Isı motorlarının ülke ekonomisindeki rolü. Sanayi işletmelerinin ısı ve güç sağlama sistemlerinde ısı motorlarının yeri ve rolü. Motor türleri. Motor tasarımlarının geliştirilmesi için beklentiler

Pozitif deplasmanlı üfleyicilerde

Hacim üfleyiciler:

piston

döner

Piston genişleticiler

Pompalar

Pompalar, sıvıları kaldırmak ve taşımak için kullanılan hidrolik makinelerdir.

Kanatlı (santrifüjlü, eksenel, girdaplı)

Hacimsel (piston, piston)

Döner (dişli, kızak, vida)

Jet (enjektörler ve ejektörler).

Volümetrik pompalarda, enerji, çalışma sıvısının hareket ettirilen ortam üzerindeki zorlamalı hareketi ve yer değiştirmesi ile aktarılır. Kanatlı pompalarda mech. Hidrolikteki enerji, bıçaklarla donatılmış dönen bir tekerlek tarafından üretilir.

Hayranlar

Fanlar, havayı kanallardan geçirmek veya bir odadan havayı doğrudan beslemek veya dışarı atmak için kullanılan mekanik cihazlardır. Havanın hareketi, fanın girişi ve çıkışı arasında bir basınç farkı oluşması nedeniyle oluşur.

Fanlar, çeşitli göstergelere göre türlere ayrılır:

kompresörler

Kompresör en az 0,2 MPa basınç altında hava veya herhangi bir gazı sıkıştırmak ve beslemek için tasarlanmış bir üfleme makinesi olarak adlandırılır.

Pozitif deplasmanlı kompresörler sıkıştırma sonucu taşınan ortamın basıncı arttığında yer değiştirme prensibi ile çalışır. Bunlar pistonlu ve döner kompresörleri içerir.

Dinamik kompresörler hareketli ortam üzerindeki kuvvet etkisi ilkesine göre çalışır. Bunlar kanatlı (radyal, santrifüjlü, eksenel) aşırı şarj edicileri ve sürtünmeli aşırı doldurucuları (vorteks, disk, jet, vb.) içerir.

pervane ortamın çark kanatları etrafında akarken kendisine aktarılan enerji nedeniyle hareket ettiği kompresörler olarak adlandırılır.

Isı motorlarının sınıflandırılması:

Isı motorları- Çalışma ortamının ısıl enerjisinin mekanik işe dönüştürüldüğü makinelerdir.

Isı motorları:

Buhar türbinleri. Buhar kazanında üretilen buhar genleşerek yüksek basınç altında türbin kanatlarından geçer. Türbin döner ve jeneratör tarafından elektrik üretmek için kullanılan mekanik enerjiyi üretir.

Bir gaz türbini, sıkıştırılmış ve ısıtılmış gazın enerjisinin bıçak aparatındaki şaft üzerinde mekanik işe dönüştürüldüğü sürekli bir ısı motorudur. Stirling motoru harici bir motordur. İçten yanmalı bir motorda yakıt silindirlerin içinde yanar ve bu işlem sırasında açığa çıkan ısıl enerji mekanik işe dönüştürülür.

kompresör verimliliği.

Enerji sektöründe, verimlilik genellikle faydalı olarak kullanılan enerjinin harcanan tüm enerjiye oranı olarak anlaşılır. Ve harcanan toplam miktardan kullanılan faydalı enerji yüzdesi ne kadar yüksek olursa, verimlilik o kadar yüksek olur. Kompresör makineleri söz konusu olduğunda, böyle bir verimlilik tanımının kabul edilemez olduğu ortaya çıkıyor.

Bu nedenle, gerçek kompresör makinelerinin mükemmellik derecesini değerlendirmek için ideal olanlarla karşılaştırılır. Aynı zamanda, soğutma kompresörleri için izotermal verimlilik getirilmiştir:

dışarı = liz / ld = Niz / Nd

liz - izotermal sıkıştırma altında ideal bir kompresörü çalıştırmak için çalışın,

ld - gerçek soğutmalı bir kompresörün tahrikindeki fiili çalışma,

Niz, Nd - tahrik motorlarının karşılık gelen gücü;

CCGT'nin Avantajları

· Kombine çevrim santralleri %50'nin üzerinde elektrik verimliliği elde etmeyi mümkün kılar. Birim kurulu güç başına düşük maliyet

Kombine çevrim santralleri, buhar santrallerine kıyasla üretilen elektrik birimi başına önemli ölçüde daha az su tüketir.

Kısa inşaat süresi (9-12 ay)

Demiryolu veya deniz yoluyla sürekli yakıt tedarikine gerek yok

· Kompakt boyutlar, doğrudan tüketicide (fabrika veya şehir içinde) inşa edilmesine izin verir, bu da elektrik hatlarının ve elektriğin taşınmasının maliyetini azaltır. enerji

Buhar türbini tesislerine kıyasla daha çevre dostu

CCGT'nin Dezavantajları

· Düşük birim kapasiteli ekipman (1 birim başına 160-972,1 MW), modern termik santraller 1200 MW'a kadar ve nükleer santraller 1200-1600 MW'a kadar birim kapasiteye sahiptir.

Yakıtın yanması için kullanılan havanın filtrelenmesi ihtiyacı

Endüstriyel işletmelerin ısı ve güç kaynağı sistemlerinde ısı motorlarının yeri ve rolü

Kanatlı pompalar ülke ekonomisinde en yaygın kullanılanlardır. Oluşturdukları basınç 3500 m'yi ve akış - bir ünitede 100.000 m3 / s'yi geçebilir.

Termik santrallerde santrifüj pompalar, kazanları beslemek, besleme suyunun rejeneratif ısıtma sistemine kondens sağlamak, türbin kondenserlerine sirkülasyon suyu ve ısıtma sistemlerinde şebeke suyu sağlamak için kullanılır.

Son zamanlarda buhar türbinlerinin güçlerinin artması nedeniyle yoğuşmalı santrallerde bazen eksenel pompalar kullanılmaktadır.

Termik santrallerde hidrolik kül giderme sistemlerinde santrifüj ve jet pompalar kullanılmaktadır.

Jet pompalar, buhar türbini kondansatörlerinden havayı çıkarmak için kullanılır.

Termik enerji endüstrisindeki volümetrik pompalardan pistonlu pompalar, düşük buhar çıkışı olan buhar kazanlarına güç sağlamak için kullanılır. Döner pompalar enerji santrallerinde türbinlerin yağlama ve kontrol sistemlerinde kullanılmaktadır.

Termik santrallerde pistonlu kompresörler kazanların ısınan yüzeylerini uçucu kül ve isten arındırmak için üfleyerek pnömatik tamir aletlerine basınçlı hava sağlar.

5-2. Pozitif deplasmanlı üfleyicilerin ve piston genişleticilerin sınıflandırılması ve kapsamı

Supercharger, mekanik işin çalışma ortamının mekanik enerjisine dönüştürüldüğü bir hidrolik makinedir. Süper şarj cihazının temel amacı, taşınan ortamın toplam basıncını arttırmaktır.

Pozitif deplasmanlı üfleyicilerdeçalışan gövdenin enerjisindeki artış, katı çalışan gövdelerin kuvvet etkisiyle elde edilir.

Hacim üfleyiciler:

piston- çalışma gövdesinin öteleme hareketi ile çalışmak,

döner- çalışan gövdenin dönme hareketi ile çalışan süperşarjörler.

Genişleticilerin amacı, harici çalışma performansı ile gaz genleşmesi sırasında sıcaklıktaki maksimum düşüştür. İki ana tip: pistonlu ve turbo genişleticiler. İlki, yüksek ve orta hava basıncının düşük kapasiteli kurulumlarında kullanılır. İkincisi, esas olarak, içlerindeki gazların genleşmesinin çoğunlukla düşük basınçtan kaynaklandığı büyük tesislerde kullanılır.

Pistonlu genişleticiler, ortam sıcaklığına (Heilandt işlemi) kadar daha yüksek başlangıç gaz sıcaklıklarında çalışır. Turbo genleştiriciler, kalkış süresi dışında daha düşük sıcaklıklarda çalışır.

Genişletici tarafından yapılan iş elektrik üretmek için kullanılır. Bu, gazlı oksijen tesisatlarında tesisata giren havanın sıkıştırılması için enerji tüketiminin %3-4 oranında azaltılmasına olanak tanır.

Piston genişleticiler

Gazlı oksijen tesislerinin pistonlu genişleticileri, yüksek genleşme oranlarında (6'dan 30'a kadar) nispeten küçük miktarlarda havayı (saatte birkaç yüz metreküp) soğutmak için tasarlanmıştır. Silindirdeki gaz krank mili vasıtasıyla makinenin krank miline kadar Piston genişleticiler dikey ve yatay versiyonlarda üretilirler ve ilk hava parametrelerine bağlı olarak yüksek veya orta basınçlı makinelere aittirler.

Genişleticideki iş akışı altı süreçten oluşur.

Proses 1-2 (doldurma), giriş valfi açıkken çalışır

Proses 2-3 (genişleme) valfler kapalı olarak devam eder; silindirdeki gaz miktarı sabittir.

Proses 3-4 (egzoz), piston alt ölü noktadayken gerçekleşir. Genişleyen gaz, açık egzoz valfinden çıkar.

Proses 4-5 (dışarı itme), piston BDC'den uzaklaşırken gerçekleşir. Sabit basınçta genleşen ve soğutulan gaz, silindirden dışarı, genleştiricinin arkasındaki boru hattına itilir ve burada, gazın 3-4 işleminde silindirden salınan kısmı ile karışır. Fırlatma, egzoz valfi kapandığında 5 noktasında sona erer.

İşlem 5-6 (ters sıkıştırma). Bu işlem sırasında, piston TDC'ye geri hareket ederken silindirde kalan gaz sıkıştırılır. Sonuç olarak, gazın basıncı ve sıcaklığı artar. İşlem 6-1 (giriş), giriş valfi açıldığında 6. noktada başlar.

Şek. Şekil 85, gerçek bir orta basınçlı genişleticinin gösterge diyagramlarını göstermektedir.

a - basınç diyagramı; b - sıcaklık diyagramı

TERMODİNAMİĞİN TEMELLERİ*

Ders #6

Ders. Isı motorlarının ülke ekonomisindeki rolü. Kullanımları ile ilgili çevresel problemler

Amaç: öğrencilerin ısı motorlarının fiziksel çalışma prensipleri, ekonomik uygulamaları hakkındaki bilgilerini derinleştirmek, öğrencileri ısı motorlarının iyileştirilmesinde bilim ve teknolojinin başarıları hakkında bilgilendirmek; iletişimsel yeterlilik, analiz etme, sonuç çıkarma yeteneği geliştirmek; çevrenin korunmasına yönelik bilinçli bir tutum oluşturmak, öğrencilerin fiziğe olan ilgisini geliştirmek, öğrencilerin yaratıcı faaliyetlerini teşvik etmek.

Ders türü: bilginin genelleştirilmesi ve sistematik hale getirilmesi dersi.

Yürütme şekli: ders-seminer.

ekipman: yazıtlı kartlar: tarihçiler, ekolojistler, fizikçilerin portreleri.

II. Grup performansları

Tarihçi. 1696'da İngiliz mühendis Thomas Savery (1650-1715) suyu kaldırmak için buhar pompasını icat etti. Kalay madenlerinde su pompalamak için kullanılıyordu. Çalışması, sıkıştırıldığında madenden boruya su çeken bir vakum oluşturan ısıtılmış buharın soğutulmasına dayanıyordu.

1707'de Severi pompası St. Petersburg'daki Yaz Bahçesi'ne kuruldu. İngiliz tamirci Thomas Newcomen (1663-1729), 1705'te madenlerden su pompalamak için bir buhar motoru yarattı. 1712'de Papen ve Savery'nin fikirlerini kullanan Newcomen, 18. yüzyılın ortalarına kadar İngiltere madenlerinde kullanılan bir makine yaptı.

İlk pratik üniversal makineler, Rus mucit I. Polzunov (1766) ve İngiliz D. Watt (1774) tarafından yaratıldı.

Polzunov'un buhar motoru 11 m yüksekliğe, 7 m3 kazan hacmine, 2,8 m silindir yüksekliğine ve 29 kW güce sahipti. Bu makine, Rusya'daki maden tesislerinden birinde uzun süre çalıştı.

Tarihçi. 1765'te J. Watt, temelde yeni bir tür buhar makinesi tasarladı ve daha sonra geliştirdi. Makinesi sadece suyu pompalamakla kalmıyor, aynı zamanda takım tezgahlarına, gemilere ve mürettebata hareket sağlıyordu. 1784 yılına kadar evrensel bir buhar motorunun oluşturulması fiilen tamamlandı ve endüstriyel üretimde enerji elde etmenin ana yolu haline geldi. 1769-1770 yılları arasında Fransız mucit Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804) otomobilin atası olan buharlı vagonu tasarladı. Halen Paris'teki Sanat ve El Sanatları Müzesi'nde tutulmaktadır.

1807'de Amerikalı Robert Fulton (1765-1815), Hudson Nehri boyunca inşa ettiği Clermont yandan çarklı vapurla yelken açtı. 25 Temmuz 1814'te İngiliz mucit George Stephenson'ın (1781-1848) lokomotifi, 30 ton yükü 8 vagonda 6,4 km / s hızla dar hatlı demiryolu boyunca sürükledi. 1823'te Stephenson ilk lokomotif fabrikasını kurdu. 1825'te Stockton'dan Darlington'a giden ilk demiryolu faaliyete geçti ve 1830'da Liverpool ile Manchester sanayi merkezleri arasında bir kamu demiryolu hattı açıldı. James Nesmith (1808-1890), 1839'da metalürji endüstrisinde devrim yaratan son derece güçlü bir buhar çekici yarattı. Ayrıca birkaç yeni metal işleme makinesi geliştirdi.

Böylece sanayi ve demiryollarının altın çağı başladı - önce Birleşik Krallık'ta ve sonra dünyanın diğer ülkelerinde.

Öğretmen. Bir ısı motorunun nasıl çalıştığını hatırlayalım.

Tamirci. Isı motorları, iç enerjinin mekanik enerjiye dönüştürüldüğü makinelerdir.

Birkaç tür ısı motoru vardır: buhar motoru, içten yanmalı motorlar, buhar ve gaz türbinleri, jet motoru. Tüm bu motorlarda yakıt enerjisi önce gaz (buhar) enerjisine dönüştürülür. Genişleyen gaz (buhar) iş yapar ve aynı zamanda soğur, iç enerjisinin bir kısmı mekanik enerjiye dönüştürülür. Bu nedenle, ısı motorunun bir ısıtıcısı, bir çalışma sıvısı ve bir buzdolabı vardır. Bu, 1824 yılında Fransız bilim adamı Sadi Carnot tarafından kurulmuştur. Böyle bir makinenin çalışma prensibi bir şema ile gösterilebilir (Şekil 1).

Ek olarak Carnot, motorun kapalı bir çevrimde çalışması gerektiğini ve en avantajlı olanın iki izotermal ve iki adyabatik süreçten oluşan bir çevrim olduğunu bulmuştur. Buna Carnot döngüsü denir ve grafiksel olarak gösterilebilir (Şekil 2).

Grafikten, çalışan sıvının, döngü tarafından tanımlanan alana, yani 1 - 2 - 3 - 4 - 1 alanına sayısal olarak eşit olan yararlı işler yaptığı görülebilir.

Carnot döngüsü için enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, çalışan vücudun çevreden aldığı enerjinin çevreye aktarılan enerjiye eşit olmasıdır. Isı motorları, pistonların veya türbin kanatlarının yüzeylerindeki gaz basıncı farkından dolayı çalışır. Bu basınç farkı, sıcaklık farkından kaynaklanır. Isı motorlarının çalışma prensibi budur.

Tamirci. En yaygın ısı motoru türlerinden biri, günümüzde çeşitli araçlarda kullanılan içten yanmalı motordur (ICE). Böyle bir motorun yapısını hatırlayın: ana eleman, içinde yakıtın yandığı pistonlu bir silindirdir.

Silindirin iki valfi vardır - giriş ve çıkış. Ayrıca motorun çalışması, arabanın tekerleklerine bağlı bir mum, bir biyel kolu mekanizması ve bir krank milinin varlığı ile sağlanır. Motor dört devirde çalışır (Şekil 3): Ve devir yanıcı karışımın girişidir; II inme - sıkıştırma, sonunda yakıtı bir mumdan çıkan kıvılcımla tutuşur; III strok - çalışma strok, bu strok sırasında, yakıtın yanması, iş yapılması, pistonun aşağı itilmesi sonucu oluşan gazlar; IV inme - egzoz ve soğutulmuş gazlar dışarı çıktığında serbest bırakın. Bu motorun çalışması sırasında gazın durumundaki değişiklikleri karakterize eden kapalı çevrimin grafiği Şekil 1'de gösterilmektedir. 4.

Bir çevrimdeki faydalı çalışma, yaklaşık olarak şekil 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2'nin alanına eşittir. Bu tür motorların yayılması, küçük bir kütleye sahip olmalarından, kompakt olmalarından ve sahip olmalarından kaynaklanmaktadır. nispeten yüksek bir verimlilik (teorik olarak %80'e kadar, ancak pratikte - sadece %30). Dezavantajları, pahalı yakıtla çalışmaları, tasarım açısından karmaşık olmaları, motor milinin çok yüksek dönüş hızına sahip olmaları ve egzoz gazlarının atmosferi kirletmesidir.

Ekolojist. Benzinli motorlarda yanma verimliliğini artırmak için (oktan sayısını artırın), buna çeşitli maddeler eklenir, özellikle bir vuruntu önleyici ajanın rolünü oynayan tetraetil kurşun içeren etil sıvı (kurşun bileşiklerinin yaklaşık% 70'i salınır. motorlar çalışırken hava). Kanda çok az miktarda kurşun bulunması bile ciddi hastalıklara, azalmış zekaya, aşırı uyarılmaya, saldırganlığın gelişmesine, dikkatsizliğe, sağırlığa, kısırlığa, büyüme geriliğine, vestibüler aparat bozukluklarına ve benzerlerine yol açar.

Diğer bir sorun da karbon(II) oksit emisyonlarıdır. Sadece bir araba günde yaklaşık 3,65 kg karbon (II) oksit salıyorsa (araba filosu 500 milyonu aşıyor ve arabaların trafik yoğunluğu, örneğin otoyollarda) CO'dan kaynaklanan hasarın miktarı tahmin edilebilir. Kiev, havaya saatte 1800-9000 kg CO emisyonu ile günde 50-100 bin arabaya ulaşıyor!).

CO'nun insanlar için toksisitesi, kana girdiğinde eritrositleri (kırmızı kan hücreleri) oksijen taşıma yeteneğinden yoksun bırakarak oksijen açlığı, boğulma, baş dönmesi ve hatta ölümle sonuçlanması gerçeğinde yatmaktadır. Ayrıca içten yanmalı motorlar atmosferin termal kirliliğine katkıda bulunur, çok sayıda otomobilin bulunduğu şehirdeki hava sıcaklığı her zaman şehir dışındaki sıcaklıktan 3-5 ° C daha yüksektir.

Tarihçi. 1896-1897'de s. Alman mühendis G. Diesel, öncekilerden daha yüksek verimliliğe sahip bir motor önerdi. 1899'da dizel motor, daha yaygın kullanımına yol açan ağır sıvı yakıtla çalışacak şekilde uyarlandı.

Öğretmen. Dizel ve karbüratörlü içten yanmalı motorlar arasındaki farklar nelerdir?

Tamirci. Dizel motorlar, karbüratörlü motorlara dağıtımda daha düşük değildir. Yapıları hemen hemen aynıdır: silindir, piston, emme ve egzoz valfleri, biyel kolu, krank mili, volan ve mum yoktur.

Bunun nedeni, yakıtın bir kıvılcımdan değil, keskin hava sıkışması nedeniyle pistonun üzerinde oluşan yüksek sıcaklıktan tutuşmasıdır. Bu sıcak havaya yakıt enjekte edilir ve yanarak çalışan bir karışım oluşturur. Bu motor chotiritactovim'dir, çalışma şeması Şek. 5.

Motorun yararlı işi, 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2 şeklinin alanına eşittir. Bu tür motorlar ucuz yakıtlarla çalışır, verimleri yaklaşık% 40'tır. Ana dezavantaj, çalışmalarının ortam sıcaklığına çok bağlı olmasıdır (düşük sıcaklıklarda çalışamazlar).

Ekolojist. Dizel üretimindeki önemli ilerleme, bu motorları benzinli motorlardan daha "temiz" hale getirdi; zaten binek araçlarda başarıyla kullanılıyorlar.

Dizel yakıt kurşun tetraetil içermediğinden, dizel motorların egzoz gazları neredeyse hiç zehirli karbon oksit içermez. Yani dizel motorlar karbüratörlü motorlara göre çevreyi çok daha az kirletiyor.

Tarihçi. Ele alacağımız bir sonraki ısı motorları buhar ve gaz türbinleri olacak. Bu tür makineler esas olarak enerji santrallerinde (termik ve nükleer) kullanıldığından, teknolojiye giriş zamanları XX yüzyılın 30'lu yıllarının ikinci yarısı olarak kabul edilmelidir, ancak bu tür birimlerin ilk küçük projeleri 80'lerde yapılmıştır. XIX yüzyılın. İlk endüstriyel gaz türbininin tasarımcısı düşünülmelidir. M. Makhovsky.

1883'te İsveçli mühendis G. Dach, tek kademeli bir buhar türbininin ilk tasarımını önerdi ve 1884-1885'te s. İngiliz C. Parson, ilk çok kademeli türbini tasarladı. C. Parson, 1899'da Elberfeld'deki (Almanya) hidroelektrik santralinde kullandı.

Tamirci. Türbinlerin çalışması, kanatlı bir çarkın su buharı veya gaz basıncı altında dönmesine dayanır. Bu nedenle, türbinin ana çalışma kısmı rotordur - mile sabitlenmiş ve jantı boyunca bıçaklarla sabitlenmiş bir disk. Buhar kazanından çıkan buhar, özel kanallar (nozullar) tarafından rotor kanatlarına yönlendirilir. Memelerde buhar genleşir, basıncı düşer ama çıkış hızı artar yani buharın iç enerjisi jetin kinetik enerjisine dönüşür.

Buhar türbinleri iki tiptir: rotorlarının dönüşü, struminin kanatlara çarpması sonucu meydana gelen aktif türbinler ve kanatların, aralarındaki boşluktan kaçan buharı sağlayacak şekilde yerleştirildiği jet türbinleri. onları, jet itişi oluşturur. Bir buhar türbininin avantajları arasında yüksek hız, önemli güç ve yüksek güç yoğunluğu bulunur. Buhar türbinlerinin verimliliği %25'e ulaşıyor. Türbin, birbirini izleyen nozüller ve rotor kanatlarından oluşan birkaç basınç aşamasına sahipse artırılabilir. Böyle bir türbindeki buharın hızı çalışma kanadında azalır ve ardından (nozuldan geçtikten sonra) basınçtaki düşüş nedeniyle tekrar artar. Böylece aşamadan aşamaya buhar basıncı art arda düşer ve tekrar tekrar iş yapar. Modern türbinler 30'a kadar aşamaya sahiptir.

Türbinlerin dezavantajı atalet, dönme hızının kontrol edilememesi, geri dönüş olmamasıdır.

Ekolojist. Enerji santrallerinde buhar türbinlerinin kullanılması, egzoz buharının soğutulduğu havuzlar için geniş alanların tahsis edilmesini gerektirir. Santrallerin kapasitesinin artmasıyla birlikte su ihtiyacı keskin bir şekilde artar, ayrıca buharla soğutma sonucunda çevreye büyük miktarda ısı salınır ve bu da yine termal uyarılmaya ve sıcaklığın artmasına neden olur. Yeryüzünün.

Tarihçi. Isı motorları jet motorlarıdır. Bu tür motorların teorisi, 20. yüzyılın başında yazılan E. K. Tsiolkovsky'nin eserlerinde yeniden yaratıldı ve bunların tanıtımı, başka bir Ukraynalı mucit olan S. P. Korolyov'un adıyla ilişkilendirildi. Özellikle onun liderliğinde uçaklarda kullanılan ilk jet motorları yaratıldı (1942) ve daha sonra (1957) ilk uzay uydusu ve ilk insanlı uzay aracı (1961) fırlatıldı. Jet motorlarının çalışma prensibi nedir?

Tamirci. Jet tahrikini kullanan ısı motorlarına jet motorları denir. Çalışma prensibi, yakıtın yandığında motor memelerinden yüksek hızda akan ve uçağı ters yönde hareket etmeye zorlayan gaza dönüşmesidir. Bu tür motorların birkaç türünü düşünün.

Tasarımdaki en basitlerinden biri bir ramjet motorudur. Bu, yaklaşmakta olan akışın havayı zorladığı ve içine sıvı yakıtın enjekte edildiği ve tutuşturulduğu bir borudur. Sıcak gazlar borudan yüksek hızda uçar ve ona jet itişi verir. Bu motorun dezavantajı, itme kuvveti oluşturmak için havaya göre hareket etmesi gerektiği, yani kendi kendine havalanamamasıdır. En yüksek hız 6000 - 7000 km / s'dir.

Bir jet motorunun bir türbini ve bir kompresörü varsa, böyle bir motora turboşarj denir. Böyle bir motorun çalışması sırasında hava, sıkıştırıldığı ve yakıtın enjekte edildiği yanma odasına beslendiği giriş yoluyla kompresöre girer. Burada ateşlenir, yanma ürünleri kompresörü döndüren türbinden geçer ve nozülden dışarı akarak jet itişi oluşturur.

Güç dağılımına bağlı olarak, bu motorlar turbojet ve turboprop olarak ayrılır. Birincisi, güçlerinin çoğunu jet tahrikine, ikincisi ise bir gaz türbininin dönüşüne harcıyor.

Bu motorların avantajı, uzaya kaldırmak için gereken yüksek hızları sağlayan daha fazla güce sahip olmalarıdır. Dezavantajları - büyük boyutlar, düşük verimlilik ve çevreye verdikleri zarar.

Ekolojist. Jet motorları da yakıt yaktığı için tüm ısı motorları gibi yanma sırasında açığa çıkan zararlı maddelerle çevreyi kirletirler. Bunlar karbondioksit (CO 2), karbon monoksit (CO), kükürt bileşikleri, nitrojen oksitler ve diğerleridir. Otomobil motorlarının çalışması sırasında bu maddelerin kütleleri kilogram ise, şimdi ton ve senttirler. Ayrıca, yüksek irtifa uçak uçuşları, uzay roketlerinin fırlatılması, askeri balistik füzelerin uçuşları, atmosferin ozon tabakasını olumsuz etkileyerek yok eder. Arka arkaya yüz Uzay Mekiği fırlatılmasının, Dünya atmosferinin koruyucu ozon tabakasını neredeyse tamamen yok edebileceği hesaplandı, Üstat. Geleceğin motorları ne olmalı? Tamirci. Uzmanların çoğu, bunların hidrojen motorları olması gerektiğine inanıyor, yani hidrojenin oksijenle reaksiyona girerek su oluşumuna neden olacağı motorlar. Bu yönde yapılan geliştirmeler, bu tür motorların birçok farklı tasarımını veriyor: tankların uygun gazlarla doldurulduğu motorlardan, yakıtın şeker şurubu olduğu makinelere. Yakıtın yağ, alkol ve hatta biyolojik atık olduğu yapılar da var. Ancak şimdiye kadar, tüm bu motorlar yalnızca endüstriyel üretime girmekten çok uzak olan deneysel örnekler biçiminde var. Ancak bu gelişmeler bile gelecekte modern makinelere göre çevre açısından çok daha temiz makinelere sahip olacağımıza dair umut veriyor. Ve henüz çevreyi hiç kirletmeyecek bir ısı motoru yaratmayı başaramamış olsak da bunun için çaba göstereceğiz.

III. Ev ödevi

ödev kontrolü yap

seçenek 1

1. Pistonun altındaki gaz basıncı 490 kPa'dır. Bir gaz sabit basınçta orijinal sıcaklığının iki katına kadar ısıtıldığında yaptığı iş nedir? İlk gaz hacmi 10 litredir.

2. Buhar türbine 500 °C sıcaklıkta girer ve 30 °C sıcaklıkta çıkar. Türbini ideal bir ısı motoru olarak ele alarak verimini hesaplayınız.

3. Ya da buzdolabının kapısını açık tutarsanız odadaki hava soğur mu?

seçenek 2

1. 200 g helyumun iç enerjisi, sıcaklıktaki 20 K artışla ne kadar değişir?

2. İdeal bir makinenin ısıtıcı sıcaklığı 117 °C, buzdolabının sıcaklığı ise 27 °C'dir. Makinanın ısıtıcıdan 1 s'de aldığı ısı miktarı 60 kJ'dir. Makinenin verimini, buzdolabının 1 saniyede aldığı ısı miktarını ve makinenin gücünü hesaplayınız.

3. Bir ısı motorunun verimi ne zaman daha yüksektir: soğukta mı yoksa sıcak havada mı?

Ek 1

Buhar motoru I. Polzunov

James Watt, Newcomen buhar pompasını iyileştirerek verimliliğini artırdı. 1775'te yaptığı buhar motorları İngiltere'deki birçok fabrikada çalıştı.

Motor hakkında bazı bilgiler	karbüratörlü motor	dizel motor
çalışan vücut	Benzin yanma ürünleri	Dizel yanma ürünleri
		Dizel yakıt
silindir basıncı		1,5 106-3,5 106 Pa
basınçlı hava sıcaklığı
Yanma ürünlerinin sıcaklığı
	%20-25 (%35'e kadar)	%30-38 (%45'e kadar)
kullanım	Nispeten düşük güce sahip hafif mobil araçlarda (arabalar, motosikletler vb.)	Ağır vasıtalarda, traktörlerde, traktörlerde, dizel lokomotiflerde, termik santrallerin sabit kurulumlarında
yaratılış tarihi	İlk olarak 1860 yılında Fransız Lenoir tarafından patenti alınmıştır; 1878'de verimliliği = %2 olan bir motor yapıldı (Alman mucit Otto ve mühendis Langen)	1893 yılında Alman mühendis G. Diesel tarafından yaratılmıştır.

Ek 3

Jet motoru yapı şeması

Çoğu aracı itmek için elektrik üretmek için ısı motorlarına ihtiyaç vardır.

En önemlisi, jeneratörlerin rotorlarını döndürmek için enerji santrallerinde güçlü buhar türbinlerinin kullanılmasıdır. Atom çekirdeği enerjisinin yüksek sıcaklıkta buhar üretmek için kullanıldığı nükleer santrallerde de buhar türbinleri kurulur.

Modern ulaşımda her türlü ısı motoru kullanılmaktadır. Pistonlu içten yanmalı motorlar otomobillerde, traktörlerde, kendinden tahrikli biçerdöverlerde, dizel lokomotiflerde, havacılıkta gaz türbinlerinde ve uzay roketlerinde jet motorlarında kullanılmaktadır.

Isı motorlarının çevre üzerinde bazı zararlı etkileri vardır:

Isı motorlarının verimliliği η < 50 %, следовательно, большая часть энергии топлива рассеивается в окружающем пространстве, вредно влияя на общую экологическую обстановку:
termik santraller ve otomobiller bitkilere, hayvanlara ve insanlara zararlı yakıt yakma ürünleri (kükürt bileşikleri, karbon oksitler, nitrojen oksitler vb.) yayar;
atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonundaki bir artış, Dünya'nın "sera etkisini" artırır.

Bu bağlamda, doğanın korunması sorunu çok önemli hale gelmiştir. Çevreyi korumak için şunları sağlamak gerekir:

atmosfere yayılan egzoz gazlarının etkili bir şekilde arıtılması;
yüksek kaliteli yakıt kullanımı, daha eksiksiz yanması için koşulların yaratılması;
sürtünme kayıplarını ve yakıtın tamamen yanmasını vb. azaltarak ısı motorlarının verimliliğini artırmak.

Hidrojenin ısı motorları için yakıt olarak kullanılması ümit vericidir: hidrojen yandığında su oluşur. Benzinle çalışan arabaların yerini alabilecek elektrikli araçlar yaratmak için yoğun araştırmalar yapılıyor.

Edebiyat

Aksenovich L. A. Lisede fizik: Teori. Görevler. Testler: Proc. genel veren kurumlar için ödenek. ortamlar, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. KS Farino. - Mn.: Adukatsy i vykhavanne, 2004. - C. 165.

Teknik termodinamik. Temel kavramlar ve tanımlar

Kartashevich, A.N., Kostenich, V.G., Pontalev, O.V.

K 27 Isı mühendisliği: konu anlatımı. Bölüm 1. - Gorki: Belarus Devlet Tarım Akademisi, 2011. 48 s.

ISBN 978-985-467-319-6

İdeal gazların durumunun ana parametreleri ve denklemleri, ısı kapasitesi kavramı ve türleri, ideal gaz karışımları ve parametrelerini belirleme yöntemleri dikkate alınır. Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının formülasyonları ve ana hükümleri ile ideal gazların ana termodinamik süreçlerinin bir analizi verilmektedir.

Uzmanlık öğrencileri için 1-74 06 01 - Tarımsal üretim süreçlerinde teknik destek, 1-74 06 04 - Arazi ıslahı ve su yönetimi işlerinde teknik destek, 1-74 06 06 - Tarımsal sanayi kompleksinin lojistik desteği.

Tablolar 4. Şekiller 27. Bibliogr. 12.

İnceleyenler: A.Ş. DOBYSHEV, Mühendislik Doktoru bilimler, profesör, baş. Hayvancılığın Mekanizasyonu ve Tarımsal Üretimin Elektrifikasyonu Bölümü (UO "BSAA"); VG SAMOSYUK, Dr. ekonomi Sci., Cumhuriyetçi üniter girişimin Genel Müdürü "Tarımın mekanizasyonu için Belarus Ulusal Bilimler Akademisi SPC."

UDC 621.1 (075.8)

BBC 31.3ya73

Isı, insan faaliyetinin tüm alanlarında kullanılır - elektrik üretmek, araçları ve çeşitli mekanizmaları sürmek, alan ısıtmanın yanı sıra teknolojik ihtiyaçlar için.

Günümüzde ısı elde etmenin ana yöntemi, insanlığın enerji ihtiyacının yaklaşık% 90'ını karşılayan fosil yakıtların - kömür, petrol ve gaz - yanmasıdır. Dünyada son yıllarda enerji kaynaklarının tüketimine ve türlerine göre dağılımına ilişkin veriler Tablo'da sunulmaktadır. 1.

Tablo 1. 1998–2008'de dünya enerji tüketiminin yapısı

Tablodan da görülebileceği gibi. 1 veri, küresel enerji tüketimi her yıl artıyor. Nüfus ve insan ihtiyaçları sürekli artıyor ve bu da enerji üretim hacminin ve tüketiminin büyüme hızının artmasına neden oluyor.

Bununla birlikte, petrol, gaz ve kömür rezervleri sonsuz değildir ve tahminlere göre kanıtlanmış kaynaklar yeterli olabilir: petrol 40 yıl, gaz 60 yıl, kömür 120 yıl. Doğal uranyum rezervleri dünyanın yaklaşık 85 yıllık enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek düzeydedir.

Yakıt yanması yoluyla enerji üretiminin daha da artmasını sınırlayan bir diğer faktör, yanma ürünleri nedeniyle çevrenin giderek artan şekilde kirlenmesidir. Dünya üzerinde küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine, buzulların erimesine ve deniz seviyelerinin yükselmesine yol açan çevrenin termal kirliliği daha az tehlikeli değildir.

Nükleer enerjide, yine büyük zorluklarla dolu olan nükleer atığın bertaraf edilmesi ihtiyacıyla ilişkili farklı türden çevresel sorunlar ortaya çıkıyor.

Isıyı kullanmanın en rasyonel yollarını belirlemek, termal tesislerin çalışma süreçlerinin verimliliğini analiz etmek ve yeni, daha gelişmiş termal cihaz türleri oluşturmak için, termal mühendisliğin teorik temelleri hakkında bilgi gereklidir.

10 SINIF FİZİK DERSLERİ.
MOLEKÜLER FİZİK VE TERMODİNAMİK

TERMODİNAMİĞİN TEMELLERİ*

Ders #6

Ders. Isı motorlarının ülke ekonomisindeki rolü. Kullanımları ile ilgili çevresel problemler

Ders türü: bilginin genelleştirilmesi ve sistematik hale getirilmesi dersi.

Yürütme şekli: ders-seminer.

ekipman: yazıtlı kartlar: tarihçiler, ekolojistler, fizikçilerin portreleri.

II. Grup performansları

1707'de Severi pompası St. Petersburg'daki Yaz Bahçesi'ne kuruldu. İngiliz tamirci Thomas Newcomen (1663-1729), 1705'te madenlerden su pompalamak için bir buhar motoru yarattı. 1712'de Papin ve Savery'nin fikirlerini kullanan Newcomen, 18. yüzyılın ortalarına kadar İngiltere madenlerinde kullanılan bir makine yaptı.

İlk pratik üniversal makineler, Rus mucit I. Polzunov (1766) ve İngiliz D. Watt (1774) tarafından yaratıldı.

Polzunov'un buhar motoru 11 m yüksekliğe, 7 m3 kazan hacmine, 2,8 m silindir yüksekliğine ve 29 kW güce sahipti. Bu makine, Rusya'daki maden tesislerinden birinde uzun süre çalıştı.

Tarihçi. 1765'te J. Watt, temelde yeni bir tür buhar makinesi tasarladı ve daha sonra geliştirdi. Makinesi sadece suyu pompalamakla kalmıyor, aynı zamanda takım tezgahlarına, gemilere ve mürettebata hareket sağlıyordu. 1784 yılına kadar evrensel bir buhar motorunun oluşturulması fiilen tamamlandı ve endüstriyel üretimde enerji elde etmenin ana yolu haline geldi. 1769-1770 yılları arasında Fransız mucit Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804), otomobilin atası olan buharlı vagonu tasarladı. Halen Paris'teki Sanat ve El Sanatları Müzesi'nde tutulmaktadır.

1807'de Amerikalı Robert Fulton (1765-1815), Hudson Nehri boyunca inşa ettiği Clermont yandan çarklı vapurla yelken açtı. 25 Temmuz 1814'te İngiliz mucit George Stephenson'ın (1781-1848) lokomotifi, 8 vagonda 30 ton yükü dar hatlı bir demiryolunda 6,4 km / s hızla çekti. 1823'te Stephenson ilk lokomotif fabrikasını kurdu. 1825'te Stockton'dan Darlington'a giden ilk demiryolu faaliyete geçti ve 1830'da Liverpool ile Manchester sanayi merkezleri arasında bir kamu demiryolu hattı açıldı. James Nesmyth (1808-1890), 1839'da metalurji endüstrisinde gerçek bir devrim yaratan son derece güçlü bir buhar çekici yarattı. Ayrıca birkaç yeni metal işleme makinesi geliştirdi.

Böylece sanayi ve demiryollarının altın çağı başladı - önce Birleşik Krallık'ta ve sonra dünyanın diğer ülkelerinde.

Öğretmen. Bir ısı motorunun nasıl çalıştığını hatırlayalım.

Tamirci. Isı motorları, iç enerjinin mekanik enerjiye dönüştürüldüğü makinelerdir.

Birkaç tür ısı motoru vardır: buhar motoru, içten yanmalı motor, buhar ve gaz türbinleri, jet motoru. Tüm bu motorlarda yakıt enerjisi önce gaz (buhar) enerjisine dönüştürülür. Genişleyen gaz (buhar) iş yapar ve aynı zamanda soğur, iç enerjisinin bir kısmı mekanik enerjiye dönüştürülür. Bu nedenle, ısı motorunun bir ısıtıcısı, bir çalışma sıvısı ve bir buzdolabı vardır. Bu, 1824 yılında Fransız bilim adamı Sadi Carnot tarafından kurulmuştur. Böyle bir makinenin çalışma prensibi bir şema ile gösterilebilir (Şekil 1).

Grafikten, çalışma sıvısının, döngü tarafından tanımlanan alana sayısal olarak eşit olan faydalı iş yaptığı görülebilir, yani. kareler 1 - 2 - 3 - 4 - 1.

Carnot döngüsü için enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, çalışan vücudun çevreden aldığı enerjinin çevreye aktarılan enerjiye eşit olmasıdır. Isı motorları, pistonların veya türbin kanatlarının yüzeylerindeki gaz basıncı farkından dolayı çalışır. Bu basınç farkı, bir sıcaklık farkı vasıtasıyla oluşturulur. Isı motorlarının çalışma prensibi budur.

Silindirin iki valfi vardır - giriş ve çıkış. Ayrıca motorun çalışması, arabanın tekerleklerine bağlı bir mum, bir biyel kolu mekanizması ve bir krank milinin varlığı ile sağlanır. Motor dört devirde çalışır (Şekil 3): Ve devir yanıcı karışımın girişidir; II inme - sıkıştırma, sonunda yakıtı bir mumdan çıkan kıvılcımla tutuşur; III strok - çalışma strok, bu strok sırasında, yakıtın yanmasından üretilen gazlar çalışır ve pistonu aşağı iter; IV inme - soğutulmuş gazlar tükendiğinde ve dışarı çıktığında serbest bırakın. Bu motorun çalışması sırasında gazın durumundaki değişiklikleri karakterize eden kapalı çevrimin grafiği Şekil 1'de gösterilmektedir. 4.

Ekolojist. Benzinli motorlarda yanma verimliliğini artırmak için (oktan sayısını artırın), buna çeşitli maddeler eklenir, özellikle bir vuruntu önleyici ajanın rolünü oynayan tetraetil kurşun içeren etil sıvı (kurşun bileşiklerinin yaklaşık% 70'i salınır. motorlar çalışırken hava). Kanda çok az miktarda kurşun bulunması bile ciddi hastalıklara, azalmış zekaya, aşırı uyarılmaya, saldırganlık gelişimine, dikkatsizliğe, sağırlığa, kısırlığa, büyüme geriliğine, vestibüler aparat bozukluklarına vb. yol açar.

Tarihçi. 1896-1897'de. Alman mühendis G. Diesel, önceki motorlardan daha yüksek verimliliğe sahip bir motor önerdi. 1899'da dizel motor, daha yaygın kullanımına yol açan ağır sıvı yakıtla çalışacak şekilde uyarlandı.

Öğretmen. Dizel ve karbüratörlü içten yanmalı motorlar arasındaki farklar nelerdir?

Ekolojist. Dizel üretimindeki önemli ilerleme, bu motorları benzinli motorlardan daha "temiz" hale getirdi; zaten binek araçlarda başarıyla kullanılıyorlar.

Tarihçi. Ele alacağımız bir sonraki ısı motorları buhar ve gaz türbinleri olacak. Bu tür makineler esas olarak enerji santrallerinde (termik ve nükleer) kullanıldığından, teknolojiye giriş zamanları 20. yüzyılın 30'lu yıllarının ikinci yarısı olarak kabul edilmelidir, ancak bu tür birimlerin ilk küçük projeleri 1990'ların başlarında yapılmıştır. XIX yüzyılın 80'leri. V. M. Makhovsky, ilk endüstriyel gaz türbininin tasarımcısı olarak kabul edilmelidir.

1883'te İsveçli mühendis G. Dach, tek kademeli bir buhar türbininin ilk tasarımını ve 1884-1885'te önerdi. İngiliz C. Parson, ilk çok kademeli türbini tasarladı. C. Parson, 1899'da Elberfeld'deki (Almanya) hidroelektrik santralinde kullandı.

Tamirci. Türbinlerin çalışması, kanatlı bir çarkın su buharı veya gaz basıncı altında dönmesine dayanır. Bu nedenle, ana çalışma kısmı türbin rotorudur - mile sabitlenmiş, jantı boyunca kanatları olan bir disk. Buhar kazanından çıkan buhar, özel kanallarla (nozullar) rotor kanatlarına yönlendirilir. Memelerde buhar genişler, basıncı düşer, ancak çıkış hızı artar, yani. buharın iç enerjisi jetin kinetik enerjisine dönüştürülür.

Buhar türbinleri iki tiptir: rotorlarının dönüşü, struminin kanatlara çarpması sonucu meydana gelen aktif türbinler ve kanatların, aralarındaki boşluktan buharın kaçmasını sağlayacak şekilde yerleştirildiği jet türbinleri. onları, jet itişi oluşturur. Bir buhar türbininin avantajları arasında yüksek hız, önemli güç ve yüksek güç yoğunluğu bulunur. Buhar türbinlerinin verimliliği %25'e ulaşıyor. Türbin, değişen nozüller ve rotor kanatlarından oluşan birkaç basınç aşamasına sahipse artırılabilir. Böyle bir türbindeki buharın hızı çalışma kanadında azalır ve ardından (nozuldan geçtikten sonra) basınçtaki düşüş nedeniyle tekrar artar. Böylece, dereceden dereceye, buharın basıncı art arda azalır ve tekrar tekrar çalışır. Modern türbinler 30'a kadar aşamaya sahiptir.

Türbinlerin dezavantajı atalet, dönme hızının kontrol edilememesi, geri dönüş olmamasıdır.

Tarihçi. Isı motorları jet motorlarıdır. Bu tür motorların teorisi, 20. yüzyılın başında yazılan E. K. Tsiolkovsky'nin eserlerinde yeniden üretilir ve bunların tanıtımı, başka bir Ukraynalı mucit olan S. P. Korolev'in adıyla ilişkilendirilir. Özellikle onun liderliğinde uçaklarda kullanılan ilk jet motorları yaratıldı (1942) ve daha sonra (1957) ilk uzay uydusu ve ilk insanlı uzay aracı fırlatıldı (1961). Jet motorlarının çalışma prensibi nedir?

Güç dağılımına bağlı olarak, bu motorlar turbojet ve turboprop olarak ayrılır. Birincisi, güçlerinin çoğunu jet itişine, ikincisi ise bir gaz türbininin dönüşüne harcıyor.

Ekolojist. Jet motorları da yakıt yaktığı için tüm ısı motorları gibi yanma sırasında açığa çıkan zararlı maddelerle çevreyi kirletirler. Bunlar karbondioksit (CO 2), karbon monoksit (CO), kükürt bileşikleri, nitrojen oksitler ve diğerleridir. Otomobil motorlarının çalışması sırasında bu maddelerin kütleleri kilogram ise, şimdi ton ve senttirler. Ayrıca, yüksek irtifa uçak uçuşları, uzay roketlerinin fırlatılması, askeri balistik füzelerin uçuşları, atmosferin ozon tabakasını olumsuz etkileyerek yok eder. Arka arkaya yüz Uzay Mekiği fırlatılmasının, Dünya atmosferinin koruyucu ozon tabakasını neredeyse tamamen yok edebileceği hesaplandı, Üstat. Geleceğin motorları ne olmalı? Tamirci. Uzmanların çoğu, bunların hidrojen motorları olması gerektiğine inanıyor, yani hidrojenin oksijenle reaksiyona girerek su oluşumuna neden olduğu motorlar. Bu yönde yapılan geliştirmeler, bu tür motorların birçok farklı tasarımını veriyor: tankların uygun gazlarla doldurulduğu motorlardan, yakıtın şeker şurubu olduğu makinelere. Yakıtın yağ, alkol ve hatta biyolojik atık olduğu yapılar da var. Ancak şimdiye kadar, tüm bu motorlar yalnızca endüstriyel üretime girmekten çok uzak olan deneysel örnekler biçiminde var. Ancak bu gelişmeler bile gelecekte modern makinelere göre çevre açısından çok daha temiz makineler elde edeceğimize dair umut veriyor. Ve henüz çevreyi hiç kirletmeyecek bir ısı motoru yaratmayı başaramamış olsak da bunun için çaba göstereceğiz.