Šiluminis variklis
Inžinerijoje ir termodinamikoje šilumos variklis šilumos energiją paverčia mechaniniu darbu, naudodamas temperatūrų skirtumą tarp karšto "šaltinio" ir šalto "kriauklės". Šiluma perduodama iš šaltinio per variklio "darbinį korpusą" į "kriauklę", o šio proceso metu dalis šilumos virsta darbu, panaudojant variklyje esančių dujų ar skysčio savybes.
Yra daug šilumos variklių rūšių. Kiekvienas jų turi termodinaminį ciklą. Šiluminiai varikliai dažnai pavadinami pagal juose naudojamą termodinaminį ciklą, pavyzdžiui, Karno ciklas. Jie dažnai pasirenka kasdienius pavadinimus, pavyzdžiui, benzininiai / benzininiai, turbininiai arba garo varikliai.
Vidaus degimo varikliuose šiluma susidaro pačiame variklyje. Kiti šiluminiai varikliai gali absorbuoti šilumą iš išorinio šaltinio. Šiluminiai varikliai gali būti atviri orui arba sandarūs ir uždari nuo išorės (tai vadinama atviru arba uždaru ciklu).
1 paveikslas: Šilumos variklio schema. TH yra šilumos šaltinis, o TC - šalčio kriauklė. QH yra į variklį tekanti šiluma. QC yra į šaltąjį radiatorių patenkanti atliekinė šiluma. W - naudingasis darbas, išeinantis iš variklio.
Apžvalga
Mokslininkai, tyrinėdami šiluminius variklius, pateikia idėjų varikliams, kurių iš tikrųjų neįmanoma sukurti. Jie vadinami idealiaisiais varikliais arba ciklais. Tikrieji šiluminiai varikliai dažnai painiojami su idealiais varikliais ar ciklais, kuriuos bandoma imituoti.
Apibūdinant fizinį įrenginį paprastai vartojama sąvoka "variklis". Apibūdinant idealą vartojamas terminas "ciklas".
Galima sakyti, kad termodinaminis ciklas yra idealus mechaninio variklio atvejis. Lygiai taip pat galima sakyti, kad modelis ne visai idealiai atitinka mechaninį variklį. Vis dėlto daug naudos duoda supaprastinti modeliai ir idealūs atvejai, kuriuos jie gali atspindėti.
Apskritai kuo didesnis temperatūrų skirtumas tarp karšto šaltinio ir šalto kriauklės, tuo efektyvesnis ciklas arba variklis. Žemėje bet kokio šilumos variklio šaltoji pusė apsiriboja oro temperatūra toje vietoje, kur yra variklis.
Daugiausia pastangų šilumos variklių efektyvumui didinti dedama didinant šilumos šaltinio temperatūrą, tačiau esant labai aukštai temperatūrai variklio metalas pradeda minkštėti.
Įvairių šiandien siūlomų ar naudojamų šilumos variklių efektyvumas svyruoja nuo 3 proc. (97 proc. atliekinės šilumos) OTEC vandenyno jėgainės pasiūlyme, 25 proc. daugumoje automobilių variklių, 45 proc. superkritinės anglies jėgainėje iki maždaug 60 proc. garo aušinamoje kombinuoto ciklo dujų turbinoje. Visų šių procesų efektyvumas (arba jo trūkumas) padidėja dėl temperatūros kritimo juose.
Mažiausiai efektyvi OTEC technologija naudoja vandenyno paviršiaus ir gelmių vandens temperatūrų skirtumą, kuris yra nedidelis, gal 25 laipsnių Celsijaus skirtumas, todėl jos efektyvumas turi būti mažas.
Efektyviausia kombinuoto ciklo dujų turbina degina gamtines dujas, kad oras būtų pašildytas beveik iki 1530 laipsnių Celsijaus, t. y. didelis 1500 laipsnių Celsijaus temperatūrų skirtumas, todėl efektyvumas gali būti labai didelis, kai pridedamas garo aušinimo ciklas.
Kasdieniai pavyzdžiai
Žmonės dažniausiai naudoja šilumos variklius, kuriuose šiluma gaunama iš ugnies, plečiančios darbinį skystį (paprastai vandenį arba orą), o šilumos sugėriklis yra vandens telkinys arba atmosfera, kaip aušinimo bokšte.
Žinomi varikliai, kuriuose naudojamas įkaitusių dujų plėtimasis: garo variklis, dyzelinis variklis ir benzininis (benzininis) automobilio variklis.
Stirlingo variklis yra kur kas retesnis, tačiau jį galima rasti mažuose modeliuose, kurie gali veikti nuo rankos šilumos.
Vienas iš žaislinių šilumos variklių yra geriantis paukštis.
Bimetalinė juostelė - tai įtaisas, kuris temperatūrą paverčia mechaniniu judesiu ir naudojamas termostatuose temperatūrai reguliuoti. Tai šilumos variklis, kuriame nenaudojamas skystis ar dujos.
Susiję puslapiai
- Šilumos siurblys
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra šilumos variklis inžinerijoje ir termodinamikoje?
A: Šiluminis variklis - tai įrenginys, kuris šilumos energiją paverčia mechaniniu darbu, naudodamas temperatūrų skirtumą tarp karšto "šaltinio" ir šalto "kriauklės".
K: Kaip veikia šilumos variklis?
A: Šiluma iš šaltinio per variklio darbinį korpusą perduodama į kriauklę, o šio proceso metu dalis šilumos paverčiama darbu, pasinaudojant variklyje esančių dujų ar skysčio savybėmis.
K: Kokie yra termodinaminiai ciklai, susiję su šilumos varikliais?
A: Yra daug šilumos variklių rūšių, kurių kiekvienas turi tam tikrą termodinaminį ciklą. Jie pavadinti pagal naudojamą termodinaminį ciklą, pavyzdžiui, Karno ciklas.
K: Kokie šilumos variklių, pavadintų kasdienių daiktų vardais, pavyzdžiai?
A: Kai kurie šilumos variklių, pavadintų kasdienių objektų vardais, pavyzdžiai yra benzininiai ir benzininiai varikliai, turbininiai varikliai ir garo varikliai.
K: Kaip vidaus degimo varikliai gamina šilumą?
A: Vidaus degimo varikliai šilumą gamina pačiame variklyje.
K: Ar šilumos varikliai gali būti atviri orui?
A: Taip, šilumos varikliai gali būti atviri orui arba sandarūs ir uždari nuo išorės. Tai vadinama atviru arba uždaru ciklu.
K: Ar visi šilumos varikliai sugeria šilumą iš išorinio šaltinio?
Atsakymas: Ne, kai kurie šilumos varikliai gali sugerti šilumą iš išorinio šaltinio, kiti gali gaminti šilumą pačiame variklyje.
