Comandă scrierea unei lucrări unice
"> Raportează
"> Motoare termice și aplicațiile acestora
"> Student:
"> Nam Anastasia Albertovna
"> Supraveghetor stiintific:
„> Kutenkova Galina Vladimirovna
"> PCC Matematică și Informatică
"> Rezumat
„>B " xml:lang="en-US" lang="en-US">XVII"> c. S-a inventat un motor termic, care a fost îmbunătățit în anii următori, dar ideea a rămas aceeași. La toate motoarele, energia combustibilului este mai întâi transformată în energie de gaz sau abur, iar aburul de gaz, extinzându-se , funcționează și este răcit, iar o parte din energia sa internă este transformată în energie mecanică.
„>Cuvinte cheie
">Motor termic, motor cu abur, motor cu ardere internă, turbine cu abur și gaz, motoare cu reacție.
"> ">MOTOARE TERMICE ŞI APLICAREA LOR
„> Motor termic un dispozitiv care transformă energia internă a combustibilului în energie mecanică.
Motoarele termice includ: motor cu abur, motor cu ardere internă, turbine cu abur și gaz, motor cu reacție. Combustibilul lor este combustibil solid și lichid, energie solară și nucleară.
„> Motoarele termice – turbine cu abur – sunt instalate la centralele termice, unde acţionează rotoarele generatoarelor de curent electric, precum şi la toate centralele nucleare pentru producerea aburului la temperatură înaltă. În toate tipurile principale de transport modern, motoarele termice. se folosesc predominant: in automobile - motoare cu piston cu ardere interna, pe apa - motoare cu ardere interna si turbine cu abur, pe calea ferata - locomotive diesel cu motoare diesel, in aviatie - motoare cu piston, turboreactor si react.Fara motoare termice civilizatia moderna este de neconceput. Nu am avea o abundență de energie electrică ieftină și am fi lipsiți de toate motoarele de transport de mare viteză.
">Motoare cu abur
„> Centrală electrică cu abur. Funcționarea acestor motoare se realizează cu ajutorul aburului. În marea majoritate a cazurilor, acesta este abur de apă, dar sunt posibile mașini care lucrează cu vapori de alte substanțe (de exemplu, mercur). turbinele sunt instalate în stații electrice puternice și pe nave mari.Motoare cu piston În prezent sunt utilizate numai în transportul feroviar și pe apă (locomotive cu abur și nave cu abur).
„>Pentru funcționarea unei mașini cu abur sunt necesare o serie de mașini și dispozitive auxiliare. Întreaga instalație împreună se numește o centrală electrică cu abur. Aceeași apă circulă tot timpul la centrala cu abur.
„>Apa se transformă în abur într-un cazan, aburul funcționează într-o turbină (sau într-o mașină cu piston) și din nou se transformă în apă într-un tambur răcit cu apă curentă (condensator). Din condensator, apa rezultată este trimisă printr-un pompa printr-un rezervor de colectare (colector) în cazan.
„>În această schemă, cazanul cu abur este un încălzitor, iar condensatorul este un frigider. Deoarece în instalație circulă practic aceeași apă (scurgerea de abur este mică și aproape că nu este nevoie să adăugați apă), aproape că nu există nici o scară. în cazan, adică precipitarea sărurilor dizolvate în apă.Acest lucru este important, deoarece calcarul nu conduce bine căldura și reduce eficiența cazanului.Dacă apare calcar pe pereții cazanului, acesta este îndepărtat.
">Turbina cu abur este un motor termic rotativ care convertește energia potențială a aburului mai întâi în energie cinetică și apoi în lucru mecanic. Turbinele cu abur sunt utilizate în principal în centralele electrice și în centralele electrice de transport nave și locomotive și sunt, de asemenea, folosite pentru a conduce puternic. suflante și alte unități.
„>Turbina este formată dintr-un cilindru de oțel, în interiorul căruia se află un arbore cu rotoare montate pe acesta. Pe rotoare sunt lamele curbate speciale (b). Între rotoare (a) se pun duze sau palete de ghidare. din spatiile dintre paletele de ghidare , cade pe paletele rotorului.Rotorul se roteste producand lucru.Motivul rotatiei rotii intr-o turbina cu abur este reactia jetului de abur.In interiorul turbinei, aburul se extinde si se raceste.Intrand in turbina printr-o conducta ingusta de abur o iese printr-o conducta foarte lata.
">După turbină sau mașină cu piston, aburul intră în condensator, care joacă rolul unui frigider. În condensator, vaporii trebuie să se transforme în apă. Dar aburul condensează în apă doar dacă căldura de evaporare degajată în timpul condensului este îndepărtat.Acest lucru se face folosind apă rece.De exemplu, condensatorul poate fi aranjat sub formă de tambur, în interiorul căruia există țevi cu apă rece curgătoare.
„>În funcție de gradul de expansiune a aburului în paletele de lucru, se disting turbinele active și reactive. Aburul dintr-o turbină activă se extinde numai în duze, iar presiunea sa nu se modifică la trecerea prin fiecare jantă cu palete de lucru. Prin urmare, o turbină activă se mai numește și turbină cu presiune egală.În duze În turbinele cu reacție, spre deosebire de turbinele active, are loc doar o expansiune parțială a aburului, are loc o expansiune suplimentară în paletele de lucru.De aceea, uneori, o turbină cu reacție se numește turbină cu suprapresiune.
">
Motoare de combustie internă
„>Motor cu ardere internă pe benzină. Cel mai comun tip de motor termic modern este motorul cu ardere internă. Motoarele cu ardere internă sunt instalate pe mașini, avioane, tancuri, tractoare, bărci cu motor etc. Motoarele cu ardere internă pot funcționa cu combustibil lichid (benzină , kerosen etc.) sau pe gaz inflamabil depozitat sub formă comprimată în cilindri de oțel sau extras prin distilare uscată din lemn (motoare generatoare de gaz).
„>Partea principală a unui motor cu ardere internă este unul sau mai mulți cilindri, în interiorul cărora este ars combustibil. De aici și numele motorului.
">Un piston se deplasează în interiorul cilindrului. Pistonul este un cilindru gol 1, închis pe o parte, înconjurat de inele elastice 2 introduse în caneluri ale pistonului (segurile de piston). Scopul segmentelor de piston este de a preveni gazele generate în timpul combustibilului. arderea de la trecerea în spațiul dintre pereții pistonului și a cilindrului (indicată printr-o linie întreruptă).Pistonul este echipat cu o tijă metalică 3 („degetul”), care servește la conectarea pistonului la biela 4. Biela, la rândul său, servește la transmiterea mișcării de la piston la arborele cotit 5.
">Partea superioara a cilindrului comunica cu doua canale inchise prin supape. Printr-unul dintre canalele de intrare se alimenteaza un amestec combustibil, prin celelalte evacuare sunt evacuati produsele de ardere. Supapele au forma unor placi presate pe orificii prin arcuri.Supapele se deschid cu came amplasate pe arborele cu came;la rotirea arborelui camele ridica supapele cu ajutorul unor tije de otel (impingatoare).Pe langa supape, in partea superioara se pune asa numita bujie. parte a cilindrului.Acesta este un dispozitiv de aprindere a amestecului prin intermediul unei scântei electrice obținute din dispozitive electrice instalate pe motor (magneto sau bobină).
">O parte foarte importantă a unui motor pe benzină este un dispozitiv pentru obținerea unui amestec combustibil - un carburator. Structura sa este prezentată schematic în Figura 7. Dacă numai supapa de admisie din cilindru este deschisă și pistonul se deplasează spre arborele cotit, atunci aerul este aspirat prin orificiul 1. Aerul trece pe lângă tubul 2, conectat la camera plutitoare 3. În camera 3 există benzină, care este filtrată cu plutitorul 4 la un asemenea nivel încât ajunge doar la capătul tubului 1. Acesta este realizat prin faptul că plutitorul, care se ridică atunci când benzina curge în cameră, închide orificiul 5 cu un ac special de închidere 6 și astfel oprește alimentarea cu benzină dacă nivelul acesteia crește. tubul 2, aspiră benzină și o pulverizează (ca o sticlă de pulverizare).Astfel, se obține un amestec inflamabil (vapori de benzină și aer), a cărui intrare în cilindru este reglată de valva de accelerație 7.
;familie-font:"Tahoma";culoare:#46555a">
„> Funcționarea motorului constă din patru timpi:
">Am cursa de aspirație. Supapa de admisie 1 se deschide, iar pistonul 2, mișcându-se în jos, aspiră amestecul combustibil din carburator în cilindru.
">II compresie cursă. Supapa de admisie se închide, iar pistonul, mișcându-se în sus, comprimă amestecul combustibil. Amestecul se încălzește în timpul compresiei.
">Arderea cursei a III-a. Când pistonul ajunge în poziţia superioară (cu o turaţie mare a motorului ceva mai devreme), amestecul este aprins de o scânteie electrică dată de bujie. Forţa de presiune a gazelor produselor fierbinţi de ardere de amestecul combustibil împinge pistonul în jos.Mișcarea pistonului este transmisă arborelui cotit, iar aceasta produce muncă utilă.Prin producerea de muncă și dilatare, produsele de ardere se răcesc și presiunea lor scade.La sfârșitul cursei de lucru, presiunea în cilindru scade aproape la atmosferă.
"> Evacuare cursă IV (evacuare). Supapa de evacuare 3 se deschide și produsele de ardere uzate sunt emise prin toba de eșapament în atmosferă.
">Din patru timpi de motor (adică în timpul a două rotații ale arborelui cotit), doar unul, al treilea, funcționează. În acest sens, un motor cu un singur cilindru trebuie să fie echipat cu un volant masiv, datorită cineticii. energie a căreia motorul se mișcă în timpul curselor rămase.Motoarele cu un singur cilindru sunt instalate în principal pe motociclete.La mașini, tractoare etc., pentru a obține o funcționare mai uniformă a motorului, pe un arbore comun sunt instalați patru, șase sau mai mulți cilindri. astfel încât la fiecare cursă să funcționeze cel puțin unul dintre cilindri.Pentru ca motorul să înceapă să funcționeze, acesta trebuie pus în mișcare de o forță externă.La mașini, acest lucru se realizează cu ajutorul unui motor electric special alimentat de o baterie. (incepator).
">Adăugați că o parte necesară a motorului este un dispozitiv de răcire a pereților cilindrilor. Dacă cilindrii se supraîncălzesc excesiv, uleiul arde, este posibilă izbucnirea prematură a amestecului combustibil și detonarea (explozia amestecului combustibil în loc de ardere, care are loc în timpul funcționării normale).Detonația nu numai că provoacă o scădere a puterii, dar are și un efect distructiv asupra motorului.Cilindrii sunt răciți cu apă curgătoare, care degajă căldură în aer, sau direct prin aer.Apa circulă, spălând cilindrii.Miscarea apei este cauzata de incalzirea ei langa cilindri si racirea in calorifer.Acesta este un sistem de tuburi de cupru prin care curge apa In calorifer apa este racita de fluxul de aer aspirat atunci cand ventilatorul mișcări.
„>Motorul cu ardere internă are o serie de avantaje, care sunt motivul pentru utilizarea pe scară largă (compacitate, greutate redusă). Pe de altă parte, dezavantajele motorului sunt:
„>a) necesită combustibil lichid de înaltă calitate;
„>b) imposibilitatea obținerii unei viteze de rotație reduse cu ajutorul ei (la un număr mic de rotații, de exemplu, carburatorul nu funcționează).
„>Deoarece temperatura gazelor rezultate din arderea amestecului din interiorul cilindrului este destul de ridicată (peste 1000 ° C), randamentul motoarelor cu ardere internă poate fi semnificativ mai mare decât randamentul motoarelor cu abur. În practică, p.p. motoarele cu ardere internă este de obicei 20 x 30%.
">Motoare cu reacție
">Motorul cu reacție este un motor care creează forța de tracțiune necesară mișcării prin conversia energiei inițiale în energia cinetică a fluxului de jet al fluidului de lucru. Ca urmare a curgerii fluidului de lucru din duza motorului, un reactiv forța este generată sub formă de reacție (recul) a jetului, deplasând motorul în spațiu și structural aparatul conectat la acesta în direcția opusă curgerii jetului.
„>Diferitele tipuri de energie (chimică, nucleară, electrică, solară) pot fi convertite în energia cinetică (viteză) a unui curent cu jet într-un motor cu reacție.
„>Pentru a crea forța de propulsie utilizată de un motor cu reacție, aveți nevoie de:
„>· sursă de energie inițială (primară), care se transformă în energie cinetică a curentului jet;
„>· fluidul de lucru, care este ejectat dintr-un motor cu reacție sub formă de curent cu jet;
„>· motorul cu reacție în sine este un convertor de energie.
„>Energia inițială este stocată la bordul unei aeronave sau altui vehicul echipat cu un motor cu reacție (combustibil chimic, combustibil nuclear), sau (în principiu) poate proveni din exterior (energia Soarelui). Pentru a obține fluidul de lucru într-un motor cu reacție, o substanță luată din mediul înconjurător poate fi folosită în mediu (de exemplu, aer sau apă); o substanță situată în rezervoarele dispozitivului sau direct în camera motorului cu reacție; un amestec de substanțe provenite din mediu și stocate la bordul dispozitivului.La motoarele cu reacție moderne, energia chimică este cel mai adesea folosită ca energie primară.În acest caz, fluidul de lucru este gazele fierbinți - produse ale arderii combustibilului chimic.În timpul funcționării unui motor cu reacție, energia chimică a substanțelor care arde este transformată în energie termică a produselor de ardere, iar energia termică a gazelor fierbinți este transformată în energia mecanică a mișcării de translație a curentului cu jet și, în consecință, a aparatului pe care este instalat motorul. Partea principală a oricărui motor cu reacție este camera de ardere în care este generat fluidul de lucru. Partea finală a camerei, care servește la accelerarea fluidului de lucru și la producerea unui curent cu jet, se numește duză cu jet.
„>În funcție de utilizarea sau nu a mediului atunci când se operează un motor cu reacție, acestea sunt împărțite în 2 clase principale - motoare cu aer respirat (WRE) și motoare rachetă (RE). Motoarele cu reacție sunt cele mai utilizate pe aeronave de diferite tipuri. .
"> Motoare cu reacție. Toate motoarele cu reacție sunt motoare termice, al căror fluid de lucru se formează în timpul reacției de oxidare a unei substanțe combustibile cu oxigenul atmosferic. Aerul care vine din atmosferă alcătuiește cea mai mare parte a fluidului de lucru al motoarelor cu reacție. Astfel, un dispozitiv cu motor cu reacție poartă la bord o sursă de energie (combustibil) și atrage cea mai mare parte a fluidului de lucru din mediu.
„>WRD-urile sunt împărțite în non-compresor și compresor.
">Motoarele cu reacție fără compresor se disting prin faptul că alimentarea necesară cu aer comprimat pentru arderea eficientă a combustibilului se realizează fără utilizarea unui compresor; compresia aerului are loc în dispozitivul de intrare datorită presiunii de mare viteză a fluxul care se apropie.Ele sunt împărțite în flux direct și pulsatorie.
"> Motoarele cu reacție cu flux direct utilizează doar presiunea de mare viteză a fluxului care vine în sens opus pentru a crește presiunea aerului în camera de ardere. Caracteristicile lor pozitive inerente: simplitatea designului, ușurința și o creștere a forței jetului proporțională cu pătratul viteza de zbor.Prin urmare, sunt deosebit de avantajoase la viteze supersonice mari de zbor.Dezavantaj tractiune neglijabila la viteze mici de zbor, prin urmare motoarele cu reactie ramjet pot fi folosite pe aeronave numai in combinatie cu alte motoare care asigura tractiunea necesara in timpul decolare si la zbor redus. viteze.Motoarele cu reacție Ramjet sunt instalate pe rachete ghidate antiaeriene, rachete de croazieră și luptători-interceptoare supersonice.motoarele sunt utilizate pe elicoptere (instalate la capetele palelor rotorului principal).
„>Un motor cu reacție pulsatorie diferă de un reacție cu reacție prin aceea că aerul nu intră în camera de ardere în mod continuu, ci periodic, în impulsuri. Presiunea în cameră crește din cauza arderii combustibilului. Un motor cu reacție pulsatorie poate dezvolta forța necesară chiar și la viteze reduse de zbor.Designul său este simplu.Principalul dezavantaj consum mare de combustibil.Motoarele cu reacție pulsatoare au tracțiune redusă și sunt destinate numai aeronavelor cu viteză subsonică.
">Motoarele cu reacție cu compresor au un compresor centrifugal sau axial antrenat de o turbină cu gaz sau un motor cu piston de avion și, în consecință, sunt împărțite în turbocompresor (sau turbojet) și motor-compresor.
">Motoarele cu reacție cu turbocompresor (sau turboreactor) sunt cele mai utilizate. Cele mai multe aeronave militare și civile sunt echipate cu aceste motoare; sunt folosite pe elicoptere. Sunt potrivite pentru zboruri atât la viteze subsonice, cât și supersonice; sunt instalate și pe proiectile. avioane.Motoarele supersonice turboreactor pot fi utilizate în primele etape ale aeronavelor aerospațiale.
">
Comandă scrierea unei lucrări unice
Slide 2
Motoarele termice - turbine cu abur - sunt instalate la centralele termice, unde acţionează rotoarele generatoarelor de curent electric, precum şi la toate centralele nucleare pentru a produce abur la temperatură înaltă. Motoare termice: motor cu abur, motor cu reacție, motor cu ardere internă, turbină cu abur.
Slide 3
Trei părți principale ale unui motor termic
Lucrul mecanic la motoarele termice se realizează în procesul de dilatare a unei substanțe numite fluid de lucru. Un rezervor termic cu o temperatură mai mare care transferă căldură către un motor termic se numește încălzitor, iar unul care ia căldura rămasă pentru a readuce fluidul de lucru la starea inițială se numește frigider.
Slide 4
Conceptul părților principale
Încălzitor Transferă cantitatea de căldură Q1 în fluidul de lucru Fluidul de lucru Efectuează lucrări la frigider Consumă o parte din cantitatea de căldură primită Q2
Slide 5
DEPARTE ÎN TRECUT...
Istoria motoarelor termice este de mult. Se spune că în urmă cu mai bine de două mii de ani, în secolul al III-lea î.Hr., marele mecanic și matematician grec Arhimede a construit un tun care trăgea folosind abur. Un desen al tunului lui Arhimede și descrierea acestuia au fost găsite 18 secole mai târziu în manuscrisele marelui om de știință, inginer și artist italian Leonardo da Vinci. Cum a tras această armă?
Slide 6
Tunul lui Arhimede
Un capăt al butoiului a fost încălzit puternic la foc. Apoi apă a fost turnată în partea încălzită a butoiului. Apa s-a evaporat instantaneu și s-a transformat în abur. Aburul, extinzându-se, a aruncat miezul cu forță și vuiet. Ceea ce este interesant pentru noi aici este că țeava tunului era un cilindru de-a lungul căruia ghiulele aluneca ca un piston.
Slide 7
Istoria creării motoarelor termice
Cine a inventat-o și când? Devi Papin este un fizician englez, unul dintre inventatorii mașinii cu abur. 1680 - A inventat cazanul cu abur 1681 - I-a furnizat o supapă de siguranță 1690 - A folosit pentru prima dată abur pentru a ridica pistonul și a descris ciclul termodinamic închis al unui motor cu abur. 1707 – A prezentat o descriere a motorului său.Sfârșitul secolului al XVIII-lea – au fost construite primele mașini cu abur. 1774 - Inventatorul englez James Watt a construit primul motor universal cu abur. Din 1775 până în 1785, compania lui Watt a construit 56 de mașini cu abur. Din 1785 până în 1795, aceeași companie a furnizat deja 144 de astfel de mașini. 1770: Jean Cugnot, un inginer francez, a construit primul cărucior autopropulsat conceput pentru a muta piesele de artilerie. 1803 – Inventatorul englez Richard Trevithick a proiectat prima locomotivă cu abur. După 5 ani, Trevithick a construit o nouă locomotivă. A atins viteze de până la 30 km/h în 1816. – Neavând sprijin, Trevithik a dat faliment și a plecat în America de Sud în 1860. – Mecanicul francez Lenoir a inventat motorul cu ardere internă în 1878. – Inventatorul german Otto a proiectat un motor cu ardere internă în patru timpi. 1825 – Inventatorul german Daimler a creat motorul cu combustie internă pe benzină.În același timp, motorul pe benzină a fost dezvoltat de Kostovich în Rusia. 1896 – Inginerul german Rudolf Diesel a proiectat un motor cu ardere internă în care nu era comprimat un amestec combustibil, ci aer. Acestea sunt cele mai economice motoare termice, funcționând cu combustibili ieftini și având o eficiență de 31-44% 29 septembrie 1913. - M-am îmbarcat pe o navă îndreptată spre Londra. A doua zi dimineața nu a fost găsit în cabină. Se crede că s-a sinucis sărind noaptea în apele Canalului Mânecii.
Slide 8
Motor cu ardere internă (ICE)
Unul dintre cele mai comune motoare termice există în două versiuni: sub formă de motor cu ardere internă pe benzină și motor diesel. Astăzi, sunt proiectate motoare cu ardere internă în care hidrogenul va fi folosit drept combustibil. 1876 – Nikolaus Otto. Partea principală a motorului cu ardere internă este unul sau mai mulți cilindri, în interiorul cărora are loc arderea combustibilului. De aici și numele motorului. Cel mai utilizat în tehnologie este motorul cu ardere internă în patru timpi.
Slide 9
Cum funcționează motoarele termice?
Motoarele termice pot fi proiectate în moduri diferite, dar în orice motor termic trebuie să existe o substanță de lucru sau un corp care efectuează lucrări mecanice în partea de lucru a mașinii, un încălzitor în care substanța de lucru primește energie și un frigider care preia departe de căldură din fluidul de lucru. Motoarele termice includ: motor cu abur, motor cu ardere internă, turbine cu abur și gaz, motor cu reacție. Combustibilul lor este combustibil solid și lichid, energie solară și nucleară. Substanța de lucru poate fi vapori de apă sau gaz.
Slide 10
Aplicarea motoarelor termice
Motoarele termice sunt necesare pentru a genera electricitate pentru a conduce majoritatea vehiculelor de transport. De cea mai mare importanță este utilizarea turbinelor cu abur puternice în centralele electrice pentru a roti rotoarele generatoarelor. Turbinele cu abur sunt instalate și la centralele nucleare, unde energia nucleelor atomice este folosită pentru a produce abur la temperatură înaltă. Transportul modern folosește toate tipurile de motoare termice. În mașini, tractoare, combine autopropulsate, locomotive diesel, motoare cu ardere internă cu piston sunt utilizate, în aviație - turbine cu gaz, în rachete spațiale - motoare cu reacție. Motoarele termice au unele efecte nocive asupra mediului: Eficiența motorului termic η
Slide 11
Că mașinile sunt echipate cu amortizoare, iar dacă nu sunt acolo, atunci gazele de eșapament sunt eliberate cu mult zgomot. Faptul este că gazele de evacuare, atunci când sunt eliberate din cilindru, au o presiune semnificativ mai mare decât aerul atmosferic. Expandându-se la viteză mare, ele creează zgomot. Scopul tobei de eșapament este de a reduce rata gazului care iese din cilindrul motorului. ... că înălțimea de ridicare a aeronavelor ale căror motoare funcționează cu un amestec de combustibil și aer este limitată. Acest lucru se datorează faptului că la altitudini mari aerul este subțire și lipsit de oxigen. Hai sa mergem in vacanta!
Slide 12
Vizualizați toate diapozitivele
Să luăm în considerare motoarele termice și principiul de funcționare al acestor mecanisme. În scoarța terestră și în oceanele lumii, rezervele de energie internă pot fi considerate nelimitate. Pentru a rezolva probleme practice, este clar că nu este suficient. Structura și principiul de funcționare a unui motor termic trebuie cunoscute pentru a conduce strunguri și vehicule. Omul are nevoie de dispozitive care pot efectua o muncă utilă.
Motoarele termice, al căror principiu de funcționare îl vom lua în considerare, sunt principalele de pe planeta noastră. În ele are loc transformarea energiei interne în formă mecanică.
Caracteristicile unui motor termic
Care este principiul de funcționare al unui motor termic? Poate fi reprezentat pe scurt printr-un experiment simplu. Dacă turnați apă într-o eprubetă, o opriți și o aduceți la fierbere, va zbura. Motivul pentru care ștecherul iese este pentru că aburul efectuează lucrări interne. Procesul este însoțit de conversia energiei interne a aburului într-o valoare cinetică pentru dop. Motoarele termice, al căror principiu de funcționare este similar cu experimentul descris, diferă ca structură. În loc de eprubetă, se folosește un cilindru metalic. dopul este înlocuit cu un piston care se potrivește strâns pe pereți și se deplasează de-a lungul cilindrului.
Algoritm de acțiune
Care este principiul de funcționare al unui motor termic? Clasa a 10-a ia în considerare această problemă la lecțiile de fizică. Băieții numesc motoarele termice mecanismele prin care energia internă a combustibilului este convertită într-o formă mecanică.
Pentru ca motorul să efectueze lucrări utile, trebuie creată o diferență de presiune pe ambele părți ale pistonului sau ale palelor unei turbine puternice. Pentru a obține o astfel de diferență de presiune, temperatura fluidului de lucru crește cu mii de grade în comparație cu media acestuia în mediu. O creștere similară a temperaturii are loc în timpul arderii combustibilului.
Schimbări de temperatură
Toate motoarele termice moderne au un fluid de lucru. Este de obicei numit un gaz care efectuează lucrări utile în timpul procesului de expansiune. Acesta dobândește temperatura inițială, desemnată T1, în cazanul de abur al mașinii sau turbinei. Acest indicator se numește temperatura încălzitorului. În procesul de efectuare a muncii, gazul pierde treptat energie. Acest lucru duce la răcirea inevitabilă a fluidului de lucru la un anumit T2. Valoarea temperaturii trebuie să fie mai mică decât temperatura ambiantă, altfel presiunea gazului va fi mai mică decât presiunea atmosferică, iar motorul nu va funcționa.
Indicatorul T2 se numește temperatura frigiderului. Este fie atmosfera, fie un dispozitiv special necesar pentru condensarea și răcirea aburului rezidual.
Unele fapte
Deci, motoarele termice, al căror principiu de funcționare se bazează pe expansiunea fluidului de lucru, nu sunt capabile să furnizeze toată energia internă pentru a efectua munca. În orice caz, o parte din căldură va fi transferată în atmosferă (frigider) împreună cu aburul rezidual sau gazele de eșapament de la turbine sau motoarele cu ardere internă.
Eficiența motoarelor termice
Principiul de funcționare depinde de cantitatea de muncă utilă efectuată de gaz. Ținând cont de faptul că este imposibil să se transforme complet energia internă în munca unui motor termic, poate fi explicată ireversibilitatea proceselor și fenomenelor naturale. În cazul în care a existat o întoarcere spontană a căldurii la încălzitor de la frigider, energia internă ar fi convertită complet în muncă utilă printr-un motor termic.
Ei numesc raportul dintre munca utilă efectuată de un motor termic și cantitatea de căldură transferată la frigider. În fizică, se obișnuiește să se exprime această valoare ca procent. Acesta este principiul de funcționare al unui motor termic. Schema sa este clara si simpla, accesibila chiar si elevilor de liceu. Legile termodinamicii fac posibilă calcularea valorii maxime a factorului de eficiență.
Invenția motorului termic
Primul inventator al unei mașini care folosește căldură a fost Sadi Carnot. El a dezvoltat o mașină ideală în care fluidul de lucru era un gaz ideal. În plus, omul de știință a putut determina indicatorul de eficiență pentru un astfel de dispozitiv utilizând valorile temperaturii frigiderului și încălzitorului.
Carnot a reușit să determine relația dintre un motor termic real, care funcționează pe baza unui încălzitor, și un frigider, care este aer sau un condensator. Datorită formulei matematice propuse de Carnot pentru primul său motor termic ideal, se determină valoarea maximă a eficienței. Există o relație directă între temperatura încălzitorului și frigider.
Pentru ca mașina să funcționeze pe deplin, valoarea temperaturii nu trebuie să fie mai mică decât valoarea sa în aerul ambiant. Dacă doriți, puteți crește temperatura încălzitorului, fără a uita că fiecare solid are o anumită rezistență la căldură. Pe măsură ce se încălzește, își pierde elasticitatea, iar când ajunge la punctul de topire pur și simplu se topește.
Datorită inovațiilor care au fost realizate în industria ingineriei moderne, există o creștere treptată a eficienței motorului termic. De exemplu, frecarea dintre părțile sale individuale este redusă, iar pierderile care apar din cauza arderii incomplete a combustibilului sunt eliminate.
Motor cu combustie interna
Este un motor termic, în care gazele la temperatură înaltă obținute în timpul arderii diferitelor tipuri de combustibil în interiorul camerei sunt folosite ca fluid de lucru. Există patru timpi în funcționarea unui motor de mașină. Printre componentele sale vom numi supapele de admisie și evacuare, camera de ardere, pistonul, cilindrul, bujia, biela și volanta.
Concluzie
În prezent, sunt utilizate diverse tipuri de automobile, carburator. În ciuda diferențelor de combustibil utilizat, acestea au un principiu de funcționare similar. Datorită energiei termice generate în timpul arderii benzinei, energia termică este transformată într-o altă formă.
În prima etapă, se observă o mișcare lină în jos a supapei; procesul are loc datorită umplerii camerei cu amestecul de lucru. La sfârșitul primei curse, supapa de admisie se închide. Apoi, pistonul se mișcă în sus, iar amestecul de lucru este comprimat. Apariția unei scântei în lumânare duce la aprinderea amestecului combustibil. Presiunea pe care aerul și vaporii de benzină o exercită asupra pistonului duce la mișcarea lui spontană în jos, motiv pentru care cursa este numită „cursă de putere”. Arborele cotit este antrenat. În a patra etapă, supapa de evacuare se deschide și gazele de evacuare sunt împinse în atmosferă.
Întâlnirea noastră de astăzi este dedicată motoarelor termice. Ele alimentează majoritatea tipurilor de transport și ne permit să generăm energie electrică, ceea ce ne aduce căldură, lumină și confort. Cum sunt construite motoarele termice și care este principiul lor de funcționare?
Concept și tipuri de motoare termice
Motoarele termice sunt dispozitive care convertesc energia chimică a combustibilului în lucru mecanic.
Aceasta se face astfel: extinderea gazul apasă fie pe piston, făcându-l să se miște, fie pe paletele turbinei, făcându-l să se rotească.
Interacțiunea gazului (aburului) cu pistonul are loc în motoarele cu carburator și diesel (ICE).
Un exemplu de acțiune a gazului care creează rotație este funcționarea motoarelor cu turboreacție a aeronavei.
Schema bloc a unui motor termic
În ciuda diferențelor de design, toate motoarele termice au un încălzitor, o substanță de lucru (gaz sau abur) și un frigider.
Arderea combustibilului are loc în încălzitor, ducând la eliberarea cantității de căldură Q1, iar încălzitorul în sine este încălzit la temperatura T1. Substanța de lucru, în expansiune, lucrează A.
Dar căldura Q1 nu poate fi transformată complet în muncă. O anumită parte a acestuia Q2, prin transferul de căldură din corpul încălzit, este eliberată în mediu, denumit în mod convențional frigider cu o temperatură T2.
Despre motoarele cu abur
Cronologia acestei invenții datează din epoca lui Arhimede, care a inventat un tun care trăgea folosind abur. Urmează apoi o serie de nume celebre care își oferă proiectele. Cea mai eficientă versiune a dispozitivului îi aparține inventatorului rus Ivan Polzunov. Spre deosebire de predecesorii săi, el a propus cursa continua a arborelui de lucru datorita utilizarii functionarii alternante a 2 cilindri.
Arderea combustibilului și formarea aburului în motoarele cu abur are loc în afara camerei de lucru. De aceea se numesc motoare cu ardere externă.
Același principiu este folosit pentru a forma fluidul de lucru în turbinele cu abur și cu gaz. Prototipul lor îndepărtat era o minge rotită de abur. Autorul acestui mecanism a fost omul de știință Heron, care și-a creat mașinile și instrumentele în Alexandria antică.
Despre motoarele cu ardere internă
La sfârşitul secolului al XIX-lea, germană designerul August Otto a propus un design de motor cu ardere internă cu un carburator unde se prepară amestecul aer-combustibil.
Să aruncăm o privire mai atentă la munca lui. Fiecare ciclu de funcționare constă din 4 timpi: admisie, compresie, cursă de putere și evacuare.
În timpul primei curse, amestecul combustibil este injectat în cilindru și comprimat de piston. Când compresia atinge maximul, sistemul electric de aprindere este activat (scânteie de la o bujie). Ca urmare a acestei micro-explozii, temperatura din camera de ardere ajunge la 16.000 - 18.000 de grade. Gazele rezultate pun presiune pe piston, îl împinge, rotind arborele cotit conectat la piston. Aceasta este cursa de lucru care pune mașina în mișcare.
Iar gazele răcite sunt eliberate în atmosferă prin supapa de evacuare. Încercând să îmbunătățească eficiența dispozitivului, dezvoltatorii au crescut gradul de compresie al amestecului combustibil, dar apoi s-a aprins spontan „înainte de program”.
limba germana inginer Diesel Am gasit o cale interesanta de iesire din aceasta dificultate...
Aerul curat este comprimat în cilindrii diesel datorită mișcării pistonului. Acest lucru a făcut posibilă creșterea raportului de compresie de mai multe ori. Temperatura din camera de ardere ajunge la 900 de grade. La sfârșitul cursei de compresie, motorina este injectată acolo. Picăturile sale mici, amestecate cu un astfel de aer încălzit, se aprind spontan. Gazele rezultate, în expansiune, apasă pe piston, efectuând cursa de lucru.
Asa de, Motoarele diesel diferă de motoarele cu carburator:
- După tipul de combustibil utilizat. Motoarele cu carburator sunt pe benzină. Motoarele diesel consumă exclusiv motorină.
- Dieselul este cu 15–20% mai economic decât motoarele cu carburator datorită raportului său de compresie mai mare, dar întreținerea sa este mai costisitoare decât rivalul său, motorul pe benzină.
- Printre dezavantajele motorinei este că în iernile reci din Rusia motorina se îngroașă și trebuie încălzită.
- Studii recente ale oamenilor de știință americani au arătat că emisiile de la motoarele diesel sunt mai puțin dăunătoare ca compoziție decât cele de la omologii lor pe benzină.
Concurența pe termen lung dintre cele două tipuri de motoare cu ardere internă a dus la distribuirea domeniului de utilizare a acestora. Motoarele diesel, ca și cele mai puternice, sunt instalate pe transportul maritim, pe tractoare și vehicule grele, iar motoarele cu carburator sunt instalate pe vehicule ușoare și medii, pe bărci cu motor, motociclete etc.
Factorul de eficiență (eficiență)
Eficiența de funcționare a oricărui mecanism este determinată de eficiența acestuia. Un motor cu abur care eliberează abur rezidual în atmosferă are o eficiență foarte scăzută de 1 până la 8%, motoarele pe benzină până la 30% și un motor diesel convențional până la 40%. Desigur, în orice moment, ingineria nu s-a oprit și a căutat modalități de a crește eficiența.
Franceză talentată inginerul Sadi Carnot a dezvoltat teoria funcționării unui motor termic ideal.
Raționamentul său a fost următorul: pentru a asigura repetabilitatea ciclurilor, este necesar ca expansiunea substanței de lucru atunci când este încălzită să fie înlocuită cu comprimarea acesteia la starea inițială. Acest proces poate fi realizat numai datorită muncii forțelor externe. Mai mult decât atât, munca acestor forțe trebuie să fie mai mică decât munca utilă a fluidului de lucru în sine. Pentru a face acest lucru, reduceți presiunea, răcindu-l în frigider. Apoi graficul întregului ciclu va arăta ca un contur închis, motiv pentru care a ajuns să fie numit ciclul Carnot. Eficiența maximă a unui motor ideal este calculată prin formula:
Unde η este eficiența în sine, T1 și T2 sunt temperaturile absolute ale încălzitorului și frigiderului. Ele sunt calculate folosind formula T= t+273, unde t este temperatura în Celsius. Din formulă reiese clar că pentru a crește eficiența este necesară creșterea temperaturii încălzitorului, care este limitată de rezistența la căldură a materialului, sau scăderea temperaturii frigiderului. Eficiența maximă va fi la T = 0K, ceea ce este, de asemenea, imposibil din punct de vedere tehnic.
Coeficientul real este întotdeauna mai mic decât eficiența unui motor termic ideal. Prin compararea coeficientului real cu cel ideal se pot determina rezervele de imbunatatire a motorului existent.
Lucrând în această direcție, proiectanții au echipat motoarele pe benzină de ultimă generație cu sisteme de injecție(injectoare). Acest lucru face posibilă realizarea unei arderi complete folosind electronice și, în consecință, creșterea eficienței.
Se caută modalități de a reduce frecarea pieselor de motor în contact, precum și de a îmbunătăți calitatea combustibilului utilizat.
Anterior, natura amenința omul, dar acum omul amenință natura.
Generația actuală trebuie să facă față consecințelor activității umane nerezonabile. Iar o contribuție semnificativă la perturbarea echilibrului fragil al naturii o are volumul imens de motoare termice utilizate în transport, în agricultură, precum și turbinele cu abur din centralele electrice.
Acest efectele nocive se manifestă prin emisii colosaleși creșterea nivelului de dioxid de carbon din atmosferă. Procesul de ardere a combustibilului este însoțit de consumul de oxigen atmosferic la o asemenea scară încât își depășește producția de către toată vegetația terestră.
O parte semnificativă a căldurii de la motoare este disipată în mediu. Acest proces, agravat de efectul de seră, duce la o creștere a temperaturii medii anuale pe Pământ. Iar încălzirea globală este plină de consecințe catastrofale pentru întreaga civilizație.
Pentru a preveni agravarea situației, este necesară curățarea eficientă a gazelor de eșapament și trecerea la noi standarde de mediu care impun cerințe mai stricte pentru conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament.
Este foarte important să folosiți numai combustibil de înaltă calitate. Se așteaptă perspective bune de la utilizarea hidrogenului ca combustibil, deoarece arderea acestuia produce apă în loc de emisii nocive.
În viitorul apropiat, o parte semnificativă a vehiculelor pe benzină va fi înlocuită cu vehicule electrice.
Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd
MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI AL REPUBLICII KAZAKHSTAN COLEGIUL UNIVERSITAR LIBER KAZAKHSTAN-AMERICAN
pe tema: Motoare termice
Verificat:
Maksimenko T.P.
Efectuat:
elev din grupa 09 OGKh - 1
Shushanikova Yu. Yu.
Ust-Kamenogorsk
Plan
Istoria motoarelor termice
Tipuri de motoare termice
a) motor cu abur
b) motor cu ardere internă
c) turbine cu abur si gaz
d) motor cu reacție
Probleme de mediu asociate cu motoarele termice
Modalități de rezolvare a problemelor de mediu
Istoria motoarelor termice
Istoria motoarelor termice este de mult. Se spune că în urmă cu mai bine de două mii de ani, în secolul al III-lea î.Hr., marele mecanic și matematician grec Arhimede a construit un tun care trăgea folosind abur. Un desen al tunului lui Arhimede și descrierea acestuia au fost găsite 18 secole mai târziu în manuscrisele marelui om de știință, inginer și artist italian Leonardo da Vinci.
Aproximativ trei secole mai târziu, în Alexandria, un oraș cultural și bogat de pe coasta africană a Mării Mediterane, a trăit și a lucrat remarcabilul om de știință Heron, pe care istoricii îl numesc Heron.
Alexandrin. Heron a lăsat mai multe lucrări care au ajuns până la noi, în care a descris diverse mașini, instrumente și mecanisme cunoscute în acele vremuri.
În scrierile lui Heron există o descriere a unui dispozitiv interesant, care se numește acum mingea lui Heron. Este o minge goală de fier fixată astfel încât să se poată roti în jurul unei axe orizontale. Bila Heron este un prototip de motoare moderne cu reacție.
La acea vreme, invenția lui Heron nu era folosită și rămânea doar distractivă. Au trecut 15 secole. În timpul noii înfloriri a științei și tehnologiei care a venit după Evul Mediu, Leonardo da Vinci s-a gândit să folosească energia internă a unui cuplu. Manuscrisele sale conțin mai multe desene ale unui cilindru și a unui piston. Există apă în cilindru sub piston, iar cilindrul în sine este încălzit. Leonardo da Vinci a presupus că aburul format ca urmare a încălzirii apei, extinderea și creșterea volumului, va căuta o cale de ieșire și va împinge pistonul în sus. În timpul mișcării sale în sus, pistonul ar putea efectua o muncă utilă.
Mi-am imaginat un motor care folosește energia aburului oarecum diferit,
Giovanni Branca, care a trăit cu un secol înaintea marelui Leonardo. Era o roată cu lame; un jet de abur a lovit-o cu forță pe a doua, făcând roata să înceapă să se rotească. În esență, aceasta a fost prima turbină cu abur.
În secolele XVII-XVIII, britanicii au lucrat la inventarea mașinii cu abur.
Thomas Severi (1650-1715) și Thomas Newcomen (1663-1729), francezul Denis Papin
(1647-1714), savantul rus Ivan Ivanovici Polzunov (1728-1766) și alții.
Papin a construit un cilindru în care un piston se mișca liber în sus și în jos. Pistonul era legat printr-un cablu, aruncat peste un bloc, de o sarcină care, urmând pistonul, se ridica și cobora și ea. Potrivit lui Papin, pistonul ar putea fi conectat la o mașină, de exemplu o pompă de apă, care ar pompa apă. Popox a fost turnat în partea inferioară cu balamale a cilindrului, care a fost apoi dat foc. Gazele rezultate, încercând să se extindă, au împins pistonul în sus. După aceea, cilindrul și pistonul au fost stropite cu apă de diodă din exterior. Gazele din cilindru s-au răcit și presiunea lor asupra pistonului a scăzut. Pistonul, sub influența propriei greutăți și a presiunii atmosferice exterioare, a căzut, ridicând sarcina.
Motorul făcea o muncă utilă. Nu era potrivit pentru scopuri practice: ciclul tehnologic al funcționării sale era prea complicat. În plus, utilizarea unui astfel de motor era departe de a fi sigură.
Cu toate acestea, nu putem să nu vedem în prima mașină a lui Palen caracteristicile unui motor modern cu ardere internă.
În noul său motor, Papin a folosit apă în loc de praf de pușcă. Acest motor a funcționat mai bine decât un motor cu pulbere, dar a fost și de puțin folos pentru o utilizare practică serioasă.
Dezavantajele s-au datorat faptului că pregătirea aburului necesar funcționării motorului a avut loc în cilindrul propriu-zis. Dar ce se întâmplă dacă aburul gata preparat, obținut, de exemplu, într-un cazan separat, este introdus în cilindru? Atunci ar fi suficient să introduci alternativ abur și apă răcită în cilindru, iar motorul ar funcționa la turații mai mari și cu un consum mai mic de combustibil.
Contemporanul lui Denis Palen, englezul Thomas Severi, a ghicit acest lucru și a construit o pompă de abur pentru a pompa apa din mină. În mașina lui, aburul era pregătit în afara cilindrului - în cazan.
În urma lui Severi, fierarul englez Thomas Newcomen a construit o mașină cu abur (adaptată și pentru pomparea apei dintr-o mină). A folosit cu pricepere multe din ceea ce fusese inventat înaintea lui. Newcomen a luat un cilindru cu piston Papen, dar a primit abur pentru a ridica pistonul, ca Severi, într-un cazan separat.
Mașina lui Newcomen, la fel ca toți predecesorii săi, a funcționat intermitent - a existat o pauză între două curse de lucru ale pistonului. Era înălțimea unei clădiri cu patru sau cinci etaje și, prin urmare, excepțională: cincizeci de cai abia aveau timp să-i aducă combustibil. Personalul de întreținere era alcătuit din două persoane: un pompier a aruncat continuu cărbune în focare, iar un mecanic a acţionat supapele care introduceau abur și apă rece în cilindru.
Au mai fost nevoie de încă 50 de ani până să fie construit un motor cu abur universal. Acest lucru s-a întâmplat în Rusia, la una dintre periferiile ei îndepărtate - Altai, unde lucra la acea vreme genialul inventator rus, fiul soldatului Ivan Polzunov.
Polzunov a construit-o la una dintre fabricile Barnaul. În aprilie 1763, Polzunov și-a finalizat calculele și a prezentat proiectul spre considerare. Spre deosebire de pompele de abur Severy și Newcomen, despre care Polzunov știa și ale căror deficiențe le-a recunoscut în mod clar, acesta a fost un proiect pentru o mașină universală cu acțiune continuă. Mașina a fost concepută pentru suflarea burdufurilor, pomparea aerului în cuptoare de topire. Caracteristica sa principală a fost că arborele de lucru a oscilat continuu, fără pauze în gol. Acest lucru a fost realizat prin faptul că Polzunov a furnizat, în loc de un cilindru, așa cum a fost cazul la mașina lui Newcomen, doi lucrând alternativ. În timp ce într-un cilindru pistonul se ridica în sus sub influența aburului, în celălalt aburul s-a condensat și pistonul a coborât. Ambele pistoane erau conectate printr-un singur arbore de lucru, pe care îl roteau alternativ într-o direcție sau alta. Cursa de lucru a mașinii a fost efectuată nu datorită presiunii atmosferice, precum Newcomen, ci datorită lucrului aburului în cilindri.
În primăvara anului 1766, studenții lui Polzunov, la o săptămână după moartea sa, au testat mașina. A funcționat 43 de zile și a pus în mișcare burduful a trei cuptoare de topire. Apoi centrala a început să curgă; pielea care acoperea pistoanele (pentru a reduce decalajul dintre peretele cilindrului și piston) s-a uzat, iar mașina s-a oprit pentru totdeauna. Nimeni altcineva nu lucra la asta.
Creatorul unui alt motor cu abur universal, care a devenit larg răspândit, a fost mecanicul englez James Watt (1736-1819). Lucrând la îmbunătățirea mașinii lui Newcomen, în 1784 a construit un motor care era potrivit pentru orice nevoie. Invenția lui Watt a fost primită cu furie. În cele mai dezvoltate țări ale Europei, munca manuală în fabrici și fabrici a fost din ce în ce mai mult înlocuită de munca la mașini. Un motor universal a devenit necesar pentru producție și a fost creat. Motorul lui Watt folosește un așa-numit mecanism de manivelă, care transformă mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a roții.
Abia mai târziu au fost inventate mașinile: prin direcționarea alternativă a aburului sub piston și apoi deasupra pistonului, Watt și-a transformat ambele curse (în sus și în jos) în cele funcționale. Mașina a devenit mai puternică. Aburul era direcționat către părțile superioare și inferioare ale cilindrului printr-un mecanism special de distribuție a aburului, care a fost ulterior îmbunătățit și numit.
Watt a ajuns apoi la concluzia că nu era deloc necesar să furnizeze abur cilindrului tot timpul în care pistonul se mișca. Este suficient să lăsați o parte de abur să intre în cilindru și să dați mișcarea pistonului, iar apoi acest abur va începe să se extindă și să mute pistonul în poziția sa extremă. Acest lucru a făcut mașina mai economică: a fost necesar mai puțin abur, a fost consumat mai puțin combustibil.
Astăzi, unul dintre cele mai comune motoare termice este motorul cu ardere internă (ICE). Este instalat pe mașini, nave, tractoare, bărci cu motor etc., există sute de milioane de astfel de motoare în toată lumea.
Tipuri de motoare termice
Motoarele termice includ: motor cu abur, motor cu ardere internă, turbine cu abur și gaz, motor cu reacție. Combustibilul lor este combustibil solid și lichid, energie solară și nucleară.
Motor cu aburi- un motor termic cu ardere externă care transformă energia aburului încălzit în lucru mecanic al mișcării alternative a pistonului și apoi în mișcarea de rotație a arborelui. Într-un sens mai larg, un motor cu abur este orice motor cu ardere externă care transformă energia aburului în lucru mecanic. Pentru a conduce un motor cu abur, este necesar un cazan cu abur. Aburul în expansiune apasă pe piston sau pe paletele turbinei cu abur, a cărei mișcare este transmisă altor părți mecanice. Unul dintre avantajele motoarelor cu ardere externă este că, datorită separării cazanului de motorul cu abur, pot folosi aproape orice tip de combustibil - de la lemn la uraniu. Principalul avantaj al motoarelor cu abur este că pot folosi aproape orice sursă de căldură pentru a o transforma în lucru mecanic. Acest lucru le diferențiază de motoarele cu ardere internă, fiecare tip necesită utilizarea unui anumit tip de combustibil. Acest avantaj este cel mai vizibil în utilizarea energiei nucleare, deoarece un reactor nuclear nu este capabil să genereze energie mecanică, ci doar produce căldură, care este folosită pentru a genera abur pentru a conduce motoare cu abur (de obicei turbine cu abur). În plus, există și alte surse de căldură care nu pot fi utilizate în motoarele cu ardere internă, cum ar fi energia solară. O direcție interesantă este utilizarea energiei din diferențele de temperatură din Oceanul Mondial la diferite adâncimi. Proprietăți similare se găsesc și la alte tipuri de motoare cu ardere externă, cum ar fi motorul Stirling, care poate oferi o eficiență foarte mare, dar au greutate și dimensiune semnificativ mai mari decât tipurile moderne de motoare cu abur.
Motor cu combustie interna(abreviat ca ICE) este un tip de motor, un motor termic în care energia chimică a combustibilului (de obicei hidrocarburi lichide sau gazoase) care arde în zona de lucru este transformată în lucru mecanic. În ciuda faptului că motoarele cu ardere internă sunt un tip de motor termic relativ imperfect (zgomot puternic, emisii toxice, durată de viață mai scurtă), datorită autonomiei lor (combustibilul necesar conține mult mai multă energie decât cele mai bune baterii electrice), motoarele cu ardere internă sunt foarte răspândită, de exemplu în transporturi.
Turbina de gaz(turbină franceză din latină turbo vârtej, rotație) este un motor termic continuu, în aparatul cu palete al căruia energia gazului comprimat și încălzit este transformată în lucru mecanic asupra arborelui. Este format dintr-un compresor conectat direct la o turbină și o cameră de ardere între ele. (Termenul turbină cu gaz se poate referi și la elementul turbină în sine.) Aerul atmosferic comprimat din compresor intră în camera de ardere, unde este amestecat cu combustibil și amestecul este aprins. Ca urmare a arderii, temperatura, viteza și volumul fluxului de gaz crește. În continuare, energia gazului fierbinte este transformată în muncă. La intrarea în duza turbinei, gazele fierbinți se extind și energia lor termică este transformată în energie cinetică. Apoi, în partea rotorului a turbinei, energia cinetică a gazelor face ca rotorul turbinei să se rotească. O parte din puterea turbinei este utilizată pentru a opera compresorul, iar restul este puterea de ieșire utilă. Motorul cu turbină cu gaz antrenează un generator de mare viteză situat pe același arbore. Munca consumată de această unitate este munca utilă a motorului cu turbină cu gaz. Energia turbinelor este utilizată în avioane, trenuri, nave și tancuri.
Avantajele motoarelor cu turbine cu gaz
Raport putere-greutate foarte mare în comparație cu motoarele cu piston;
Eficiență mai mare la turație maximă decât motoarele cu piston.
Se mișcă într-o singură direcție, cu mult mai puține vibrații decât un motor cu piston.
Mai puține piese în mișcare decât un motor cu piston.
Sarcini de operare reduse.
Viteză mare de rotație.
Cost redus și consum de ulei lubrifiant.
Dezavantajele motoarelor cu turbine cu gaz
Costul este mult mai mare decât motoarele cu piston de dimensiuni similare, deoarece materialele trebuie să fie mai puternice și rezistente la căldură.
Operațiunile mașinilor sunt, de asemenea, mai complexe;
De regulă, au o eficiență mai mică decât motoarele cu piston la ralanti.
Răspuns întârziat la modificările setărilor de putere.
Aceste dezavantaje explică de ce vehiculele rutiere, care sunt mai mici, mai ieftine și necesită întreținere mai puțin regulată decât tancurile, elicopterele, bărcile mari și așa mai departe, nu folosesc motoare cu turbină cu gaz, în ciuda avantajelor incontestabile ca dimensiune și putere.
Turbină cu abur constă dintr-o serie de discuri rotative montate pe o singură axă, numită rotor de turbină, și o serie de discuri staționare alternante fixate pe o bază, numită stator. Discurile rotorului au palete la exterior; aceste palete sunt furnizate cu abur și rotește discurile. Discurile statorice au palete asemănătoare montate în unghiuri opuse, care servesc la redirecționarea fluxului de abur către următoarele discuri de rotor. Fiecare disc rotor și discul stator corespunzător se numesc treaptă de turbină. Numărul și dimensiunea treptelor fiecărei turbine sunt selectate astfel încât să maximizeze energia utilă a aburului cu viteza și presiunea care îi este furnizată. Aburul de evacuare care iese din turbină intră în condensator. Turbinele se rotesc la viteze foarte mari și, prin urmare, transmisii speciale de reducere sunt de obicei folosite pentru a transfera rotația către alte echipamente. În plus, turbinele nu își pot schimba direcția de rotație și necesită adesea mecanisme suplimentare de inversare (uneori sunt utilizate etape suplimentare de rotație inversă). Turbinele convertesc energia aburului direct în rotație și nu necesită mecanisme suplimentare pentru a transforma mișcarea alternativă în rotație. În plus, turbinele sunt mai compacte decât mașinile cu piston și au o forță constantă asupra arborelui de ieșire. Deoarece turbinele au un design mai simplu, ele necesită, în general, mai puțină întreținere. Principala aplicație a turbinelor cu abur este generarea de energie electrică (aproximativ 86% din producția mondială de energie electrică este produsă de turbine cu abur) și sunt adesea folosite ca motoare de nave (inclusiv pe nave nucleare și submarine). Au fost construite și o serie de locomotive cu turbină cu abur, dar acestea nu au fost utilizate pe scară largă și au fost rapid înlocuite cu locomotive diesel și electrice.
Motor turboreactor- un motor care creează forța de tracțiune necesară mișcării prin conversia energiei inițiale în energia cinetică a curentului de jet al fluidului de lucru. Fluidul de lucru curge din motor cu viteză mare și, în conformitate cu legea conservării impulsului, se generează o forță reactivă, împingând motorul în direcția opusă. Pentru a accelera fluidul de lucru, acesta poate fi folosit ca o expansiune a gazului încălzit într-un fel sau altul la o temperatură ridicată (așa-numita motoare cu reacție termică), precum și alte principii fizice, de exemplu, accelerarea particulelor încărcate într-un câmp electrostatic (vezi motorul ionic). Un motor cu reacție combină motorul în sine cu un dispozitiv de propulsie, adică creează forță de tracțiune numai prin interacțiunea cu fluidul de lucru, fără sprijin sau contact cu alte corpuri. Din acest motiv, este cel mai adesea folosit pentru a propulsa avioane, rachete și nave spațiale.
Există două clase principale de motoare cu reacție:
Motoarele care respira aer sunt motoare termice care folosesc energia de oxidare a aerului combustibil cu oxigenul preluat din atmosfera. Fluidul de lucru al acestor motoare este un amestec de produse de ardere cu componentele rămase ale aerului de admisie.
Motoarele rachete conțin toate componentele fluidului de lucru la bord și sunt capabile să funcționeze în orice mediu, inclusiv în spațiul fără aer.
Principalul parametru tehnic care caracterizează un motor cu reacție este împingerea (cunoscută și sub denumirea de forță de tracțiune) - forța pe care o dezvoltă motorul în direcția de mișcare a vehiculului.
În plus față de tracțiune, motoarele de rachetă sunt caracterizate de un impuls specific, care este un indicator al gradului de sofisticare sau de calitate a motorului. Acest indicator este, de asemenea, o măsură a eficienței motorului. Graficul de mai jos prezintă valorile superioare ale acestui indicator pentru diferite tipuri de motoare cu reacție, în funcție de viteza de zbor, exprimată sub formă de număr Mach, care vă permite să vedeți intervalul de aplicabilitate al fiecărui tip de motor.
Problemele de mediu ale motoarelor termice
O criză ecologică, o întrerupere a relațiilor în cadrul unui ecosistem sau fenomene ireversibile din biosferă cauzate de activitățile antropice și care amenință existența omului ca specie. În funcție de gradul de amenințare la adresa vieții umane naturale și a dezvoltării societății, se disting o situație de mediu nefavorabilă, un dezastru de mediu și o catastrofă de mediu.
Poluarea de la motoarele termice:
Chimic.
Radioactiv.
Termic.
Eficiența motorului termic
La arderea combustibilului, se folosește oxigenul din atmosferă, drept urmare conținutul de oxigen din aer scade treptat.
Arderea combustibilului este însoțită de eliberarea în atmosferă de dioxid de carbon, azot, sulf și alți compuși.
Măsuri de prevenire a poluării:
1. Reducerea emisiilor nocive.
2. Monitorizarea gazelor de esapament, modificarea filtrului.
Termic. Pentru definirea parametrilor termic motoare efectuarea analizei fluxului de lucru motor. În... realizarea unui studiu termodinamic al unui ciclu ideal termic motor; determinarea ciclului de lucru, randamentul termic ...
Termic calcul motor (2)
Test >> FizicaAlte tipuri termic motoare, precum și electrice motoare. Lista referințelor Efendiev A.M. – “ Termic motoareși supraalimentatoare”, metoda...
