakistustele, on iga järgneva mehhanismi liikumapanevate jõudude töö, on esimese mehhanismi efektiivsus võrdne:

η 1 \u003d A 1 /A dv.s ..

Teise mehhanismi tõhusus on järgmine:

η 2 \u003d A 2 /A 1 .

Ja lõpuks, n-nda mehhanismi tõhusus näeb välja järgmine:

η n \u003d A n /A n-1

Üldine efektiivsus on järgmine:

η 1 n \u003d A n /Ja dv.s.

Üldise efektiivsuse väärtuse saab iga üksiku mehhanismi tõhususe korrutamisel, nimelt:

η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .

Järelikult üldmehaaniline efektiivsus seeriasühendatud mehhanismid võrdub töödüksikute mehhanismide mehaaniline efektiivsus, mis moodustavad ühe ühise süsteemi:

η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)

3.2.2.2 Segaühenduse efektiivsuse määramine

Praktikas osutub mehhanismide ühendamine keerulisemaks. Sagedamini kombineeritakse jadaühendus paralleeliga. Sellist ühendust nimetatakse segatud. Vaatleme keeruka ühenduse näidet (joonis 3.17).

Mehhanismi 2 energiavoog jaotub kahes suunas. Mehhanismilt 3 ¢¢ omakorda jaotub ka energiavoog kahes suunas. Tootmiskindluse jõudude kogutöö on võrdne:

Ja p.s. = A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢ ¢ n.

Kogu süsteemi üldine tõhusus on võrdne:

η \u003d A p.s /A dv.s =(A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢ ¢ n)/A dv.s . (3.64)

Üldise efektiivsuse määramiseks on vaja eraldada energiavood, milles mehhanismid on järjestikku ühendatud, ja arvutada iga voolu efektiivsus. Joonisel 3.17 on kujutatud pidevjoon I-I, katkendjoon II-II ja katkendjoon III-III kolm energiavoogu ühisest allikast.

Ja dv.s. A 1 A ¢ 2 A ¢ 3 ... A ¢ n-1 A ¢ n

II A ¢¢ 2 II

A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n

Oletame, et puhkame maal ja peame kaevust vett tooma. Langetame sellesse ämbri, kühveldame vett ja hakkame seda tõstma. Kas olete unustanud, mis on meie eesmärk? See on õige: tooge vett. Aga vaadake: me ei tõsta mitte ainult vett, vaid ka ämbrit ennast, aga ka rasket ketti, millel see ripub. Seda sümboliseerib kahevärviline nool: meie tõstetava koorma kaal on vee raskuse ning ämbri ja keti raskuse summa.

Arvestades olukorda kvalitatiivselt, ütleme: vee tõstmise kasuliku töö kõrval teostame ka muid töid - kopa ja keti tõstmist. Loomulikult ei saaks me ilma ketita ja ämbrita vett tõmmata, kuid lõppeesmärgi seisukohalt "kahjustab" nende kaal meid. Kui see kaal oleks väiksem, siis täielik täiuslik töö oleks ka vähem (sama kasulikuga).

Liigume nüüd edasi kvantitatiivne uurige neid teoseid ja tutvustage füüsikalist suurust nn tõhusust.

Ülesanne. Töötlemiseks valitud õunad, laadur kallab korvidest välja veokisse. Tühja korvi mass on 2 kg ja selles olevad õunad 18 kg. Kui suur osa on laaduri kasulikul tööl tema kogutööst?

Lahendus. Täistöö on õunte liigutamine korvides. See töö seisneb õunte tõstmises ja korvide tõstmises. Tähtis: õunte tõstmine on kasulik töö, korvide tõstmine aga “kasutu”, sest laaduri töö eesmärk on liigutada ainult õunu.

Tutvustame tähistust: Fя on jõud, millega käed tõstavad ainult õunu ja Fк on jõud, millega käed tõstavad ainult korvi. Igaüks neist jõududest on võrdne vastava gravitatsioonijõuga: F=mg.

Kasutades valemit A = ±(F||  l) , “kirjutame välja” nende kahe jõu töö:

Auseful \u003d + Fya lya \u003d mya g h ja Kasutu \u003d + Fk lk \u003d mk g h

Täistöö koosneb kahest tööst, see tähendab, et see on võrdne nende summaga:

Täielik \u003d Kasutu + kasutu \u003d mi g h + mk g h \u003d (mi + mk) g h

Ülesandes palutakse arvutada laaduri kasuliku töö osakaal tema kogutööst. Selleks jagame kasuliku töö kogusummaga:

Füüsikas väljendatakse selliseid osakaalu tavaliselt protsentides ja tähistatakse kreeka tähega "η" (loe: "see"). Selle tulemusena saame:

η \u003d 0,9 või η \u003d 0,9 100% \u003d 90%, mis on sama.

See arv näitab, et 100% laaduri täistööst on tema kasuliku töö osakaal 90%. Probleem lahendatud.

Suhtarvuga võrdne füüsikaline suurus kasulik töö täiusliku töö tegemiseks, füüsikas on sellel oma nimi - tõhusus - tõhusust:

Pärast selle valemi abil efektiivsuse arvutamist on tavaks korrutada see 100% -ga. Ja vastupidi: efektiivsuse asendamiseks selles valemis tuleb selle väärtus teisendada protsendist kümnendmurruks, jagades 100%.

Definitsioon [ | ]

Tõhusus

Matemaatiliselt võib efektiivsuse määratluse kirjutada järgmiselt:

kus AGA- kasulik töö (energia) ja K- raisatud energia.

Kui efektiivsust väljendatakse protsentides, arvutatakse see järgmise valemiga:

kus Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- külmast otsast võetud soojus (külmutusmasinate külmutusvõimsus); A (\displaystyle A)

Soojuspumpade puhul kasutage terminit teisendussuhe

kus Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- jahutusvedelikule kantud kondensatsioonisoojus; A (\displaystyle A)- selle protsessi jaoks kulutatud töö (või elekter).

Ideaalses autos Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), seega ideaalne masin ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Kasutegur (COP) on väärtus, mis väljendab protsentides konkreetse mehhanismi (mootori, süsteemi) efektiivsust saadud energia muundamisel kasulikuks tööks.

Lugege sellest artiklist

Miks on diisli efektiivsus suurem

Erinevate mootorite efektiivsusindeks võib olla väga erinev ja sõltub paljudest teguritest. neil on suhteliselt madal kasutegur, kuna seda tüüpi jõuallika töötamisel tekib suur hulk mehaanilisi ja soojuskadusid.

Teine tegur on hõõrdumine, mis tekib paarituvate osade koosmõjul. Suurema osa kasulikust energiatarbimisest juhivad mootori kolvid, samuti mootori sees olevate osade pöörlemine, mis on struktuurselt laagritele kinnitatud. Umbes 60% bensiini põlemisenergiast kulutatakse ainult nende seadmete töö tagamiseks.

Täiendavad kahjud on põhjustatud muude mehhanismide, süsteemide ja lisaseadmete tööst. Samuti võetakse arvesse takistusest tingitud kadude protsenti kütuse ja õhu järgmise laadimise ajal ning seejärel heitgaaside eraldumist mootori silindrist.

Kui võrrelda diiselmootorit ja bensiinimootorit, on diiselmootoril märgatavalt suurem kasutegur võrreldes bensiinimootoriga. Bensiini jõuallikate kasutegur on umbes 25-30% kogu saadud energiast.

Teisisõnu, 10 liitrist mootorile kulutatud bensiinist kulub kasulikule tööle vaid 3 liitrit. Ülejäänud kütuse põletamisel saadud energia läks raisku.

Sama töömahu indikaatoriga on atmosfäärilise bensiinimootori võimsus suurem, kuid see saavutatakse suurematel pööretel. Mootor tuleb “keerata”, kaod suurenevad, kütusekulu suureneb. Mainida tuleb ka pöördemomenti, mis sõna-sõnalt tähendab jõudu, mis kandub mootorilt ratastele ja liigutab autot. Bensiini ICE-d saavutavad oma maksimaalse pöördemomendi kõrgematel pööretel.

Sarnane vabalthingav diisel saavutab tipppöördemomendi madalatel pööretel, kasutades samal ajal kasuliku töö tegemiseks vähem diislit, mis tähendab suuremat efektiivsust ja kütusesäästu.

Diislikütus tekitab bensiiniga võrreldes rohkem soojust, diislikütuse põlemistemperatuur on kõrgem ja löögikindluse indeks kõrgem. Selgub, et diisel-sisepõlemismootoril on teatud kütusekogusel kasulikum töö tehtud.

Diislikütuse ja bensiini energeetiline väärtus

Diislikütus koosneb raskematest süsivesinikest kui bensiin. Bensiinitehase madalam kasutegur võrreldes diiselmootoriga seisneb ka bensiini energiakomponendis ja selle põlemise omadustes. Võrdse koguse diislikütuse ja bensiini täielik põletamine annab esimesel juhul rohkem soojust. Diiselmootori soojus muundatakse täielikumalt kasulikuks mehaaniliseks energiaks. Selgub, et sama palju kütust ajaühikus põletades teeb rohkem tööd just diiselmootor.

Samuti tasub kaaluda süstimise funktsioone ja sobivate tingimuste loomist segu täielikuks põlemiseks. Diiselmootoris tarnitakse kütust õhust eraldi, seda ei süstita sisselaskekollektorisse, vaid otse silindrisse survetakti lõpus. Tulemuseks on kõrgem temperatuur ja osa töötava kütuse-õhu segu kõige täielikum põlemine.

Tulemused

Disainerid püüavad pidevalt parandada nii diisel- kui ka bensiinimootorite efektiivsust. Sisselaske- ja väljalaskeklappide arvu suurendamine silindri kohta, aktiivne kasutamine, kütuse sissepritse elektrooniline juhtimine, drosselklapp ja muud lahendused võivad oluliselt tõsta efektiivsust. Suuremal määral kehtib see diiselmootori kohta.

Tänu nendele omadustele suudab kaasaegne diiselmootor täielikult ära põletada osa süsivesinikega küllastunud diislikütusest silindris ja toota madalatel pööretel suurt pöördemomenti. Madalad pöörded tähendavad väiksemat hõõrdekadu ja sellest tulenevat takistust. Sel põhjusel on diiselmootor tänapäeval üks tootlikumaid ja ökonoomsemaid sisepõlemismootorite tüüpe, mille kasutegur ületab sageli 50%.

Loe ka

Miks on parem mootorit enne sõitu soojendada: määrimine, kütus, külmade osade kulumine. Kuidas talvel diiselmootorit soojendada.