Тепловые двигатели виды: Тепловые двигатели | Физика

Тепловые двигатели | Физика

Развитие техники во многом зависит от умения как можно более полно использовать те запасы внутренней энергии, которые содержатся в топливе.

Использовать внутреннюю энергию — значит совершить полезную работу, например переместить поршень, поднять груз и т. д.

Проделаем опыт. Нальем в пробирку немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Под давлением образовавшегося пара пробка выскочит и поднимется вверх. Сначала в этом опыте энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара. Затем пар, расширяясь, совершил работу — поднял пробку.

Если мы заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а пробку — плотно пригнанным поршнем, способным двигаться внутри цилиндра, то получим простейший тепловой двигатель.

Тепловым двигателем называют устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива.

Существуют разные виды тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, газовая и паровая турбины, реактивный двигатель. В каждом из них энергия топлива сначала переходит в энергию газа (или пара), который затем, расширяясь, совершает работу. В процессе совершения этой работы часть внутренней энергии газа превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя.

Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

КПД теплового двигателя находят по формуле

где Q — количество теплоты, полученное в результате сгорания топлива; А — работа, совершаемая двигателем.

В результате того, что А всегда меньше Q, коэффициент полезного действия любою теплового двигателя оказывается меньше 100 %.

Первые тепловые двигатели были построены в конце XVIII в. Это были

паровые машины.

Основной частью паровой машины является цилиндр, внутри которого находится поршень. Поршень приводится в движение паром, который поступает из парового котла.

Первая универсальная паровая машина была построена английским изобретателем Джеймсом Уаттом. Начиная с 1768 г. на протяжении многих лет он занимался усовершенствованием ее конструкции. При поддержке крупного промышленника Болтона за десять лет в период с 1775 по 1785 г. фирма Уатта построила 66 паровых машин: из них 22 для медных рудников, 17 для металлургических заводов, 7 для водопроводов, 5 для каменноугольных шахт и 2 для текстильных фабрик. За следующее десятилетие той же фирмой было поставлено уже 144 такие машины.

Изобретение паровой машины сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Недаром на памятнике Уатту написано: «Увеличил власть человека над природой».

1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела. 2. Что называют тепловым двигателем? 3. Назовите виды тепловых двигателей. 4. Что называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя? 5. Кто изобрел паровую машину?

Тепловые двигатели. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Тепловые двигатели.
Машины, преобразующие внутреннюю энергию механическую работу называют тепловыми двигателями
Хронология изобретений: 1690 — пароатмосферная машина Д.Папена (Франция) — теоретически 1698 —  пароатмосферная машина Т.Севери (Англия) 1705 —  пароатмосферная машина Т.Ньюкомена (Англия) 1763 — паровая машина И.Ползунова (Россия) 1774 — паровая машина Д.Уатта (Англия) 1860 — двигатель внутреннего сгорания Ленуара (Франция) 1865 — двигатель внутреннего сгорания Н.Отто (Германия) 1871 — холодильная машина К.Линде (Германия) 1887 — паровая турбина К.Лаваля (Швеция) 1897 — двигатель внутреннего сгорания Р. Дизеля (Германия)
Круговой (циклический) процесс — если в результате изменений система вернулась в исходное состояние, то говорят, что она совершила круговой процесс или цикл. А1а2>А1б2 — по модулю (из сравнения площадей). А1а2>0 А1б2<0 Суммарная работа за циклический процесс численно равна площади, ограниченной линией процесса. Из второго з-на термодинамики: ни один тепловой двигатель не может иметь кпд равный единице (100%).  , где А — работа двигателя за цикл, Q — количество теплоты, полученное двигателем  за цикл.
Принцип работы теплового двигателя: Q = A’ + ΔU — количество теплоты, переданное системе расходуется на совершение этой системой механической работы и на увеличение ее внутренней энергии (т. е. система должно отдать тепло в окружающее пространство) — 1-й з-н термодинамики.	Q = A’ + ΔU
Нагреватель передает тепло рабочему телу при температуре Т1. Рабочее тело совершает полезную механическую работу A’. Холодильник (охладитель) получает часть тепла, обеспечивая циклический процесс. A’ = Q1 — Q2 Коэффициент полезного действия теплового двигателя:
Кпд реальных двигателей: турбореактивный — 20 -30%; карбюраторный — 25 -30%, дизельный — 35-45%. 0 — 1 — впуск горючей смеси (изобара) 1 — 2 — сжатие (адиабата) 2 — загорание горючей смеси 2 -3 -резкое возрастание давления (изохора) 3 -4 — рабочий ход (адиабата) 4 — 0 — выпуск
Идеальная тепловая машина — машина Карно (Сади Карно, Франция, 1815). Машина работает на идеальном газе. 1 — 2 — при тепловом контакте с нагревателем газ расширяется изотермически. 2 — 3 — газ расширяется адиабатно. После контакта с холодильником: 3 — 4 — изотермическое сжатие; 4 — 1 — адиабатное сжатие.
КПД идеальной машины: η является функцией только двух температур, не зависит от устройства машины и вида топлива.
Теорема Карно: кпд реальной тепловой машины не может быть больше кпд идеальной машины, работающей в том же интервале температур.
Цикл Карно обратим. Машина, работающая по обратному циклу наз. холодильной машиной.

Виды тепловых двигателей — Физика

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания  — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу . Гайнуллин Ильнур

Изобретатель

• Этьен Ленуар — французский изобретатель бельгийского происхождения, изобретатель двигателя внутреннего сгорания.

• Родился:  12 января 1822 г., Люксембург.
• Умер:  4 августа 1900 г., Франция.

Внешний вид. КПД.

•   Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. КПД двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигатель.

Топливо

• По началу ДВС работал на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. Однако это обстоятельство сильно суживало область применения первых ДВС.
• Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину.

Преимущества и недостатки

• Преимущества : 1. Высокая дальность передвижения на одной заправке; 2. Малый вес и объем топливного бака. Недостатки : 1. Низкий средний КПД во время эксплуатации; 2. Высокое загрязнение окружающей среды; 3. Обязательное наличие КПП; 4. Отсутствие режима рекуперации (пере-использования) энергии; 5. Работа ДВС подавляющую часть времени с недогрузом

Дизельный двигатель

• Рудо́льф Кристиа́н Карл Ди́зель (нем. Rúdolf Chrístian Karl Diésel; 18 марта 1858, Париж — 29 сентября 1913, Ла-Манш) — немецкий инженер и изобретатель, создатель дизельного двигателя (1897).

Внешний вид двигателя

• Ди́зельный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.

• Спектр топлива для дизельных двигателей весьма широк, сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения — рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определённым успехом работать и на сырой нефти.

• На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте. В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре .

Коэффициент полезного действия.

• Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40-45 %, некоторые малооборотные крупные двигатели — свыше 50 %

• Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жёстких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла. А чем тяжелее топливо и чем выше содержание атомов углерода в его молекулах, тем выше его теплотворная способность (калорийность), тем выше эффективность двигателя.

Преимущества и недостатки

• 1.Одним из существенных недостатков дизеля является его низкая морозоустойчивость. К сожалению, дизтопливо при низких температурах густеет, и потому завести машину практически невозможно. 2.Ремонт дизельного двигателя по стоимости мог бы быть равноценен ремонту бензинового двигателя, но если из строя выйдет ТНВД, то это обернётся более серьёзными суммами. А вывести из строя ТНВД может некачественная солярка.

• 1.Главное преимущество дизельного двигателя – конечно в его мощной тяговитости. Автотранспорт с дизелем в большинстве своём применяется для перевозки грузов. 2.Вторым плюсом дизеля является его экономичность.Стоимость литра дизельного топлива намного дешевле литра бензина. Его дешевизна объясняется тем что дизтопливо – это по сути,отходы производства бензина.

Дизель вреден ли для человека?

• Согласно результатам исследований, пары дизельного топлива способны вызывать образование в легких раковых клеток. Вдыхание воздуха, наполненного парами дизтоплива, по своему вредоносному влиянию сопоставимо с пассивным курением. И теперь борцы за экологию и чистый воздух обвиняют правительства в целенаправленном усугублении проблем европейцев со здоровьем путем популяризации автомобилей, работающих на дизельном топливе.

Самый быстрый автомобиль на дизельном топливе.

• 23 августа 2006 года на просторах высохшего озера Бонневиль (Bonneville) прототип JCB Dieselmax под управлением пилота Энди Грина установил новый мировой рекорд скорости для дизельных автомобилей — 563,418 км/ч. Предыдущий рекорд был поставлен в 1973 году и составлял 379,4 км/ч.

Самый большой/мощный дизельный двигатель

• Судовой, 14 цилиндровый — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, созданный финской компанией Wärtsilä в 2002 году, для установки на крупные морские контейнеровозы и танкеры, является самым большим дизелем в мире.
• Конфигурация — 14 цилиндров в ряд
• Рабочий объём — 25 480 литров
• Среднее эффективное давление — 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)
• Мощность — 108 920 л. с. при 102 об./мин. (отдача с литра 4,3 л. с.)
• Расход топлива — 13 724 литров в час
• Сухая масса — 2300 тонн
• Габариты — длина 27 метров, высота 13 метров

Реактивный двигатель

• Год создания 10 ноября 1935 года

Создатель реактивного двигателя

• Создатель первого реактивного двигателя Ганс фон Охайн — немецкий инженер-конструктор и изобретатель. Участвовал в разработке первого турбореактивного самолета и немецкого турбореактивного авиационного двигателя.

Внешний вид

Реактивный двигатель

состоит из

компрессора,

турбины, сопло,

смесителя, камеры

сгорания,

вентилятора

Принцип работы

• В начале турбины стоит вентилятор, который засасывает воздух из внешней среды в турбины. Вентилятор обладает большой площадью и огромным количеством  лопастей специальной формы, сделанных из титана. Основных задач две – забор воздуха и охлаждение всего двигателя в целом, путем прокачивание воздуха между внешней оболочкой двигателя и внутренними деталями. Это охлаждает камеры смешивания и сгорания и не дает им разрушится.
• Сразу за вентилятором стоит мощный компрессор, который нагнетает воздух под большим давлением в камеру сгорания.
• Камера сгорания выполняет еще и роль карбюратора, смешивая топливо с воздухом. После образования топливо воздушной смеси она поджигается. В процессе возгорания происходит значительный разогрев смеси и окружающих деталей, а также объемное расширение. Фактически реактивный двигатель использует для движения управляемый взрыв.

Принцип работы

• Камера сгорания реактивного двигателя одна из самых горячих его частей  – её необходимо постоянно интенсивное охлаждение. Но и этого недостаточно. Температура  в ней достигает 2700 градусов, поэтому её часто делают из керамики.
• После камеры сгорания горящая топливо-воздушная смесь направляется непосредственно в турбину.
• Турбина  состоит из сотен лопаток, на которые давит реактивный поток, приводя турбину во вращение. Турбина в свою очередь вращает вал, на котором “сидят” вентилятор и компрессор. Таким образом система замыкается и требует лишь подвода топлива и воздуха для своего функционирования.
• После турбины поток направляется в сопло. Сопло реактивного двигателя – последняя, но далеко не по значению часть реактивного двигателя. Оно формирует непосредственно реактивную струю. В сопло направляется холодный воздух, нагнетаемый вентилятором для охлаждения внутренних деталей двигателя. Этот поток ограничивает манжету сопла от сверхгорячего реактивного потока и дает ей расплавится.

Преимущества и недостатки

1)Проще по

4) Основным

конструкции, чем

недостатком является

остальные двигатели.

очень большая трата

2)Дешевле остальных

топлива

двигателей .

3) Нет требования

иметь источник

постоянного тока

Прочее

КПД ( Реактивного двигателя )-30%

Топливом чаще всего используют —

керосин .

Двигатели будущего

• Ионный двигатель
• Электромобиль
• «Чистые» двигатели

Ионный двигатель

• Ионный двигатель  — тип  электрического ракетного двигателя , принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе  ионизированного   газа , разогнанного до высоких скоростей в  электрическом поле . Технические характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1—7 кВт, скорость истечения ионов 20—50 км/с, тяга 20—250 мН, КПД 60—80 %, время непрерывной работы более трёх лет. Рабочим телом, как правило, является ионизированный  инертный газ  ( аргон ,  ксенон  и т. п.), но иногда и  ртуть . Достоинством этого типа двигателей является малый расход топлива и продолжительное время функционирования (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трёх лет). Недостатком ионного двигателя является ничтожная по сравнению с  химическими двигателями   тяга . По сравнению с двигателями с  ускорением в магнитном слое  ионный двигатель обладает большим энергопотреблением при равном уровне тяги. Ионные двигатели используют повышенные напряжения, обладают более сложной схемой и конструкцией, что усложняет решение задачи обеспечения высокой надёжности и электрической прочности двигателя.

Ионный двигатель

Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите  искусственных спутников Земли  (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических  космических станций .

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд  негравитационного ускорения  космического аппарата в космосе —  Deep Space 1  смог увеличить скорость аппарата массой около 370 кг на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона. Этот рекорд был побит космическим аппаратом  Dawn : впервые — 5 июня 2010 года, а к сентябрю 2016 года набрана скорость уже в 39900 км/ч (11,1 км/с)

Электромобиль

• Электромобиль  —  автомобиль , приводимый в движение одним или несколькими  электродвигателями  с питанием от автономного источника электроэнергии ( аккумуляторов ,  топливных элементов  и т. п.), а не  двигателем внутреннего сгорания . Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и  электрической передачей , а также от  троллейбусов  и  трамваев .

Электромобиль

Электромобили отличаются низкими транспортными расходами.   Ford Ranger  потребляет 0,25  кВт·ч  на один  километр  пути,  Toyota RAV4 EV  — 0,19 кВт·ч на  километр . Средний годовой пробег автомобиля в  США  составляет 19200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в  США  от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 — от $180 до $970.

В  России  стоимость  электроэнергии  — порядка 12 центов (3,8 руб) за кВт·ч по дневному тарифу и около 3 центов (0,95 руб) за кВт·ч ночью . Таким образом, транспортные расходы электромобиля в России будут несколько ниже, чем в  США , поскольку заряжаться он будет, скорее всего, ночью. КПД   тягового электродвигателя  составляет 88—95 %.

Существует мнение,что низкий уровень  шума  электромобилей может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. Разумеется, резкий шум работающего мощного  электродвигателя  трудно с чем-то спутать, шум электроприводов  троллейбуса  (в основном, воздушных компрессоров и

вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда  метро  широко известен, так что электромобилюнеобходимо обычное для транспорта шумоподавление.

Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном, это шум трения колёс об асфальт, гравий или другое покрытие..

Солнечная батарея

Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей ( фотоэлементов ) —  полупроводниковых  устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от  солнечных коллекторов , производящих нагрев материала- теплоносителя

Солнечные батареи: плюсы и минусы

• Самый первый плюс — это  неиссякаемость и вседоступность источника энергии .
• Второе достоинство солнечных батарей — это их  экологичность .
• Третий плюс солнечных батарей- это независимость
• Самый первый недостаток —  необходимость первоначальных больших инвестиций ость батарей от топлива
• Низкий уровень КПД . Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. КПД в таком случае равен 14-15%

Значение тепловых двигателей – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Структура урока	Деятельность учителя	Деятельность учащихся	УУД	Методы обучения	Способ организации деятельности
1. Организационный момент	Беседа: создание положительного настроя на работу	Учащиеся готовятся к уроку, организовывают рабочее место	Kоммуникативная планировать свою деятельность	Словесный, мотивация учебной деятельности	Фронтальный
2. мобилизующее начало урока сообщение темы урока ●Постановка проблемы ●Поиск решения ●Обобщение и формулировка темы урока	Показать изображения механизмов: реактивный двигатель, паровая машина, паровоз, самолет, легковой автомобиль ●Назвать механизмы, ●наводящими вопросами помочь сформулировать тему урока	Отвечают на вопросы Учащиеся формулируют тему: «Тепловые двигатели»	Коммуникативная Строить высказывания Регулятивные Выдвигать версии, обнаруживать и формулировать учебную проблему Познавательные: наблюдать, делать выводы, анализировать объекты с целью выделения признаков Личностные Отстаивать точку зрения	Наглядный, словесный проблемный	фронтальный
3. Целеполагания и мотивации	Показывает модели двухтактного, четырехтактного двигателя и паровую турбину	Учащиеся обсуждают и делают выводы. Целями урока будут: Познакомиться с понятием «тепловые двигатели» Выявить виды тепловых двигателей Выяснить принцип работы двигателей	Регулятивные: Выдвигать версии, Уточнять, дополнять, Уметь слушать, Ставить цели Личностные Отстаивать точку зрения, делать выбор Коммуникативные Развитие речевой деятельности Оформлять свои мысли в устной форме Познавательные: наблюдать, строить логические цепочки рассуждений	Наглядный, словесный, познавательный   Коллективное целеполагание	фронтальный
4. Актуализация знаний	По тем же моделям задает вопросы: какие виды энергии вы знаете какие превращения энергии могут быть какие превращения энергии происходили в данных моделях	Учащиеся отвечают на вопросы	Регулятивные: Обнаруживать учебную проблему и выдвигать версии Личностные Искать свою позицию, Строить логическую цепочку рассуждений Коммуникативная Приводить аргумент Познавательные: Применять известные факты для ответов на вопросы	Проблемный диалог	фронтальный
5. изучение нового материала	задает наводящие вопросы, помогающие сформулировать выводы ● какое преобразование энергий происходило в опыте ● что совершает работу по выталкиванию пробки ● Как это можно применить в механизме ● Как будут называться такие механизмы	Самостоятельно выполняют эксперимент: нагревание пробирки с водой, плотно закрытой пробкой ●Энергия топлива (преобразованная во внутреннюю энергию воды) переходит во внутреннюю энергию воздуха. Внутренняя энергия воздуха превратилась в кинетическую энергию пробки. ●Воздух совершил работу – вытолкнул пробку. Учащиеся формулируют определение: Тепловые двигатели- машины, которые преобразуют внутреннюю энергию в механическую Выполняют запись в тетрадь, работа с определением: подчеркивание главных слов в определении	Регулятивные: работа по плану, сверяя свои действия с целью Личностные: Уметь оценивать результат, делать выводы Познавательные: наблюдать, делать выводы, Выдвигать гипотезы и их обосновывать, сравнивать, формулировать определение Коммуникативные: Взаимодействовать, слушать, учитывать разные мнения	Наглядный, словесный, познавательный комплексный метод формирования информационной компетенции (учебно-исследовательская работа, предполагающая лабораторное наблюдение)	Работа в парах
		Историческая справка виды тепловых двигателей	Регулятивные: Уметь слушать, анализировать Познавательные: наблюдать Коммуникативные: Слушать Личностные: Понимать значение обучения	словесный, Метод проектов Комплексный метод формирования информационной компетенции(информационные учебные проекты)	фронтальная
	Показывает иллюстрации двигателей.	учащиеся определяют вид двигателя	Познавательные: работа по распознаванию вида двигателя Личностные: Делать выбор Коммуникативные: Принимают решения, строят высказывания Регулятивные: Выдвигать версии	Наглядный, познавательный	фронтальная
	Учитель знакомит учащихся с устройством двигателя внутреннего сгорания Рассмотрим принцип работы тепловых машин на примере	Записывают название частей двс	Регулятивные: Уметь слушать, анализировать Личностные: Осознавать необходимость изучения данной темы Коммуникативные: Слушать Познавательные: Анализировать объект с целью выделения существенных признаков	Наглядный, словесный, познавательный	фронтальная
	Запустить анимацию «работа двс»	Учащиеся знакомятся с работой двс, описывают работу двс по плану. Заполняют таблицу (можно воспользоваться учебником рис 25 стр 54)	Коммуникативные: Высказывают точку зрения, организовывать учебное взаимодействие, сотрудничать Личностные: Понимают значение и смысл содержания Познавательные: Уметь использовать компьютерные технологии, осуществлять поиск необходимой информации, преобразовывают информацию в таблицу Регулятивные: Выдвигают версии	Наглядный, познавательный работа с учебным материалом	Работа в парах
	Вывести на экран заполненную таблицу	Учащиеся сверяют заполненные таблицы с таблицей на экране	Коммуникативные: Подтверждают свою позицию, корректируют свое мнение Регулятивные: Сличение с образцом, вносить коррективы в действие после его завершения Личностные: Оценивать усваиваемое содержание Познавательные: Анализировать, делать выводы, сравнивать с образцом	Наглядный, Технология оценивания образовательных достижений	фронтальная
6. Закрепление изученного	Задает вопросы: ●Для чего в двигателе автомобилей делают несколько цилиндров? ●Объясните зачем в цилиндры дизельного двигателя( двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии? Лукашик 1137	Отвечают на вопросы	Коммуникативные: Отстаивать точку зрения, слушать Познавательные: Устанавливать причинно-следственные связи, делают выводы Регулятивные: Выдвигают версии, дополняют ответы Личностные: Отстаивать свою точку зрения	Проблемные вопросы	фронтальная
	●Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его кпд, на его окружающей среде?	Обсуждают домашние заготовки, формулируют мнение группы	Регулятивные: Обнаруживать учебную проблему, выдвигать версии Личностные: Искать свою позицию Коммуникативные: Выражать свои мысли, договариваться и приходить к общему решению в совместной деятельности Познавательные: Осуществляют поиск необходимой информации	Метод проектов Проблемная задача Проблемно-ориентированная дискуссия учащихся)	Работа в группах
7. Систематизация и обобщение	Проверить усвоение материала, выявить проблемы понимания материала	Отвечают на вопросы теста(2 экземпляра). Один экземпляр учащиеся сдают учителю, второй проверяет сосед по парте Подводят итог урока	Регулятивные: Определять степень успешности своей работы, осуществлять итоговый контроль Личностные: Оценивать усваиваемое содержание Коммуникативные: Быть готовым корректировать свою точку зрения Познавательные: Отвечать на вопросы	Тест с взаимопроверкой Технология оценивания образовательных достижений Методы формирования коммуникативной компетенции, ориентированные на письменную компетенцию (проверка работы, выполненной товарищем) Методы формирования компетенции разрешения проблем (коллективное подведение итогов)	Работа в парах
8. Домашнее задание	§21,22 Подготовить сообщение с презентацией о других видах тепловых машин. Реактивные двигатели, турбины, паровые машины, холодильные установки. По плану: 1) история развития; 2) современное применение двигателей; 3) их влияние на окружающую среду.	Задают вопросы по содержанию домашнего задания	Регулятивные: Уметь слушать, Личностные: Прогнозировать свою деятельность Коммуникативные: Планировать свою деятельность Познавательные: Работа на создание источников информации	Формирование готовности к самообразованию на основе устойчивой учебно-познавательной деятельности	фронтальная
9. Рефлексия	Благодарит учащихся за работу на уроке, спрашивает , что было непонятно на уроке	Анализируют свою деятельность	Личностные: Оценивать усваиваемое содержание Коммуникативные: Выражать свои мысли Регулятивные: Определять степень успешности своей работы	Технология оценивания образовательных достижений	фронтальная

Виды тепловых двигателей

Виды тепловых двигателей

Теловой двигатель

Ежедневно мы имеем дело с двигателями, приводящими в движение автомобили, корабли, производственную технику, железнодорожные локомотивы и самолеты. Именно появление и широкое использование тепловых машин быстро продвинуло вперед промышленность.

· Тепловой двигатель – тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует теплового решения вещества от температуры. Обычно работа совершается за счет изменения объёма вещества, но иногда используется изменение формы рабочего тела (в твёрдотельных двигателях).

Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давления по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие разницы температур, производится нагревание рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем (например, при сжигании топлива) и охладителем, в роли которой используется окружающая среда.

Миллионы автомобилей на двигателях внутреннего сгорания занимаются перевозом пассажиров и грузов. По железным дорогам ходят мощные тепловозы, по водным траекториям – теплоходы. Самолеты и вертолеты снабжены поршневыми, турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. Ракетные двигатели «толкают» в космическое пространство станции, корабли и спутники Земли. Двигатели внутреннего сгорания в сельском хозяйстве устанавливают на комбайнах, насосных станциях, тракторах и прочих объектах.

Применение теплового двигателя

1. Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей (в основном мощных паровых турбин) на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока. Около 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на тепловых электростанциях.

2. Тепловые двигатели (паровые турбины) устанавливают также на атомных электростанциях. На этих станциях для получения пара высокой температуры используется энергия атомных ядер.

3. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели. На автомобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания с внешним образованием горючей смеси (карбюраторные двигатели) и двигатели с образованием горючей смеси непосредственно внутри цилиндров (дизели). Эти же двигатели устанавливаются на тракторах.

4. На железнодорожном транспорте до середины XX в. основным двигателем была паровая машина. Теперь же главным образом используют тепловозы с дизельными установками и электровозы. Но и электровозы получают энергию от тепловых двигателей электростанций.

5. На водном транспорте используются как двигатели внутреннего сгорания, так и мощные турбины для крупных судов.

6. В авиации на легких самолетах устанавливают поршневые двигатели, а на огромных лайнерах — турбовинтовые и реактивные двигатели, которые также относятся к тепловым двигателям. Реактивные двигатели применяются и на космических ракетах.

7. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы дешевую электроэнергию и были бы лишены всех видов современного скоростного транспорта

Виды тепловых двигателей

1. Двигатель Стирлинга – тепловая машина, в которой рабочее тело, в виде газа или жидкости, движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочей площадки с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года.

В современной научной литература этот узел называется «регенератором»

Он увеличивает производительность двигателя, удерживая тепло в тёплой части двигателя, в то время как рабочее тело охлаждается. Этот процесс намного повышает эффективность системы. Чаще всего регенератор представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа).

Газ, проходя через наполнитель в одну сторону, отдаёт тепло регенератору, а при движении в другую сторону отбирает его. Регенератор может быть внешним по отношению к цилиндрам, а может быть размещён на поршне-вытеснителе в β- и γ-конфигурациях. В последнем случае размеры и вес машины оказываются меньше.

Частично роль регенератора выполняет зазор между вытеснителем и стенками цилиндра (при длинном цилиндре надобность в таком устройстве вообще исчезает, но появляются значительные потери из-за вязкости газа). В α-стирлинге регенератор может быть только внешним. Он устанавливается последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

2. Паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно – поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу.

Первая паровая машина построена в XVII в. Папеном и представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливер Эвансом в 1769 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

3. Поршневой двигатель –двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень. Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов, помп, моторизованного инструмента (бензорезок (бензо-болгарок), газонокосилок, бензопил) и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий.

Полный цикл работы двигателя складывается из последовательности тактов — однонаправленных поступательных ходов поршня. Различают двухтактные и четырехтактные двигатели.

4. Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания – примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом, колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия.

Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско – ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще.

Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.

5. Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания –примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно – реактивные двигатели.

6. Реактивные и ракетные двигатели –представляет собой совмещенный тепловой двигатель и движетель, в нём внутренняя энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи разогретого рабочего тела. Реактивные двигатели отбрасывают нагретое рабочее тело с большой скоростью, за счет его проистечения, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. В тепловых реактивных двигателях обычно используется химическое топливо в газообразном, жидком или твердом состоянии, порождающее разогретый газ при сгорании.

Воздушно – реактивные двигатели используют газообразный окислитель из окружающей среды, тогда как ракетные двигатели снабжаются запасами всех компонентов рабочего тела с носителя и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве. Используются для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов

7. Твердотельные двигатели –такие двигатели используют твёрдый материал (вещество в твёрдой фазе) в качестве рабочего тела. Работа совершается при изменении формы рабочего тела. Позволяют использовать малые перепады температур.

Какие бывают тепловые двигатели?

Тепловые двигатели – это машины, которые производят механическую работу благодаря обмену тепла с другими внешними телами. Нагревание происходит обычно благодаря тому, что сгорает топливо, в результате чего получается достаточная температура на нагревательном элементе. В данном случае работа осуществляется благодаря использованию энергии смеси кислорода и топлива. Есть различные виды тепловых двигателей, работа которых основана на нагреве с помощью Солнца, разницы в температурах воды. Однако такие машины не получили достаточного распространения и значения. В эксплуатации сейчас часто можно обнаружить двигатели, использующие выделяющуюся тепловую энергию расщепления атомных ядер в реакторе.

Паросиловые станции

Поршневые паровые (тепловые) двигатели были созданы в конце девятнадцатого века. Через сто лет появились и первые паровые турбины. Как говорит само название, принцип работы основан на паре, обычно водяном, но есть возможность применять даже пары ртути. Турбины на пару устанавливаются на мощных электростанциях и крупных кораблях. Поршневой двигатель же нашел применение разве что в водном транспорте (пароходы и паровозы) и на железной дороге. Для успешной работы самого двигателя на пару необходимы некоторые вспомогательные устройства и машины, что в совокупности составляет паросиловую станцию, в которой циркулируют всегда одни и те же водные потоки. Они трансформируются в специальных котлах в пар, а затем уже пар производит необходимую работу в поршневой машине (или в турбине). Следующим этапом является превращение пара в охлаждаемом барабане в воду (конденсатор). Из него образовавшаяся вода через насос и сборный бак направляется опять в котел, замыкая круговорот водного потока. Обычно котел именуют термином «нагреватель», а конденсатор называют холодильником. Благодаря тому, что внутри установки циркулирует один и тот же поток воды, накипь практически не образуется.

Паровые котлы

Тепловые двигатели на пару (котлы) состоят из непосредственно котла и топки, в которой на колосниковых решеточках сжигается уголь (или, в некоторых, случаях дрова). Применять жидкое топливо можно с помощью его распыления паром в форсунках. Сжатый воздух, который вырывается из узкой трубки, всасывает жидкое топливо, а затем разбрызгивает его в необходимом направлении. Котел состоит из трубок и барабана. Через стены труб передается теплота от топочного газа воде. Изредка вода может находиться снаружи по отношению к трубам, а под ним – одни топочные газы, иногда – наоборот, то есть вода – внутри трубок, а горячий газ их омывает. В таких тепловых двигателях, как паровые котлы, пар перегревается в так называемых змеевиках, при этом он трансформируется в ненасыщенный из насыщенного. Таким образом, уменьшается конденсация паров на стенках турбины и паропроводов, а значит, повышается коэффициент полезного действия самой станции. На котел устанавливают манометр, с помощью которого осуществляется наблюдение за уровнем давления пара. Необходим и специальный клапан, который выпустит нужный объем пара в том случае, когда давление превысит предельную величину. На дне барабана есть приспособления для диагностики уровня воды.

Паровые турбины

Турбины состоят из стальных цилиндров, внутри них расположен вал, а на нем закреплены рабочие колеса, между которыми помещены направляющие лопаты или сопла. Пар, который вырывается между этими лопатками, попадает на лопатки у рабочего колеса, которое вращается и выполняет работу. Причина вращения самого колеса – реакция струи пара. В турбине потоки пара расширяются и охлаждаются, так как входят в нее по очень узким пароходам, а выходят – в широких трубах.

Двигатели внутреннего сгорания

Крайне распространенные тепловые двигатели работают на системе внутреннего сгорания и устанавливаются в танках, самолетах, автомобилях, тракторах и так далее. Работать они могут на разном топливе: керосин, бензин, сжатый горючий газ. Основная часть двигателя такого типа – это набор цилиндров. Внутри них и происходит сжигание какого-либо топлива. В цилиндре двигается поршень, который являет собой полый и закрытый только с одной стороны цилиндр. Поршень опоясан пружинами в виде колец. Их назначение – не пропустить газ, образованный во время сгорания топлива, в промежутки между самим поршнем и стенами цилиндра. Верхние части цилиндров связаны с закрытыми через клапаны каналы. Через них впускаются горячие смеси, а также выбрасываются отходы сгорания. Кроме этих клапанов сверху помещена свеча. Она является приспособлением, с помощью которого производится зажигание горючей смеси через полученную от электрических приборов (бобины или магнето) искры.

Карбюратор

Важная часть тепловых двигателей, которые работают на принципе внутреннего сгорания, – это карбюратор. Если впускной клапан в цилиндре открыт, то поршень двигается к валу, и воздух входит через отверстие. Воздушные массы проходят мимо трубки, соединенной с камерой, в которой находится бензин. Воздух с большой скоростью проходит возле конца трубки, всасывает бензин, а затем его распыляет. То есть образовывается горючая смесь, которая состоит из паров бензина и воздуха. Приток этой смеси в цилиндр ограничен дроссельными заслонками.

Такты работы двигателя

Есть всего четыре основных такта работы машины внутреннего сгорания:

1. Всасывание. Во время первого такта открывается клапан, поршень засасывает горючую смесь в цилиндр из карбюратора.
2. Сжатие. Во втором такте клапан впускной закрывается, а поршень двигается вверх и сжимает смесь, нагревая ее таким образом.
3. Сгорание. После того как поршень достигнет положения вверху, смесь зажигается при помощи получаемой от свечи электрической искры. Сила давления раскаленного газа выталкивает поршень вниз. Это движение передается валу, и совершается работа.
4. Выпуск (он же выхлоп). Открывается клапан выпускной, и все отработанные продукты сгорания выбрасывается в атмосферу через глушитель.

Из всех четырех тактов (во время которых происходит только два оборота вала) лишь третий – рабочий. Именно поэтому одноцилиндровый тепловой двигатель снабжают маховиком, который раскручивается и вращается во время всех других таков. Одноцилиндровый двигатель устанавливают разве что на мотоциклы. На автомобилях ставят более четырех цилиндров. При этом их устанавливают таким образом, чтобы хотя бы один из цилиндров был в работе на каждый такт. Для старта двигателя используют электромотор, который питается от стартера (аккумулятора).

Дизельные двигатели

В дизельной машине сжимается не смесь, а просто воздух, причем сжатие происходит многократное, а воздух нагревается до сотен градусов Цельсия. После завершения процесса сжатия в цилиндр вбрызгивают уже и жидкое топливо с помощью форсунки, которая работает от нагнетаемого компрессорами сжатого воздуха. Разбрызганная нефть зажигается благодаря высоким температурам. В это время происходит полезная работа, а затем – выброс отработанного газа. Дизели применяют в тепловозах, грузовиках, тракторах.

Реактивный двигатель

Такие тепловые машины по существу являются двигателями внутреннего сгорания, однако в них применяют так называемую реактивную струю. Сам двигатель находится в цилиндрическом корпусе. В переднее его отверстие входит воздух. Затем в компрессоре воздушный поток проходит вдоль оси самого двигателя. После компрессии поток попадает в камеру с горючим, где и образовывается горючая смесь, которая загорается. Таким образом, получаются высокотемпературные газы, которые движутся затем к выходным соплам, приводя в движение газовую турбину. Данные газы имеют невероятную скорость.

Виды тепловых двигателей

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу. Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины они могут использовать практически любой вид топлива — от дров до урана. Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Газовая турбина (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Состоит из компрессора, соединённого напрямую с турбиной, и камерой сгорания между ними. (Термин Газовая турбина может также относится к самому элементу турбина.)Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, где смешивается с топливом и происходит возгорание смеси. В результате сгорания возрастает температура, скорость и объём потока газа. Далее энергия горячего газа преобразуется в работу. При входе в сопловую часть турбины горячие газы расширяются, и их тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Затем, в роторной части турбины, кинетическая энергия газов заставляет вращаться ротор турбины. Часть мощности турбины расходуется на работу компрессора, а оставшаяся часть является полезной выходной мощностью. Газотурбинный двигатель приводит во вращение находящийся с ним на одном валу высокоскоростной генератор. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Энергия турбины используется в самолётах, поездах, кораблях и танках.

Преимущества газотурбинных двигателей

• · Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем;
• · Высокий КПД на максимальных оборотах, чем у поршневых двигателей.
• · Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей вибрацией, чем у поршневого двигателя.
• · Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
• · Низкие эксплуатационные нагрузки.
• · Высокая скорость вращения.
• · Низкая стоимость и потребление смазочного масла.

Недостатки газотурбинных двигателей

• · Стоимость намного больше, чем у аналогичных по размерам поршневых двигателей, поскольку материалы должны быть более крепкие и жаропрочные.
• · Машинные операции также более сложные;
• · Как правило, имеют меньший КПД, чем поршневые двигатели, на холостом ходу.
• · Задержка отклика на изменения настроек мощности.

Эти недостатки объясняют, почему дорожные транспортные средства, которые меньше, дешевле и требуют менее регулярного обслуживания, чем танки, вертолеты, крупные катера и так далее, не используют газотурбинные двигатели, несмотря на неоспоримые преимущества в размере и мощности.

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии. Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения). Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания. Основной сферой применения паровых турбин является выработка электроэнергии (около 86% мирового производства электроэнергии производится паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и подводных лодках). Было также построено некоторое количество паротурбовозов, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены тепловозами и электровозами.

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и в соответствии с законом сохранения импульса образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т.н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле. Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть, он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Существует два основных класса реактивных двигателей:

• · Воздушно-реактивные двигатели — тепловые двигатели, которые используют энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы. Рабочее тело этих двигателей представляет собой смесь продуктов горения с остальными компонентами забранного воздуха.
• · Ракетные двигатели — содержат все компоненты рабочего тела на борту и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Основным техническим параметром, характеризующим реактивный двигатель, является тяга (иначе — сила тяги) — усилие, которое развивает двигатель в направлении движения аппарата.

Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Виды тепловых двигателей

Тепловыми двигателями считают машины, которые совершают работу за счет получаемой теплоты.

К часто используемым тепловым двигателям отнесем:

• паросиловые станции, паровые поршневые двигатели;
• двигатели внутреннего сгорания, например, бензиновые двигатели, дизельные двигатели, реактивные двигатели.

Принципы работы тепловых двигателей

Тепловой двигатель преобразовывает теплоту в механическую работу. В тепловом двигателе нагреваемый пар расширяясь, давит на поршень и производит работу.

Тепловой двигатель состоит из:

• нагревателя;
• холодильника;
• рабочего тела, пара или газа, находящегося в емкости с поршнем, который может расширяться и сжиматься.

При конструировании теплового двигателя задача заключается в том, чтобы создать такие условия, при которых газ будет попеременно соприкасаться с нагревателем и холодильником.

1. Контактируя с нагревателем, рабочее тело нагревается, расширяется и совершает работу.
2. Соприкасаясь с холодильником газ сжимается, поршень уходит в первоначальное положения, работа совершается над рабочим телом.
3. Цикл может начинаться сначала.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Одной из первых машин, в которой человек использовал солнечную энергию, была ветряная мельница. В такой мельнице вращение крыльев при дуновении ветра приводит в действие вал, который совершает работу. Для появления ветра нужно, чтобы имелась разность давлений, которая появляется в результате температурной разницы в частях атмосферы. Ветер – это конвекционное перемещение атмосферы, вызванное ее неравномерным нагревом.

Так, энергия Солнца использовалась для получения работы в ветряном двигателе.

Периодически повторяющееся выполнение работы в результате охлаждения тел возможно, если тепловая машина не только получает теплоту от нагревателя, но и часть ее передает холодильнику (телу с более низкой температурой). На выполнение работы уходит только часть теплоты нагревателя, остальная теплота переходит к холодильнику.

Тепловым двигателем называют машину, которая производит механическую работу за счет обмена теплотой с окружающими телами.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Большая часть тепловых двигателей нагревание происходит за счет сгорания топлива, в результате этого процесса нагреватель обладает достаточно высокой температурой. При этом работа выполняется за счет внутренней энергии смеси топлива и кислорода из атмосферы.

Имеются тепловые двигатели, в которых нагревание выполняет Солнце. Проектируются машины, применяющие разницу температур воды в море.

Существуют и работают тепловые машины, которые используют теплоту, выделяемую в ядерном реакторе, при расщеплении и преобразовании ядер атомов.

Паровая машина

Первыми были сконструированы паровые поршневые двигатели (или паровые машины). Позднее на их основе были созданы паровые турбины.

Рабочим телом в этих двигателях обычно является водяной пар (возможны пары других веществ). Поршневые двигатели сейчас применяют редко, на железнодорожном и водном транспорте.

Паровые турбины используются на больших электростанциях и кораблях.

Паровой двигатель кроме основных элементов теплового двигателя имеет несколько вспомогательных устройств. Вся совокупность компонент парового двигателя называется паросиловой станцией. В паровом двигателе осуществляет циркуляцию вода. Она становится паром в котле, выполняет работу в турбине, снова становится водой в барабане. Затем она отправляется при помощи насоса через сборный бак в котел. Оборот воды в паросиловой станции изображен на схеме рис.1

Рисунок 1. Паровой двигатель. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В схеме, изображенной на рис.1 нагреватель – это котел, а холодильник – конденсатор, который охлаждается проточной водой. Поскольку в установке циркулирует одна и также вода, то накипи практически не образуется. Накипь влияет на КПД котла, уменьшая его.

Паровой котел – это топка и собственно котел. Топливо сжигают в топке. Сам котел составлен из барабана и труб, которые через свои стенки передают теплоту газов, нагретых при сгорании топлива, воде. Вода нагревается и превращается в пар. Энергия топочных газов не полностью передается воле, ее часть рассеивается. Потери энергии происходят и при неполном сгорании топлива.

Далее по паропроводу пар попадет в турбину. Турбина – это стальной цилиндр с валом внутри него. На валу укреплены рабочие колеса с изогнутыми лопатками. Между рабочими колесами имеются направляющие лопатки. Пар заставляет рабочее колесо вращаться, попадая на рабочие лопатки. В турбине пар увеличивает свой объем, при этом его температура уменьшается.

Турбина способна совершать вращение только в одном направлении, скорость ее вращение изменяется не очень сильно. Это удобно для вращения электрогенераторов.

КПД паросиловой станции может достигать 27%. Часть потерь энергии вызвана несовершенством конструкции и потерями, которые происходят при охлаждении пара водой в конденсаторе.

Теория дает следующий вывод, что КПД тепловой машины не может быть больше, чем:

где $T_1$ – температура нагревателя; $T_2$ – температура холодильника.

Двигатель внутреннего сгорания

Сжигание топлива можно производить вне цилиндра, в котором происходит расширение рабочего тела (газа), такой двигатель называют двигателем внешнего сгорания. Примером двигателей внешнего сгорания могут быть:

Двигатели, у которых сжигание топлива происходит внутри камеры сгорания, называют двигателями внутреннего сгорания. Примерами двигателей внутреннего сгорания могут быть:

• бензиновый двигатель;
• дизель;
• реактивный двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания в настоящее время является самым распространенным тепловым двигателем. Он работает:

• на автомобильном транспорте,
• самолетах,
• моторных лодках,
• танках и т. д.

Топливом для двигателей внутреннего сгорания может служить:

• жидкое топливо, такое как бензин, керосин;
• газ.

Рассмотрим четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания.

Основная часть этого двигателя – один или несколько цилиндров, где сжигается топливо. Во внутренности цилиндра движется поршень. Поршень имеет вид полого цилиндра, закрытого с одной стороны. Этот цилиндр опоясан пружинными кольцами, которые вложены в канавки на поршне. Данные кольца должны не пропускать газы, которые появляются как результат сжигания топлива, в отсек между поршнем и стенками цилиндра.

Поршень имеет стержень из металла (палец), который соединяет поршень с шатуном. Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу.

В работе данного двигателя выделяют четыре этапа:

1. Всасывание горючей смеси в цилиндр из карбюратора.
2. Сжатие горючей смеси. При этом впускной клапан закрывается, поршень двигается сжимает смесь. Смесь повышает свою температуру.
3. Сгорание смеси. При достижении некоторого положения поршнем смесь загорается от электрической искры, которую дает свеча. Давление газов заставляет поршень двигаться вниз. Поршень передает свое движение коленчатому валу, так совершается работа. Выполняя работу и увеличивая свой объем продукты сгорания уменьшают свою температуру, давление уменьшается. По окончании рабочего хода давление в цилиндре становится равным атмосферному.
4. Выхлоп отработанных продуктов горения. При этом открывается выпускной клапан, продукты горения через глушитель попадают в атмосферу.

Температура газов, которые получаются в двигателе внутреннего сгорания довольно большая (более 1000 градусов Цельсия), следовательно, они должны давать КПД выше, чем у паровых двигателей. В реальной действительности КПД двигателя внутреннего сгорания составляет 20-30%. Энергия сгорания топлива в нем расходуется так:

• 40% идет на охлаждение цилиндра с водой;
• 25% уносят отработанные газы;
• 10% забирает трение;
• 25% полезная работа.

Существуют не только четырехтактные, но и двухтактные двигатели внутреннего сгорания.

К преимуществам двигателя внутреннего сгорания относят:

Недостатками таких двигателей являются:

• потребности в топливе высокого качества;
• отсутствие возможности получения с его помощью малой частоты вращения.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Виды тепловых двигателей

Автор: Пользователь скрыл имя, 07 Декабря 2010 в 18:28, реферат

Описание работы

Тепловые двигатели – машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Виды двигателей:
-паровая машина,
-двигатель внутреннего сгорания,
-паровая и газовая турбины,
-реактивный двигатель.

Работа содержит 1 файл

РЕФЕИРАТ.doc

Фгоу спо ленинградский технический колледж

Виды тепловых двигателей>

Подготовил: уч-ся группы 1м

Виды тепловых двигателей.

Тепловые двигатели – машины, в которых внутренняя энергия топлива

превращается в механическую энергию.

-двигатель внутреннего сгорания,

-паровая и газовая турбины,

ПАРОВАЯ МАШИНА ПОЛЗУНКОВА

Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И. И. Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину. Свою машину И. И. Ползунов начал строить в 1764 г. К нему прикомандировали четырех учеников, которых он должен был обучить не только теории, но и ремеслам. Машина была изготовлена в декабре 1765 г. А в мае 1766 г. ее создатель умер от чахотки. Машина была испытана уже после его смерти в октябре 1766 г. и работала, в общем, удовлетворительно. Как всякий первый образец, она нуждалась в доработке, к тому же в ноябре обнаружилась течь котла. Но изобретателя не было в живых, а без него устранением недостатков никто не занимался. Машина бездействовала до 1779 г., а затем была разобрана.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Один из самых распространенных тепловых двигателей существующий в двух вариантах: в виде бензинового ДВС и дизеля. Сегодня проектируются ДВС, в которых в качестве горючего будет использоваться водород. 1876 год – Николаус Отто. Основная часть ДВС – один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный ДВС. 1-ый такт – впуск (всасывание) . Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-ой такт сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-ий такт рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.Из четырех тактов только один – третий – является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию).

, двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в Р. д. могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Р. д. (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов.

История создания дизельного двигателя

Изобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) родился 18 марта 1858 года в Париже, его родители эмигрировали во Францию из Германии. Когда мальчику было 11 лет, началась Франко-прусская война, из-за которой семье Рудольфа вновь пришлось эмигрировать, на этот раз в Англию. Через некоторое время он уезжает к родственникам в немецкий город Аугсбург, там заканчивает училище (1873 год) и поступает в политехническую школу. А уже в 1875 году Рудольф с блеском сдает вступительные экзамены в Высшую политехническую школу в Мюнхене, которую впоследствии успешно оканчивает.В 20-летнем возрасте Дизель возвращается во Францию, чтобы стать главой парижского завода акционерного общества Le refrigerateur («Холодильник»). На этом месте он проработал 12 лет и стал одним из членов правления Акционерного общества холодильных машин. За это время он создал много чертежей и расчетов двигателей, работающих на аммиаке. Дизель фонтанировал идеями построения двигателей для самых разных агрегатов – от моторчиков для швейных машинок до устройств, работающих на солнечных батареях. Он пытался рассчитать самый эффективный двигатель с лучшим КПД.С этим багажом бумаг в 1890 году Рудольф отправился в Берлин, где его посетила гениальная идея. Сам он описал это событие так: «В неустанной погоне за целью, в итоге бесконечных расчетов родилась наконец-то идея, наполнившая меня огромной радостью. Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него распыленное топливо и одновременно с сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».Блестящая идея, пришедшая на ум Дизелю, дала старт огромной работе, началом которой послужил патент, носящий название «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателей», выданный 28 февраля 1892 года. Через год был создан первый опытный двигатель, его собрали в Аугсбурге под руководством Дизеля. Во время его испытаний создавались и другие опытные модели, по истечении трех лет работы было создано еще три мотора, последние два из них показали более-менее стабильный ход.Первый образец работал на угольной пыли, но в нем не охлаждались стенки с помощью воды. Для второго образца в качестве топлива выбрали керосин, это дало результат – во время испытаний в 1894 году он работал без нагрузки. Опираясь на данные, полученные во время опытов, ученый создает третий образец, в котором учтены ошибки первых двух. Этот вариант был сырым макетом современного дизельного двигателя, в нем использовался сжатый воздух для подачи топлива в цилиндры и распыления. Третья модель во время испытаний 1 мая 1895 года проработала 30 минут, а впоследствии были проведены тесты с различными нагрузками.Четвертая версия, самая совершенная из всех предыдущих, была создана в 1896 году. Мощность этой модели составила 20 л. с., давление в цилиндрах достигало 35 атмосфер, температура воздуха при сжатии составляла 600-800 градусов по Цельсию, что позволяло использовать ее в промышленных целях. КПД этого мотора был около 34%, что превышало на 15% показатели лучших паровых машин. Измерения зимой 1897 года показали расход 0,24 г керосина на 1 л. с. в час, эффективный КПД составлял 0,26, а термический – 0,29. Таким образом, этот двигатель являлся лучшим силовым агрегатом того времени.Первый дизельный двигатель был создан в 1897году на заводе в Аугсбурге. Его высота составляла 3 м, он развивал 172 об./мин., единственный цилиндр имел диаметр 250 мм, ход поршня составлял 400 мм, а мощность варьировалась от 17,8 до 19,8 л. с. Расход топлива составлял 258 г нефти на 1 л. с. в час, термический КПД достиг 26,2%. Этот мотор был представлен на выставке паровых машин в 1898 году в Мюнхене. В одночасье Рудольф Дизель стал богачом – очень много компаний решило купить лицензии на его производство. Деньги дали возможность ученому заняться коммерцией – он покупал и продавал фирмы, стал основателем завода по производству электропоездов и даже вкладывал деньги в католические лотереи. Однако исследования он забросил.Первые выпущенные дизельные двигатели оказались недееспособными из-за заводских просчетов. Производители не задумались над тем, что создание двигателя требовало высокой точности в изготовлении деталей и использовании жаропрочных материалов. Это было слишком дорого для заводов, поэтому вскоре в адрес Дизеля понеслась жесткая критика. Его обвиняли в обмане, так как предприятия хотели наладить массовое производство дизелей, но из-за больших затрат они могли позволить себе лишь мелкосерийные партии. К их возмущениям присоединяются владельцы угольных шахт и прочие завистники. Под такой аккомпанемент фабрика в Аугсбурге, принадлежавшая Дизелю, стала банкротом.

Рудольф начал налаживать связи с другими странами, он обратился к промышленникам из Франции, Австрии, Швейцарии, России, Америки и Бельгии. Так, права на производство и продажу дизельных двигателей купил Альфред Нобель, который собирался наладить эту работу в России. В 1898 году Эммануил Нобель сделал возможным производство дизельных моторов на фамильном заводе в Петербурге. В этом же году при содействии Нобеля был создан первый в мире двигатель с внутренним смесеобразованием. И уже через год заработал первый дизельный двигатель. Всего в 1899 году их было выпущено 7 штук мощностью 30 и 40 л. с. А через 13 лет штат работников завода увеличился до 1000 человек, что позволило наладить выпуск более 300 моторов в год.В 1908 году Дизель приступил к созданию двигателя, пригодного для работы с автомобилем. Он создал опытный экземпляр, по размерам и массе подобный бензиновому, который установил на грузовик, но тесты двигатель не прошел. Примерно в эти же годы его вновь признают на родине как выдающегося ученого и вручают диплом доктора-инженера в присутствии кайзера Вильгельма II. Помимо исследований по части двигателя Рудольф занимался созданием огнемета, работал с зажигательными смесями. Еще он дорабатывал конструкцию реверсивного судового четырехконтактного мотора. В последнем он добился хороших результатов, благодаря чему в конце лета 1913 года его позвали в Англию.

Смерть Рудольфа Дизеля так и осталась загадкой для человечества. Это произошло 29 сентября 1913 года на лайнере «Дрезден». Корабль выехал из гавани Антверпена, после ужина в 11 часов вечера ученый отправился спать в свою каюту. На следующий день утром в ней никого не было, Дизель исчез с судна. Его тело было найдено через 10 дней командой бельгийского лоцманского катера. С утопленника сняли кольца, вынули из карманов кошелек, футляр для очков и аптечку, а труп погрузили в море. Сын Дизеля прибыл в Бельгию на опознание вещей, он подтвердил, что они принадлежали Рудольфу. Есть множество предположений о причине гибели ученого: одни говорили, что это самоубийство на фоне банкротства (в наследство семье осталось всего 20 тыс. марок), другие заявляли, что это несчастный случай, третьи были уверены в том, что его убили немецкие солдаты, чтобы не допустить утечки секретной информации. Были и приверженцы версии, что к смерти Дизеля причастен Людвиг Нобель.

Дальнейшей работой над дизельным мотором занялся инженер Проспер Леранж, работник завода Benz&Cie. В 1909 году он получил патент на дизельный двигатель с предкамерой. Кроме того, он изобрел конусообразную предкамеру, форсунки с игольчатым клапаном и насос-форсунки. Первый грузовик, оснащенный дизельным двигателем, был выпущен в 1923 году на заводе в Мангейме. Это был 5-тонный Benz 5K3, в котором был установлен 4-цилиндровый дизельный двигатель с предкамерой объемом 8,8 л, он развивал мощность от 45 до 50 л. с. при 1000 об./мин. Практически одновременно с этим событием инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft создали атмосферный дизель аналогичной мощности, а также в компании MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) был сконструирован дизель с прямым впрыском

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Книга Дизель Рудольфа «Создание дизельного двигателя»

Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.

Виды тепловых двигателей

Среда 26.02.2020 20:46

–>Приветствую Вас Гость | RSS –>Мой сайт –>

–> –> –> –>Меню сайта –> –> –> –> –> –> –> –> –> –> –> –> –>Наш опрос –> –> –> –> –> –> –>Статистика –> –> Тепловые двигатели –> Тепловые двигатели 2. Работа совершаемая двигателем 3.КПД замкнутого цикла 5. Типы тепловых двигателей 6.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды 10.Список используемой литературы История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи. Я выбрал тему «тепловой двигатель» потому что она заинтересовала меня по несколько пунктам. Во-первых, тепловой двигатель – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить, современный транспорт. В то же время повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду. На мой взгляд, эта тема очень интересна и занимательна. Поэтому я выбрал эту тему для изучения и хотел бы рассмотреть несколько вопросов: 1.Работу теплового двигателя 2. История его создания 3. КПД замкнутого цикла 5.Виды тепловых двигателей 6.Провести опыт с тепловым двигателем 8. Влияние тепловых двигатель на окружающую среду. 1. История создания Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. главным образом в Англии. Копи, в которых добывали руду, нуждались в устройствах для откачки воды. Глубина шахт стала достигать 200 м. Приходилось держать до пятисот лошадей на одном руднике. Эта чисто практическая задача и стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки воды. В 1698 г. Томас Севери, шахтовладелец, получил патент № 356 с формулировкой, что он выдан на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня. ». Севери первым отделил рабочее тело (водяной пар) от перекачиваемой воды. Для этого он сделал отдельный котел, а пар, который поломали в котле, через кран выпускал в сосуд с водой, и пар вытеснял воду в напорную (верхнюю) трубу. Впоследствии машина Севери была усовершенствована Дезагюлье, предложившим охлаждать пар в сосуде путем впрыскивания в него воды. Это существенно увеличило частоту рабочих циклов. Одна из таких машин была выписана Петром I и установлена в Летнем саду. Машины Севери оказались очень надежными и долговечными. Вслед за Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания воды из шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он умело использовал многое из того, что было придумано до него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле. Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И.И.Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину. Первый патент на двигатель, использующий нагретый(Пидр) воздух, выдан в Великобритании в 1816 г. пастору Роберту Стирлингу. Изготовление двигателей Стирлинга началось в 1818 г. их применяли там где не годились громоздкие паровые машины. Роберт Стирлинг вместе со своим братом долгие годы испытывал затруднения с выбором конструктивных материалов и в конце своей жизни, в 1876 г., выразил надежду, что препятствия, которые возникают из-за отсутствия соответствующих материалов, будут со временем устранены 2. Работа совершаемая двигателем. Совершение механической работы в современных машинах и механизмах в основном происходят за счет внутренней энергии веществ. Примером такого механизма может служит тепловой двигатель. Тепловой двигатель-устройство преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Механическая работа в двигателе совершается при расширении рабочего вещества, перемещающего поршень в цилиндре. Для цикличной, непрерывной работы двигателя необходимо возращение поршня в первоначальное положение, т.е. сжатие рабочего вещества. Легко сжимаемым является вещество в газообразном состоянии, поэтому в качестве рабочего вещества в тепловых двигателях используется газ или пар. Сжатие газа не может быть самопроизвольным, оно происходит только под действием внешней силы, например за счет энергии, запасенной маховиком двигателя при расширении газа. Полная механическая работа А складывается из работы расширение газа и работы сжатия. Так как при сжатии дельта V 0 необходимо чтобы работа сжатия газа была меньше работы расширения. А=(Pрасш-Рсж)V Изменение объема V газа при расширении и сжатии должно быть одинаковым из-за цикличности работы двигателя. Следовательно, давление газа при сжатии должно быть меньше его давления при расширении. При одном и том же объеме давление газа тем меньше, чем ниже его температура, поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден, Т.е. приведен в контакт с холодильником- телом, имеющим более низкую температуру. Для получения механической работы в тепловом двигателе при циклическом процессе расширение газа должно происходить при более высокой температуре, чем сжатие. Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе- наличие нагревателя и холодильника. 3. КПД замкнутого цикла Для непрерывного совершения механической работы термодинамический цикл должен быть замкнутым. Замкнутый процесс (цикл)- совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. Замкнутые (круговые) процессы используются при работе всех тепловых машин: двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, холодильных машин. Для оценки эффективности преобразования внутренней энергии газа в механическую работу, совершаемую за цикл, вводится коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД)- отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: В циклическом тепловом двигателе нельзя преобразовать в механическую работу все количество теплоты Q1, получаемое от нагревателя. Некоторое количество теплоты Q2 отдается холодильнику, поэтому работа, совершаемая двигателем за цикл, не может быть больше Учитывая полученное равенство, выражение для КПД можно записать в виде: Коэффициент полезного действия теплового двигателя всегда меньше единицы. Круговой цикл не реализуется при отсутствии холодильника, т.е. при Q2=0 Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных процессов. Выбор именно этих процессов обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергии нагревателя, а при адиабатном процессе за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, а значит, исключена теплопередача без совершения работы. Цикл Карно- самый эффективный цикл ,имеющий максимальный КПД . В процессе изотермического расширения (1-2) при температуре Т1 работа совершается за счет изменения внутренней энергии нагревателя, т. е. за счет подведения к газу количество теплоты Q1: Охлаждение газа (3-4) происходит при адиабатном расширении 2-3. Все изменение внутренней энергии дельта U23 при таком процессе (Q=0) преобразуется в механическую работу: Температура газа в результате адиабатного расширения 2-3 понижается до температуры холодильника T2 Цикл завершается процессом адиабатного сжатия 4-1(Q=0), при котором газ нагревается до температуры Т1. Используя формулу рассмотренную ранее можно найти максимальное значение КПД тепловых двигателей соответствующее циклу Карно: 5.Типы тепловых двигателей Дви́гатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от создания разницы температур его цилиндров. Поршневой двигатель внутреннего сгорания Двигатель Внутреннего Сгорания или ДВС, тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления горючей смеси с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5. В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит либо за четыре хода поршня, за четыре такта, либо за два и двигатели делятся на четырёхтактные и двухтактные. Цикл четырёхтактного двигателя состоит из следующих тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск. В цикле двухтактного двигателя такты рабочего хода и сжатия аналогичны четырёхтактному двигателю, а впуск и выпуск осуществляется одновременно в момент нахождения поршня вблизи от нижней мёртвой точки Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия. Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще. Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки. Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели. Реактивные и ракетные двигатели Идея реактивного и ракетного двигателя состоит в том, чтобы тяга создавалась не винтом, а отдачей выхлопных газов двигателя. Турбовинтовой двигатель Турбовинтовой двигатель часть тяги создаёт за счёт винта, другую часть за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен воздушный винт. Турбореактивный двигатель Турбореактивный двигатель создаёт тягу за счёт отдачи выхлопных газов. По конструкции он представляет собой газовую турбину (роторный двигатель внутреннего сгорания), на вал которой насажен компрессор, повышающий давление для эффективного сжигания топлива. 6.Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Как известно, экологическая обстановка на Земле и в нашей стране продолжает ухудшаться: озоновая дыра в Антарктике не уменьшается, а загрязненность Мирового океана и воздушной оболочки планеты повышается. Автомобили на сегодняшний день в России – главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. В России автомобиль имеет каждый десятый житель, а в больших городах – каждый пятый. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см. от поверхности земли и, особенно на участках автотрасс, где стоят светофоры. Автомобили выбрасывают в атмосферу диоксид и оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, бензол, бензопирен, сажу (всего около 300 различных токсичных веществ). При истирании автомобильных шин об асфальт атмосфера загрязняется резиновой пылью, вредной для здоровья человека. Автомобиль расходует огромное количество кислорода. За неделю в среднем легковой автомобиль выжигает столько кислорода, сколько его четыре пассажира расходуют на дыхание в течение года. С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. Вступая в трудовую жизнь люди должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны и технология любой продукции должна удовлетворять такому основному, с экологической точки зрения, требованию, как минимальное потребление материалов и энергии. Они хорошо должны знать законы природы, понимать взаимосвязь природных явлений, уметь предвидеть и оценивать последствия вмешательства в естественное течение процессов. У них должно быть сознание приоритетности решения экологических проблем при осуществлении любых проектов, создании машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании, а также твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды того или иного мероприятия оно не должно реализоваться. 7.Задачи 1)Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 290K температуру нагревателя повысить со 400 до 720K? 2) Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,9 · 107Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 · 107Дж/кг. Этот опыт доказывает, что при нагревании жидкости пар расширяется. Внутренняя энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а он переходит в механическую работу, то есть газ совершает работу, то есть повышается давление. Под действием давления вылетает пробка. Это является простейшим тепловым двигателем. Устройства, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Целью данного реферата было рассмотрение работы теплого двигателя, истории его создания, воздействие двигателя на окружающую среду. Работая над этим рефератом, я узнал много новой полезной информации. Научился решать задачи, проводить опыт с тепловым двигателем, узнал, что тепловые двигатели делятся на не сколько типов такие как: ДВС, двигатель Стирленга и Реактивные двигателя. Оценка статьи: Загрузка… Сохранить себе в: Виды тепловых двигателей Ссылка на основную публикацию

35. Виды тепловых двигателей. Роль тепловых двигателей в научно-техническом прогрессе и охрана окружающей среды.

Современная  техника  использует  три  типа  тепловых  машин: поршневые,  турбинные  и  реактивные.   Газовые  турбины  позволяют  получать  большие  мощности  при  сравнительно  небольших  размерах.  Они широко используются в авиации, корабельных установках, на  железнодорожном транспорте и постепенно внедряются на  теплоэлектростанциях.  Поршневые двигатели также разделяются на три группы: на  двигатели, которые работают по циклу Отто (карбюраторные), циклу  Дизеля (дизельные) и по циклу Тринклера  с использованием  форсунки.  Каждый из этих видов  двигателей  имеет  свои  положительные  и  отрицательные  качества. Дизельные  двигатели,  например,  имеют  высокий  коэффициент  полезного  действия  и  большую  мощность  по сравнению с карбюраторным  двигателем.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

                           Двигатель внутреннего сгорания.

   В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск. (схема №1)

    Для усиления мощности и лучшей системы обеспеченности равномерности вращения вала, используют 4,8 и более цилиндровых двигателей. Особенно мощные двигатели на теплоходах, тепловозах и др.

                                     Паровая турбина.

В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.

В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.

Презентация «Тепловые двигатели, виды тепловых двигателей» по физике – проект, доклад

Слайд 1

ПРЕЗЕНТАЦИЯ

Современные Тепловые двигатели

Слайд 2

Современные двигатели неполного объёмного расширения

Поршневые ДВС неполного объёмного расширения (степень сжатия = степени расширения) характеризуются высокими начальными параметрами рабочих газов (давление, температура), но не обеспечивают их полного срабатывания из-за низкой степени расширения, обусловленной несовершенством кривошипно-шатунного кинематического механизма (КШМ), используемого для преобразования потенциальной энергии в механическую энергию вращения вала. Степени сжатия и расширения равны, но после воспламенения сжатой топливовоздушной смеси давление продуктов сгорания повышается ещё в несколько (4-5) раз, при этом, не обеспечивается их расширение до атмосферного давления и они, имея высокое давление и температуру, выпускаются в атмосферу и при этом наносят вред окружающей среде.

Слайд 3

К поршневым ДВС с кривошипно-шатунным механизмом относятся поршневые двигатели Отто и Дизеля, роторно-поршневой Ванкеля, и поршневой Стирлинга. Активная площадь S, воспринимающая давление газов, постоянна. Произведение силы F = РхS, создающей вращающий момент на не постоянный и изменяющий свою величину от 0 до максимума и за тем до 0, приведённый радиус R, имеет в итоге не большую величину, что указывает на не эффективное преобразование давления рабочего тела в механическую энергию вращения вала.

Слайд 4

Поршневые ДВС с кольцевыми цилиндрами и механизмами относительного движения поршней.

Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания с более сложным, чем кривошипно-шатунный, рычажно-кулачковым механизмом взаимного движения поршней и передачи усилия давления газов с поршней на вал, габариты которого в 2 раза больше, чем габариты цилиндропоршневой части. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей, высокую токсичность выхлопных газов, высокий расход топлива.

Слайд 5

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя – применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри кольцевого цилиндра и состоящего из четырех лопастей. На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта. В данной конструкции возможно реализовать только четырехтактный цикл. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей.

Слайд 6

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Главное его отличие от поршневых двигателей состоит в замене возвратно-поступательного движения поршней вращательным одного ротора треугольной формы. На рисунке слева приведена конструкция роторно-поршневого двигателя. Его основными частями являются корпус, эксцентриковый вал (эквивалент кривошипа) и ротор. В корпусе вращается эксцентриковый вал отбора мощности, на котором установлен ротор. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, и, соответственно, высокий удельный расход горючего, высокую токсичность выхлопных газов, невысокий ресурс работы, а так же высокую теплонапряженность ротора.

Слайд 7

Газотурбинные двигатели полного необъёмного расширения.

Газотурбинные двигатели (ГТД) полного необъёмного расширения, используемые для преобразования кинетической энергии газов в механическую энергию вращения вала, имеют невысокие начальные параметры, но обеспечивают полное расширение газов до атмосферного давления. Эффективность преобразования кинетической энергии осевого потока газов в перпендикулярный осевому М кр. не более 20% от располагаемой, соответственно, удельный расход горючего высокий. Температура выхлопных газов так же достаточно высокая. Имеют самую большую удельную мощность среди ДВС.

Слайд 8

Что возможно и невозможно в тепловых двигателях.

Невозможно всё давление рабочего тела использовать для совершения механической работы. Часть давления должна быть отдана окружающей среде. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях не обеспечивая более полного использования потенциальной энергии давления рабочего тела. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях преобразующих давление в механическую энергию вращения не обеспечивая постепенное увеличение площади, воспринимающей давление, и одновременное удаление её от центра вращения. Невозможно достичь максимального КПД в тепловых двигателях используя в качестве рабочего тела только газообразное. Достижение максимального КПД возможно только при использовании в цикле расширения дополнительного рабочего тела обладающего иными физическими свойствами чем газ.

Слайд 9

Достижение максимального КПД возможно только при максимальном использовании двух видов энергии которой обладает рабочее тело перед расширением. Невозможно обеспечить максимального КПД термодинамическими и рабочими циклами не обеспечивающими полного использования энергии которой обладает рабочее тело перед расширением. Возможно для достижения максимально КПД использование не только потенциальной энергии давления газообразного рабочего тела но, и его внутренней энергии, используя её для генерации потенциальной энергии давления рабочего тела с иными свойствами чем у газообразного, а именно, парообразующей жидкости. Возможно генерация дополнительного рабочего тела непосредственно в процессе расширения газообразного.

Слайд 10

Турбина объёмного расширения (ТОР).

В современных осевых газовых и паровых турбинах необъёмного расширения один поток рабочего тела движется в направлении оси вала турбины, при этом, крутящий момент создаёт окружная сила, возникающая на лопатках ротора турбины и действующая перпендикулярно осевому потоку. Известна однопоточная радиальная турбина необъёмного расширения, предложенная в 1912 г. в Швеции братьями Юнгстрем. Рабочее тело в ней движется при расширении от центра к периферии в плоскости, перпендикулярной оси турбины. В ней нет неподвижных сопловых лопаток, два ротора вращаются в противоположных направлениях и мощность, развиваемая турбиной, передаётся двум валам. Как и осевые турбины она использует кинетическую энергию одного потока и является чисто реактивной

Слайд 11

Диаграмма теплового баланса современных ДВС.

Топ-5 типов тепловых двигателей [со схемой]

Следующие пункты выделяют пять основных типов тепловых двигателей. Типы: 1. Паровой двигатель 2. Поршневой паровой двигатель 3. Двигатель внутреннего сгорания 4. Бензиновый двигатель 5. Дизельный двигатель.

Тип № 1.

Паровой двигатель :

Паровой двигатель преобразует тепловую энергию в механическую. Тепловая энергия, получаемая при сжигании угля, используется для преобразования воды в перегретый пар. Двигатель использует его для механического движения. Чтобы понять последовательность работы, рассмотрим рис. 26.1. Вода из конденсатора нагревается и попадает в бойлер, где превращается в перегретый пар.

Этот пар поступает в паровой бачок C ₁ через отверстие S, который затем входит в цилиндр через отверстие G ₁ или G ₂ , где он расширяется относительно поршня. В первой части рабочего хода он подключается к котлу, и давление остается постоянным.Затем впускной клапан V закрывается, и пар адиабатически расширяется до конца рабочего хода, вызывая падение давления и температуры пара, и некоторое количество пара конденсируется.

На обратном ходу смесь капель воды и пара вытесняется из цилиндра и поступает в конденсатор, где полностью конденсируется в воду. При этом выделяется количество тепла Q. Затем вода нагнетается в котел насосом питательной воды, и цикл повторяется, когда отверстия G ₁ и G ₂ периодически закрываются клапаном V.

Цикл Ренкина :

Рабочий цикл паровой машины известен как цикл Ренкина. Он рассматривается как практический цикл паровой машины и является очень близким приближением к идеальному термодинамическому циклу. Он состоит из шести отдельных шагов. Диаграмма индикатора в цикле Ренкина представлена ​​на рис. 26.2. Исходное состояние рабочей системы обозначено точкой d на рисунке.

Шаг 1:

Рассмотрим единицу массы воды, представленную точкой d.Он сжимается реверсивно и адиабатически, достигая точки a по кривой d → a для достижения давления P ₂ котла. Точка а находится на той же изотермической при температуре котла Т ₂ .

Шаг 2:

Он состоит из реверсивного изобарического нагрева воды от А до А для доведения воды до точки кипения T ₁ .

Шаг 3:

Этот этап представляет собой изобарическое и изотермическое испарение, когда рабочее вещество перемещается из A в B при той же температуре T ₁ и давлении P ₂ в насыщенный пар.

Шаг 4:

На индикаторной диаграмме этот шаг представлен как B → b, когда пар изобарически перегревается до максимальной температуры T.

Шаг 5:

Пятый этап состоит из адиабатического расширения от b до c вдоль bc, когда пар превращается во влажный пар.

Шаг 6:

Заключительный этап цикла — обратимая изобарическая изотермическая конденсация. На индикаторной диаграмме это представлено как b → c, когда пар превращается в воду в исходном состоянии d и цикл завершен.

После этого рабочее вещество готово к запуску следующего цикла работы. Видно, что на индикаторной диаграмме задействованы три изотермы при температурах T ₂ , T ₁ и T, где T ₂ — температура котла, T ₁ — температура конденсатора и значение T больше, чем значение T ₁ .

Работа, проделанная циклом, представлена ​​площадью дна. По многим причинам паровой двигатель не может следовать идеальному циклу Ренкина. Следовательно, КПД реальной паровой машины составляет около 70% от идеального цикла Ренкина.

Эффективность цикла Ренкина :

КПД двигателя по циклу Ренкина ниже, чем у идеального двигателя Карно, работающего между теми же двумя температурами. Разница между ними состоит в том, что обратимое адиабатическое сжатие в цикле Карно заменяется необратимым процессом, в котором питательная вода нагревается от T ₂ до T ₁ .

Таким образом, часть тепла, поглощаемого в цикле Ренкина, поглощается не при постоянной температуре, а в диапазоне температур от T ₂ до T ₁ , в то время как все тепло, поглощаемое в цикле Карно, поглощается при постоянной температуре T ₁ .

Тип № 2.

Поршневой паровой двигатель :

Механические части поршневого парового двигателя показаны на рис. 26.3. Перегретый пар поступает в пароотделитель (SC) золотникового клапана через паропровод P. Его дальнейшее продвижение регулируется боковым клапаном, который перемещается вперед и назад через три отверстия, известных как порты. Внешний порт ведет к цилиндру, а центральный и выпускной канал (E) огибают заднюю часть цилиндра в выпускную трубу (EP).

Когда пар входит в цилиндр через N, его давление перемещает поршень P влево. Затем отработанный пар выходит через выхлопную трубу по мере продвижения поршня вперед.

Поршень регулирует положение золотникового клапана.Когда поршень перемещается примерно на треть, клапан скользит и закрывает впускную часть. Затем пар в цилиндре расширяется и толкает поршень перед собой. Он также охлаждает, а тепло превращается в работу. Когда поршень движется в крайнее левое положение, клапан скользит и открывает левую часть.

Затем правая часть подключается к выхлопу. Пар входит слева и вращает поршень в противоположном направлении. Цикл повторяется снова и снова, и поршень совершает «возвратно-поступательное» движение. Это возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное движение ведущего вала и маховика с помощью специального механического устройства.

Тип № 3.

Двигатель внутреннего сгорания :

Сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания происходит внутри цилиндра двигателя, как в котлах парового двигателя. Двигатель занимает меньше места и подходит для использования с малой мощностью. Тепловой КПД и скорость двигателя внутреннего сгорания выше, чем у парового двигателя.

Принцип:

В двигатель топливо подается в виде пара, смешанного с воздухом. Эта смесь топлива с воздухом сжигается, чтобы создать большую взрывную силу, создаваемую сгоранием топлива, которая приводит поршень в движение. Используемое топливо представляет собой газ, например угольный газ, или жидкость, например бензин, бензол, спирт и т. Д., Которые легко испаряются, или тяжелое масло, например дизельное топливо и т. Д. Когда топливо испаряется, оно образует взрывоопасную смесь. с воздухом.

В общем, двигатели внутреннего сгорания являются четырехтактными двигателями, и им требуется четыре хода поршня для завершения цикла операций внутри цилиндра.

Тип № 4.

Бензиновый двигатель:

Это двигатель внутреннего сгорания. По сути, нет разницы между бензиновым двигателем и любым другим газовым двигателем. Но бензиновый двигатель компактнее и легче. Обычно они используются в автомобилях и самолетах. Это четырехтактный двигатель, который выполняет один цикл после автоматического.

Описание:

На рис. 26.4 показана схема бензинового двигателя. P — поршень из железа. Он может перемещаться вверх и вниз в герметичном цилиндре. Над цилиндром находится камера, называемая камерой сгорания, где смесь воздуха и паров бензина воспламеняется электрическими искрами от свечей зажигания, установленных в камере. Затем вход в топливопровод и выход отработавших газов через выхлопную трубу регулируются двумя клапанами, V ₁ и V ₂ .

Взрывоопасная смесь паров бензина с воздухом создается в устройстве, называемом карбюратором. Зубчатое колесо C ₁ и C ₂ правильно открывает и закрывает клапаны. C ₁ и C ₂ соединены с вращающимся валом, который приводится в движение двигателем. Пар бензина, смешанный с воздухом из карбюратора, попадает в двигатель через впускную трубку I. Когда он в достаточной степени сжимается поршнем, он воспламеняется свечой зажигания. И температура, и давление воздуха повышаются до высокого значения, чтобы поршень двигался.

Действие :

Работа бензинового двигателя состоит из четырех тактов в течение полного цикла.

(a) Первый сток (ход зарядки):

Поршень перемещается, чтобы втянуть в цилиндр взрывоопасную смесь воздуха и газообразного топлива через впускной клапан, V ₁ [Рис. 26.5 (a)], который затем открывается. Операция проводится при давлении немного выше атмосферного.

(b) Второй ход (ход сжатия):

Поршень совершает обратный ход, движется внутрь и сжимает взрывоопасную смесь.Оба клапана V ₁ и V ₂ [рис. 26.5 (b)] остаются закрытыми. Поршень сжимает смесь примерно до одной пятой от ее первоначального значения, когда температура становится 600 ° C (приблизительно) и давление составляет около 5 атмосфер. В конце хода возникают электрические искры.

(c) Третий ход (рабочий ход):

Сразу после взрыва температура и давление сильно увеличиваются. Фактически, температура становится около 2000 ° C, а давление около 15 атмосфер [Рис.26.5 (с)]. Затем поршень резко выдвигается наружу, подвергая газовую смесь адиабатическому расширению, пока не будет достигнут начальный объем.

Но тогда давление и температура смеси падают. Этот ход известен как рабочий ход, так как во время такого хода тепловая энергия преобразуется в механическую энергию. В конце этого хода открывается клапан V ₂ .

(d) Ход выхлопа:

Поршень движется дальше внутрь и выталкивает отработанный газ из клапана V ₂ .Во время этой операции клапан V ₁ остается закрытым [рис. 26.5 (d)].

Отработанный газ выходит из баллона, и выпускной клапан V ₂ закрывается. Поршень начинает выдвигаться наружу, и восстанавливается исходное состояние. Цикл повторяется снова и снова.

Цикл Отто :

Четыре такта бензинового двигателя следуют циклу, называемому циклом Отто. На рис. 26.6 представлена ​​индикаторная диаграмма цикла Отто.

(a) На рисунке AB обозначает первый ход или ход зарядки. При этом такте газовая смесь (пары бензина и воздух) поступает в цилиндр при атмосферном давлении. В точке B температура смеси составляет T ₁ , что соответствует температуре окружающей среды.

(b) BC на индикаторной диаграмме представляет второй ход или такт сжатия. При температуре C температура газовой смеси составляет 600 ° C, а давление составляет около 5 атмосфер. В этот момент пар воспламеняется свечой зажигания, и, следовательно, давление и температура смеси быстро увеличиваются, но объем остается прежним.Изменение состояния газа нарисовано КД. В точке D давление около 15 атмосфер и температура около 2000 ° C.

(c) Третий или рабочий ход обозначается буквой DE. Затем газ адиабатически расширяется и выполняет внешнюю работу. В конце штриха состояние представлено точкой E.

(d) В точке E открывается выпускной клапан. Тогда температура рабочего тела Т ₁ и давление такое же, как атмосферное. Громкость остается неизменной.Изменение показано EB.

(e) На индикаторной диаграмме BA представляет четвертый такт или такт выпуска.

Эффективность цикла Отто :

Для расчета эффективности цикла принимаем:

и. Во время такта зарядки и во время такта выпуска давление в цилиндре атмосферное.

ii. Кривые сжатия и расширения BC и DE являются адиабатическими и подчиняются соотношению PV ^γ = постоянный.

iii. Удельная теплоемкость газа всегда остается постоянной.

iv. Тепло получает газ при постоянном объеме V ₂ , когда давление увеличивается из-за взрыва. Тепло отводится также при постоянном объеме V ₁ в конце рабочего хода.

Предположим, что в точках B, C, D, E индикаторной диаграммы давления и объемы равны P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ и V ₁ , V ₂ , V ₃ , V ₄ соответственно.Соответствующие абсолютные температуры: T ₁ , T ₂ , T ₃ и T ₄ .

Пусть масса рабочего тела 1 г. Из-за сгорания количество тепла, полученного газом между C и D, составляет Q ₁ = C _V (T ₃ — T ₂ ) (C _V = удельная теплоемкость при постоянном объеме).

Он отклоняет количество тепла Q ₂ между E и B, где Q ₂ = C _V (T ₄ — T ₁ ).

Следовательно, тепловой КПД,

Тип № 5.

Дизельный двигатель :

Масляный двигатель, разработанный Рудольфом Дизелем, называется дизельным двигателем. По конструкции он похож на бензиновый двигатель. Двигатели широко используются в тяжелых грузовиках, автобусах, насосах и на заводах.

В этом двигателе поршень оказывает очень высокое давление на окружающий воздух. Свеча зажигания здесь заменена дополнительным клапаном, называемым топливным клапаном, и используется для впрыска жидкого топлива.

На рис. 26.7 дизельного двигателя C представляет собой цилиндр или камеру сгорания двигателя, имеющую три отверстия, все из которых снабжены клапанами. Есть впускной клапан V ₁ , топливный клапан V ₂ и выпускной клапан V ₃ . Воздух пропускается через клапан V ₁ , масло впрыскивается через второй, а отработанный газ выходит через третий.

Управление всеми клапанами осуществляется рычагами от коленчатого вала. Позади V ₂ находится еще один клапан (не показан), который позволяет топливу поступать в цилиндр. Это называется пусковым клапаном. Сжатый воздух, находящийся в баллоне, подключен к трубке для впуска воздуха, а регулирующий кран, подключенный к баллону, контролирует поступление воздуха в баллон.

Топливный клапан V ₂ изначально остается закрытым, а регулирующий кран баллона магазина открыт. В результате в цилиндр засасывается сжатый воздух, и двигатель выполняет несколько циклов.При нормальной скорости регулирующий кран закрыт, а топливный кран открыт. Затем топливо поступает в цилиндр, и двигатель начинает свою обычную работу.

Действие:

Рабочий дизельный двигатель четырехтактный.

(a) Всасывающий сток:

Как выпускной, так и топливный клапаны закрыты, но клапан впуска воздуха открыт, и поршень движется наружу. При атмосферном давлении всасывается воздух.

(b) Ход сжатия:

Все три клапана остаются закрытыми, поршень движется внутрь, и воздух адиабатически сжимается примерно до 1/17 своего первоначального объема. В результате давление и температура значительно увеличиваются.

(c) Рабочий ход:

Воздушный клапан и выпускной клапан закрыты, а топливный клапан открыт в начале хода. Из-за сжатия в предыдущем такте температура воздуха воспламеняет топливо, как только оно впрыскивается в цилиндр. Горение продолжается до тех пор, пока топливный клапан остается открытым, и оно происходит при постоянном давлении. При сгорании газовая смесь адиабатически расширяется, выталкивая поршень наружу.В конце хода выпускной клапан открывается и отработанный газ выходит из цилиндра.

(d) Ход выхлопа:

Воздушный клапан и топливный клапан закрыты, в то время как выпускной клапан остается открытым, а поршень движется внутрь, он отводит отработанный газ через выпускной клапан.

В конце этого хода восстанавливается исходное состояние, и цикл повторяется снова и снова.

Дизельный цикл :

На рис.26.9 приведена индикаторная диаграмма дизельного цикла.

(a) На диаграмме AB представляет первый (или такт всасывания), когда воздух при атмосферном давлении всасывается в цилиндр.

(b) Во втором (или такте сжатия) воздух сжимается адиабатически, как показано BC. В конце хода давление составляет около 35 атмосфер, а температура — около 1000 ° C. В это время открывается топливный клапан, и топливо поступает в цилиндр с постоянным давлением, обозначенным символом CD.При сгорании топлива температура смеси в точке D достигает примерно 2000 ° C.

(c) В третьем такте (или рабочем такте) газ адиабатически расширяется, и внешняя работа выполняется двигателем, как показано DE. В конце хода выпускной клапан открывается, и давление падает до B, которое теперь близко к атмосферному.

(d) Четвертый такт (или такт выпуска) обозначается как BA, когда отработанная газовая смесь выходит.

КПД дизельного цикла :

Типы тепловых двигателей — Пример теплового двигателя

Пример теплового двигателя

Цикл Ренкина подробно описывает процессы в паровых тепловых двигателях, обычно встречающихся на большинстве тепловых электростанций.

Паровые двигатели и холодильники — типичные примеры внешних двигателей с фазовым переходом рабочего тела. Типичный термодинамический цикл, используемый для анализа этого процесса, называется циклом Ренкина , который обычно использует воду в качестве рабочей жидкости.

Цикл Ренкина подробно описывает процессы в паровых тепловых двигателях, обычно встречающихся на большинстве из тепловых электростанций . Источниками тепла, используемыми на этих электростанциях, обычно являются сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, природный газ, а также ядерное деление .

Атомная электростанция (атомная электростанция) выглядит как стандартная тепловая электростанция с одним исключением. Источником тепла на АЭС является ядерный реактор . Как обычно на всех традиционных тепловых электростанциях, тепло используется для выработки пара, который приводит в действие паровую турбину, соединенную с генератором, вырабатывающим электричество.

Цикл Ренкина — термодинамика как наука о преобразовании энергии

Обычно на большинстве из атомных электростанций эксплуатируются многоступенчатых конденсационных паровых турбин .В этих турбинах ступень высокого давления получает пар (этот пар является почти насыщенным паром — x = 0,995 — точка C на рисунке; ​​ 6 МПа ; 275,6 ° C) от парогенератора и выпускает его в сепаратор-подогреватель влаги ( точка D). Пар необходимо повторно нагреть, чтобы избежать повреждения лопаток паровой турбины паром низкого качества. Подогреватель нагревает пар (точка D), а затем пар направляется в ступень низкого давления паровой турбины, где расширяется (точка от E до F).Затем отработанный пар конденсируется в конденсаторе, и он находится под давлением значительно ниже атмосферного (абсолютное давление 0,008 МПа ) и находится в частично конденсированном состоянии (точка F), как правило, с качеством около 90%.

В данном случае парогенераторы, паровая турбина, конденсаторы и насосы питательной воды составляют тепловую машину, на которую распространяются ограничения эффективности, налагаемые вторым законом термодинамики . В идеальном случае (отсутствие трения, обратимые процессы, идеальная конструкция) эта тепловая машина имела бы КПД Карно

.

= 1 — T _{холодный} / T _{горячий} = 1 — 315/549 = 42.6%

, где температура горячего резервуара составляет 275,6 ° C (548,7 K), температура холодного резервуара составляет 41,5 ° C (314,7 K). Но АЭС — это настоящая тепловая машина , в которой термодинамические процессы почему-то необратимы. Они не делаются бесконечно медленно. В реальных устройствах (таких как турбины, насосы и компрессоры) механическое трение и тепловые потери вызывают дополнительные потери эффективности.

Следовательно, атомные электростанции обычно имеют КПД около 33%.На современных атомных электростанциях общий термодинамический КПД составляет около 1/3 (33%), поэтому для выработки 1000 МВт электроэнергии необходимо 3000 МВт тепл. тепловой энергии от реакции деления.

Согласно принципу Карно, более высокий КПД может быть достигнут за счет увеличения температуры пара . Но для этого требуется повышение давления внутри котлов или парогенераторов. Однако металлургические соображения устанавливают верхний предел такого давления.С этой точки зрения реакторов со сверхкритической водой считаются многообещающим достижением для атомных электростанций из-за высокого теплового КПД (~ 45% против ~ 33% для текущих LWR). SCWR работают при сверхкритическом давлении (т.е. более 22,1 МПа).

Тепловая машина — Энергетическое образование

Тепловой двигатель — это тип двигателя (например, двигателя в автомобиле), который производит макроскопическое движение за счет тепла. Когда люди трутся руками, трение превращает механическую энергию (движение наших рук) в тепловую энергию (руки становятся теплее).Тепловые двигатели делают прямо противоположное; они берут энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращают ее в движение. Часто это движение превращается в электричество с помощью генератора.

Почти вся энергия, используемая для транспортировки и электричества, поступает от тепловых двигателей. Горячие предметы, даже газы, обладают тепловой энергией, которую можно превратить во что-то полезное. Тепловые двигатели перемещают энергию из горячего места в холодное и переводят часть этой энергии в механическую.Тепловым двигателям для работы требуется разница в температуре.

Изучение термодинамики изначально было вдохновлено попыткой получить как можно больше энергии из тепловых двигателей. ^[2] По сей день используются различные виды топлива, такие как бензин, уголь и уран. Все эти тепловые двигатели по-прежнему работают в пределах, установленных вторым законом термодинамики. Это означает, что для нагрева газа используются различные виды топлива, и требуется большой резервуар для холода, чтобы избавиться от отработанного тепла.Часто отработанное тепло попадает в атмосферу или большой водоем (океан, озеро или реку).

В зависимости от типа двигателя используются разные процессы, такие как воспламенение топлива путем сгорания (бензин и уголь) или использование энергии ядерных процессов для производства тепла (уран), но конечная цель одна и та же: переключение тепла в работу. Самый известный пример теплового двигателя — двигатель автомобиля, но большинство электростанций, таких как угольные, газовые и ядерные, также являются тепловыми двигателями.

Двигатель внутреннего сгорания

полная статья

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. Затем в качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха. Хотя это обычно делается с помощью поршня, это также можно сделать с помощью турбины.

На рисунке 1 показан пример двигателя внутреннего сгорания.Этот конкретный тип называется четырехтактным двигателем, который довольно часто встречается в автомобилях.

Внешний тепловой двигатель

полная статья

Внешние тепловые машины — это обычно паровые машины, и они отличаются от внутренних тем, что источник тепла отделен от газа, который действительно работает. Эти тепловые двигатели обычно называют двигателями внешнего сгорания, потому что сгорание происходит вне двигателя. Например, внешнее сгорание будет использовать пламя для нагрева воды до пара, а затем использование пара для вращения турбины.Это отличается от внутреннего сгорания, как в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

Ядерные реакторы не имеют горения, поэтому используется более широкий термин внешний тепловой двигатель. Кипящий водяной реактор на рисунке 2 представляет собой внешний тепловой двигатель, как и другие атомные электростанции.

Примеры тепловых двигателей

Внутреннее сгорание

Внешнее сгорание

КПД

основная статья

КПД двигателя — это процент потребляемой энергии, которую двигатель может преобразовать в полезную работу.Уравнение для этого: η = объем работы / затраты энергии. Наиболее эффективные поршневые двигатели работают с КПД около 50%, а средняя угольная электростанция работает с КПД около 33%. Недавно построенные электростанции имеют КПД более 40%.

Меньшие тепловые двигатели, например, в автомобилях, имеют выходную механическую мощность, измеряемую в лошадиных силах. Большие тепловые двигатели, такие как электростанции, измеряют мощность в МВт. Конечно, выходную мощность можно измерить в любых единицах мощности, например в ваттах.

Потребляемая мощность теплового двигателя — это также мощность, часто измеряемая в МВт. С силовой установкой также имеется выходная электрическая мощность. Чтобы различать две мощности, тепловая мощность (входная мощность) измеряется в тепловых мегаваттах (МВт), а для производства электроэнергии выходная мощность измеряется в электрических мегаваттах (МВт). Для тепловых двигателей, которые обеспечивают движение вместо электричества, выходная мощность будет механической.

Когенерация

основная статья

Тепловой двигатель имеет два побочных продукта: работу и тепло.Цель большинства двигателей — производить работу, а с теплом обращаются просто как с отходами. Когенерация использует отходящее тепло для полезных вещей. Обогреватель в автомобиле работает за счет когенерации — отбирая отработанное тепло от двигателя для нагрева воздуха, который нагревает салон. Вот почему использование автомобильного обогревателя зимой мало влияет на расход бензина, но использование кондиционера летом может стоить примерно 10-20% от расхода бензина автомобиля.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Тепловой двигатель

: определение, типы и примеры

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Тепловые двигатели окружают вас повсюду.От машины, которую вы едете, до холодильника, который охлаждает продукты, до систем отопления и охлаждения вашего дома, — все они работают на одних и тех же ключевых принципах.

Цель любого теплового двигателя — преобразовать тепловую энергию в полезную работу, и для этого можно использовать множество различных подходов. Одна из простейших форм теплового двигателя — это двигатель Карно, названный в честь французского физика Николя Леонарда Сади Карно, построенный на идеализированном четырехступенчатом процессе, который зависит от адиабатической и изотермической стадий.

Но двигатель Карно — всего лишь один пример теплового двигателя, и многие другие типы достигают той же основной цели. Изучение того, как работают тепловые двигатели и как вычислять эффективность тепловых двигателей, важно для любого, кто изучает термодинамику.

Что такое тепловой двигатель?

Тепловой двигатель — это термодинамическая система, преобразующая тепловую энергию в механическую. Хотя под этот общий заголовок попадает множество различных конструкций, несколько основных компонентов можно найти практически в любом тепловом двигателе.

Любой тепловой двигатель нуждается в тепловой ванне или высокотемпературном источнике тепла, которые могут принимать множество различных форм (например, ядерный реактор является источником тепла на атомной электростанции, но во многих случаях сжигание топлива используется как источник тепла). Кроме того, должен быть холодный резервуар с низкой температурой, а также сам двигатель, который обычно представляет собой газ, который расширяется при подаче тепла.

Двигатель поглощает тепло из горячего резервуара и расширяется, и именно этот процесс расширения воздействует на окружающую среду, обычно оборачиваясь в удобную форму с помощью поршня.Затем система отдает тепловую энергию обратно в холодный резервуар и возвращается в исходное состояние. Затем процесс повторяется снова и снова циклически, чтобы непрерывно производить полезную работу.

Типы тепловых двигателей

Термодинамические циклы или циклы двигателя — это общий способ описания многих конкретных термодинамических систем, которые работают циклически, обычным для большинства тепловых двигателей. Простейшим примером теплового двигателя, работающего с термодинамическими циклами, является двигатель Карно или двигатель, работающий на основе цикла Карно.Это идеализированная форма тепловой машины, которая включает только обратимые процессы, в частности адиабатическое и изотермическое сжатие и расширение.

Все двигатели внутреннего сгорания работают по циклу Отто, который представляет собой еще один тип термодинамического цикла, в котором воспламенение топлива используется для работы с поршнем. На первом этапе поршень опускается, всасывая топливно-воздушную смесь в двигатель, которая затем адиабатически сжимается на второй ступени и воспламеняется на третьей.

Перед открытием выпускного клапана происходит быстрое повышение температуры и давления, которое воздействует на поршень за счет адиабатического расширения, что приводит к снижению давления.Наконец, поршень поднимается, чтобы очистить израсходованные газы и завершить цикл двигателя.

Другой тип теплового двигателя — двигатель Стирлинга, который содержит фиксированное количество газа, которое перемещается между двумя разными цилиндрами на разных этапах технологического процесса. Первая стадия включает нагрев газа для повышения температуры и создания высокого давления, которое перемещает поршень для обеспечения полезной работы.

Затем поршень снова поднимается вверх и толкает газ во второй цилиндр, где он охлаждается холодным резервуаром перед повторным сжатием, процесс, требующий меньше работы, чем был произведен на предыдущем этапе.Наконец, газ перемещается обратно в исходную камеру, где цикл двигателя Стирлинга повторяется.

КПД тепловых двигателей

КПД теплового двигателя — это отношение полезной производимой работы к затраченной тепловой или тепловой энергии, и результатом всегда является значение от 0 до 1 без единиц измерения, потому что и тепловая энергия, и рабочая мощность измеряются в джоулях. Это означает, что если бы у вас был идеальный тепловой двигатель , он имел бы КПД 1 и преобразовывал бы всю тепловую энергию в полезную работу, а если бы ему удалось преобразовать половину ее, КПД был бы равен 0.5. В простейшем виде формулу можно записать так:

\ text {Эффективность} = \ frac {\ text {Работа}} {\ text {Тепловая энергия}}

Конечно, тепловому двигателю невозможно имеют эффективность 1, потому что второй закон термодинамики гласит, что энтропия любой замкнутой системы со временем будет увеличиваться. Хотя есть точное математическое определение энтропии, которое вы можете использовать, чтобы понять это, самый простой способ подумать об этом состоит в том, что присущая любому процессу неэффективность приводит к некоторой потере энергии, обычно в форме отходящего тепла.Например, поршень двигателя, несомненно, будет иметь некоторое трение, работающее против его движения, что означает, что система будет терять энергию в процессе преобразования тепла в работу.

Теоретический максимальный КПД теплового двигателя называется КПД Карно. Уравнение для этого связывает температуру горячего резервуара T _H и холодного резервуара T _C с КПД ( η ) двигателя.

η = 1 — \ frac {T_C} {T_H}

Вы можете умножить результат на 100, если хотите выразить ответ в процентах.Важно помнить, что это теоретический максимум для — маловероятно, что какой-либо реальный двигатель действительно приблизится к эффективности Карно на практике.

Важно отметить, что вы максимизируете эффективность тепловых двигателей, увеличивая разницу температур между горячим и холодным резервуарами. Для автомобильного двигателя T _H — это температура газов внутри двигателя при сгорании, а T _C — это температура, при которой они выталкиваются из двигателя.

Примеры из реального мира — паровой двигатель

Паровой двигатель и паровые турбины — два из самых известных примеров теплового двигателя, и изобретение парового двигателя было важным историческим событием в индустриализации общества. Паровая машина работает аналогично другим тепловым машинам, которые обсуждались до сих пор: котел превращает воду в пар, который направляется в цилиндр, содержащий поршень, и высокое давление пара перемещает цилиндр.

Пар передает часть тепловой энергии цилиндру, охлаждая при этом, а затем, когда поршень полностью выталкивается, оставшийся пар выпускается из цилиндра.В этот момент поршень возвращается в исходное положение (иногда пар направляется на другую сторону поршня, чтобы он тоже мог его толкнуть), и термодинамический цикл начинается снова с большим количеством пара.

Эта относительно простая конструкция позволяет производить большой объем полезной работы из всего, что способно кипятить воду. Эффективность тепловой машины с такой конструкцией зависит от разницы между температурой пара и окружающей среды.Паровоз использует работу, созданную в результате этого процесса, для поворота колес и движения поезда.

Паровая турбина работает очень похоже, за исключением того, что работа идет на вращение турбины, а не на перемещение поршня. Это особенно полезный способ выработки электроэнергии из-за вращательного движения, создаваемого паром.

Примеры из реального мира — Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания работает на основе цикла Отто, описанного выше, с искровым зажиганием, используемым для бензиновых двигателей, и воспламенением от сжатия, используемым для дизельных двигателей.Основное различие между ними заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси, при этом топливно-воздушная смесь сжимается, а затем физически воспламеняется в бензиновых двигателях, а топливо распыляется в сжатый воздух в дизельных двигателях, вызывая его воспламенение от температуры. .

Помимо этого, остальная часть цикла Отто завершается, как описано ранее: Топливо всасывается в двигатель (или просто воздух для дизельного топлива), сжимается, воспламеняется (искра для топлива и распыление топлива в горячий сжатый воздух). для дизельного топлива), который выполняет полезную работу с поршнем за счет адиабатического расширения, а затем выпускной клапан открывается, чтобы снизить давление, и поршень выталкивает отработанный газ.

Примеры из реального мира — тепловые насосы, кондиционеры и холодильники

Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники тоже работают в форме теплового цикла, хотя у них другая цель — использовать работу для перемещения тепловой энергии, а не тепловую энергию. обеспечить регресс. Например, в цикле нагрева теплового насоса хладагент поглощает тепло из наружного воздуха из-за его более низкой температуры (поскольку тепло всегда течет от горячего к холодному), а затем проталкивается через компрессор для повышения его температуры. давление и, следовательно, его температура.

Этот более горячий воздух затем перемещается в конденсатор рядом с обогреваемым помещением, где тот же процесс передает тепло в помещение. Наконец, хладагент проходит через клапан, который снижает давление и, следовательно, температуру, и готов к следующему циклу нагрева.

В цикле охлаждения (как в кондиционере или холодильнике) процесс, по сути, протекает в обратном порядке. Хладагент поглощает тепловую энергию из комнаты (или внутри холодильника), потому что он хранится при низкой температуре, а затем проталкивается через компрессор для повышения давления и температуры.

В этот момент он перемещается за пределы комнаты (или в заднюю часть холодильника), где тепловая энергия передается более холодному наружному воздуху (или окружающей комнате). Затем хладагент направляется через клапан для понижения давления и температуры, считая для другого цикла нагрева.

Поскольку цель этих процессов противоположна примерам двигателей, выражение для КПД теплового насоса или холодильника также отличается. Впрочем, по форме это вполне предсказуемо.Для отопления:

η = \ frac {Q_H} {W_ {in}}

η = \ frac {Q_C} {W_ {in}}

Где термины Q относятся к тепловой энергии, подаваемой в комната (с индексом H) и перемещенная из нее (с индексом C) и W _в является входом работы в систему в виде электричества. Опять же, это значение является безразмерным числом от 0 до 1, но вы можете умножить результат на 100, чтобы получить процент, если хотите.

Пример из реального мира — электростанции или электростанции

Электростанции или электростанции — это просто еще одна форма теплового двигателя, независимо от того, производят ли они тепло с помощью ядерного реактора или сжигая топливо.Источник тепла используется для перемещения турбин и, таким образом, выполнения механической работы, часто используя пар из нагретой воды для вращения паровой турбины, которая вырабатывает электричество описанным выше способом. Точный тепловой цикл может варьироваться в зависимости от электростанции, но обычно используется цикл Ренкина.

Цикл Ренкина начинается с повышения температуры воды источником тепла, затем расширения водяного пара в турбине, за которым следует конденсация в конденсаторе (высвобождение отработанного тепла в процессе), прежде чем охлажденная вода поступает в насос.Насос увеличивает напор воды и подготавливает ее к дальнейшему нагреву.

Какие типы тепловых двигателей? Классификация и характеристики

Тепловые двигатели классифицируются в соответствии со следующими характеристиками:

• Где происходит горение: внешнее или внутреннее сгорание.
• Используемое топливо и тип зажигания: Отто или дизельное топливо.
• Тип движения подвижных элементов: альтернативный или вращающийся.
• Тип цикла: 2-тактные циклы, 4-тактные циклы.
• Количество цилиндров: одноцилиндрические или полицилиндрические.
• Расположение цилиндров: рядные цилиндры, V-цилиндры, противоположные горизонтальные цилиндры.

Что такое экзотермические и эндотермические двигатели?

В зависимости от места, где происходит горение, мы различаем два типа: экзотермическое или внешнее горение и эндотермическое или внутреннее горение.

В экзотермических двигателях сгорание происходит вне машины (паровой двигатель). Эти типы машин не используются в автомобильной промышленности.

В эндотермических двигателях процесс сгорания происходит в помещении. Это те, которые используются в самоходных транспортных средствах (легковых, грузовых, лодках …).

Типы двигателей в зависимости от используемого топлива и типа зажигания

В зависимости от используемого топлива и типа зажигания мы различаем следующие типы тепловых двигателей:

• Двигатели Отто. В качестве топлива они используют бензин. Зажигание искровое.
• Дизельные двигатели. В качестве топлива они используют дизельное топливо. Воспламенение от сжатия.

Взрывные двигатели (Отто) еще можно назвать искровым зажиганием. Для работы двигателей этого типа обычно используется смесь воздуха и бензина, которая воспламеняется из-за электрической искры, вызванной системой зажигания. Двигатели Otto выдерживают умеренное давление, в результате чего они достигают большого числа оборотов: они достигают максимальной мощности при скоростях от 5 500 до 7 000 оборотов в минуту.

Дизель еще называют воспламенением от сжатия. Для работы они используют тяжелое топливо, предпочтительно дизельное.Сжигание начинается с воспламенения дизельного топлива, впрыскиваемого мелко измельченным под высоким давлением в сильно сжатый воздух и при высокой температуре. Компоненты дизельного двигателя должны быть прочными и тяжелыми, чтобы выдерживать высокое давление, при котором они работают. Это приводит к ограничению максимальных рабочих оборотов в минуту.

Есть два типа в зависимости от числа оборотов в минуту, которое они могут достигать:

• Быстрые дизели: быстрые дизели имеют скорость около 5000 оборотов в минуту.Устанавливаются на легковые автомобили и легкие коммерческие автомобили.
• Медленные дизели: Медленные дизели вращаются со скоростью от 900 до 2000 оборотов в минуту примерно, с рабочим объемом, который может достигать 2000 куб. Они устанавливаются на грузовики, автобусы, локомотивы, корабли и тяжелую технику.

Что такое поршневые и роторные двигатели?

Объемные двигатели — это двигатели, в которых подвижные элементы создают посредством движения переменные объемы от максимального до минимального значения.В соответствии с этим определением мы можем разделить двигатели на два типа:

• Альтернативные варианты: поршень движется через цилиндр с альтернативным линейным перемещением, которое становится вращательным посредством шатунно-кривошипного механизма. Этот тип двигателя практически всегда используется в автомобильной отрасли.
• Rotary: Также называется мотором Ванкеля. Вращательное движение создается непосредственно в поршне с треугольным сечением, который вращается внутри корпуса, образуя 3 камеры. Он работает по четырехцикловому циклу Отто.В нем нет клапанов, поэтому впуск и выпуск осуществляется через форточки. Его использование в автомобильной промышленности очень ограничено.

Каковы возможные циклы тепловых двигателей?

Это важная классификация тепловых двигателей. По способу выполнения цикла мы можем выделить:

• 4-тактные циклы
• 2-тактные циклы

Четырехтактные двигатели выполняют четырехтактный рабочий цикл — впуск, сжатие, взрыв-расширение и выпуск — за четыре хода поршня более двух полных оборотов коленчатого вала.Газообмен регулируется клапанами, открывающими и закрывающими впускной и выпускной каналы. Они могут быть дизельными или взрывоопасными.

В двухтактных двигателях рабочий цикл четырехтактного двигателя осуществляется за два хода поршня и, следовательно, за один оборот коленчатого вала. Это доказывает, что этот тип обеспечивает большую мощность, чем четырехтактный с таким же рабочим объемом. Газообмен осуществляется через вентиляционные отверстия, управляемые поршнем во время движения, что отрицательно сказывается на производительности и затрудняет контроль загрязнения.Это может быть Otto, который оснащает мотоциклы малого рабочего объема, или дизельный двигатель, который имеет большой объем двигателя и используется для приведения в движение водных транспортных средств и промышленного оборудования.

Типы тепловых двигателей по цилиндрам

В зависимости от количества цилиндров теплового двигателя мы можем различать одноцилиндровые и многоцилиндровые.

• Одноцилиндровый: это тепловые двигатели, которые имеют только один цилиндр.
• Полицилиндрический: эти типы двигателей имеют более одного цилиндра.Практически все автомобили, за исключением мотоциклов, являются многоцилиндровыми.

Что касается цилиндров, двигатели также можно классифицировать по расположению этих цилиндров. Таким образом, можно выделить следующие типы:

• Рядные цилиндры
• V-цилиндры
• Противоположные горизонтальные цилиндры

Цилиндровые двигатели в ряду : В одном блоке цилиндры расположены один за другим: Такое расположение используется в двигателях от 2 до 6 цилиндров и до 8 в дизельных.

V-цилиндровые двигатели : Они состоят из двойного V-образного блока, который образует между ними угол 60 или 90º. В этом типе два поршня работают на одном колене коленчатого вала, по одному от каждого блока.

Вариантом этого типа является double V (W). Это обозначение применяется к двигателям с более чем двумя рядами цилиндров, которые имеют один общий коленчатый вал. Таким образом получаются двигатели W8, W10, W12 и W16 с очень компактными размерами, очень сбалансированной работой и очень низким уровнем вибрации.

Двигатели с противоположным расположением цилиндров : Цилиндры расположены в двух блоках, соединенных горизонтально основанием с общим коленчатым валом. Высота этого двигателя значительно уменьшена. Они могут быть 2, 4 или 6 цилиндровыми.

Что такое тепловой двигатель? Классификация тепловых двигателей?

Двигатель — это устройство, которое преобразует одну форму энергии в другую. Обычно большинство двигателей — тепловые. Т.е. они преобразуют тепловую энергию в механическую.В этой статье мы обсудили различные классификации тепловых двигателей.

Тепловые двигатели преобразуют топливо (химическую энергию) в тепловую энергию и используют ее для выполнения некоторых механических работ (механическая энергия)

Тепловые двигатели подразделяются на две категории.

1. Роторные двигатели
2. Поршневые двигатели

(будь то двигатели внешнего сгорания или двигателя внутреннего сгорания, которые подпадают только под две вышеупомянутые классификации.)

• Двигатели внутреннего сгорания
  • Роторные двигатели
    • Газовая турбина открытого цикла
    • Двигатель Ванкеля
  • Поршневые двигатели
• 9069 Двигатели внешнего сгорания 9069 9069 Турбина
• Паровая турбина

Поршневые двигатели

• Паровой двигатель
• Двигатель Стирлинга

• Внешние двигатели, сгорания которых происходит вне двигателя.
• Например, в паровых турбинах пар высокого давления будет вырабатываться за счет тепла, выделяемого при сгорании топлива в печи.
• В двигателях внутреннего сгорания сгорание происходит внутри двигателя.
• Например, сгорание топлива будет происходить внутри цилиндра двигателя.

• Наиболее часто используемые двигатели — это поршневые двигатели внутреннего сгорания.
• Паровые двигатели используются редко.
• Из-за отсутствия теплообменников (бойлеров, конденсаторов) в поршневых двигателях внутреннего сгорания они повысили эффективность и преобладали в паровых двигателях.
• Рабочая температура деталей двигателя внутреннего сгорания всегда будет ниже температуры рабочей жидкости (топлива).
• В поршневых двигателях I.C. из-за возвратно-поступательного механизма вибрации будут высокими. Это главный недостаток двигателей IC
• В роторных двигателях очень мало вибраций.
• Рабочая жидкость для двигателей внутреннего сгорания дорогая.

Учитывая все вышеперечисленные факторы, поршневые двигатели внутреннего сгорания были признаны подходящими для использования в автомобильной промышленности, на кораблях и т. Д.

Мы обсудили, что такое двигатель и что такое тепловой двигатель, и дали классификацию двигателей с сетевой диаграммой для лучшего понимания. И объяснил, почему двигатели внутреннего сгорания преобладают в мире, чем паровые двигатели / турбины. Если у вас есть какие-либо мысли, поделитесь с нами своими мыслями в разделе комментариев ниже.

В рубрике: I.C Engines, MECHANICAL ENGINEERING С тегами: классификация теплового двигателя, эффективность теплового насоса, цикл теплового двигателя, диаграмма теплового двигателя, формула теплового двигателя, PDF-файл теплового двигателя, ppt-файл теплового двигателя, I.C Двигатели, основы машиностроения, принцип теплового двигателя, типы тепловых двигателей

Типы двигателей

Двигатели — это машины, которые преобразуют источник энергии в физическую работу. Если вам нужно что-то передвигать, двигатель — это то, что вам нужно. Но не все двигатели сделаны одинаково, и разные типы двигателей определенно не работают одинаково.

Изображение предоставлено Little Visuals / Pixabay.

Вероятно, наиболее интуитивно понятный способ различить их — это тип энергии, которую каждый двигатель использует для выработки мощности.

• Тепловые двигатели
  • Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания)
  • Двигатели внешнего сгорания (ЕС-двигатели)
  • Реакционные двигатели
• Электродвигатели
• Физические механизмы

Тепловые двигатели

В самом широком смысле этим двигателям требуется источник тепла для перехода в движение. В зависимости от того, как они выделяют указанное тепло, это могут быть двигатели внутреннего сгорания (которые сжигают материал) или негорючие.Они действуют либо за счет прямого сгорания топлива, либо за счет преобразования жидкости для создания работы. Таким образом, большинство тепловых двигателей также частично пересекаются с химическими системами привода. Это могут быть двигатели с воздушным дыханием (которые забирают окислитель, например, кислород из атмосферы), или двигатели без дыхания (с окислителями, химически связанными в топливе).

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели IC) сегодня довольно широко распространены.Они приводят в действие автомобили, газонокосилки, вертолеты и так далее. Самый большой двигатель внутреннего сгорания может генерировать 109 000 лошадиных сил для корабля, перевозящего 20 000 контейнеров. Двигатели внутреннего сгорания получают энергию из топлива, сжигаемого в специальной области системы, называемой камерой сгорания. В процессе сгорания образуются продукты реакции (выхлоп), общий объем которых намного превышает общий объем реагентов (топлива и окислителя). Это расширение и есть хлеб с маслом для двигателей внутреннего сгорания — это то, что на самом деле обеспечивает движение.Тепло является лишь побочным продуктом сгорания и представляет собой потерянную часть запаса энергии топлива, потому что на самом деле оно не обеспечивает никакой физической работы.

Рядный 4-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Изображение предоставлено НАСА / Исследовательским центром Гленна. Двигатели

IC различаются по количеству «ходов» или циклов, которые каждый поршень делает для полного вращения коленчатого вала. Сегодня наиболее распространены четырехтактные двигатели, в которых реакция сгорания состоит из четырех этапов:

1. Индукция или впрыск топливовоздушной смеси (карбюрата) в камеру сгорания.
2. Сжатие микса.
3. Зажигание свечой или сжатием — топливо идет штанга .
4. Выброс выхлопных газов.

Этот радиальный двигатель выглядит как самый забавный человечек, которого я когда-либо видел.
Изображение предоставлено Duk / Wikimedia.

Для каждого шага 4-тактный поршень попеременно опускается или поднимается. Зажигание — это единственный этап, на котором в двигателе создается работа, поэтому на всех остальных этапах каждый поршень для своего движения использует энергию от внешних источников (другие поршни, электростартер, ручной запуск или инерция коленчатого вала).Вот почему вам нужно тянуть за шнурок газонокосилки, и почему вашему автомобилю нужен исправный аккумулятор, чтобы начать работать.

Другими критериями для дифференциации двигателей внутреннего сгорания являются тип используемого топлива, количество цилиндров, общий рабочий объем (внутренний объем цилиндров), распределение цилиндров (рядные, радиальные, V-образные двигатели и т. Д.), А также мощность и мощность. -весовой выход.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС) хранят топливо и продукты выхлопа отдельно — они сжигают топливо в одной камере и нагревают рабочую жидкость внутри двигателя через теплообменник или стенку двигателя.В эту категорию попадает великий отец промышленной революции, паровая машина.

В некоторых отношениях двигатели с электронным управлением работают так же, как и их аналоги на базе IC — им обоим требуется тепло, которое получается при сжигании материала. Однако есть и несколько отличий.

В двигателях

EC используются жидкости, которые подвергаются тепловому расширению-сокращению или сдвигу по фазе, но химический состав которых остается неизменным. Используемая жидкость может быть газообразной (как в двигателе Стирлинга), жидкостью (двигатель с органическим циклом Ренкина) или претерпевать изменение фазы (как в паровом двигателе) — для двигателей внутреннего сгорания почти всегда жидкость представляет собой жидкое топливо. и воздушная смесь, которая воспламеняется (меняет свой химический состав).Наконец, двигатели могут либо выпускать жидкость после использования, как двигатели внутреннего сгорания (двигатели с открытым циклом), либо постоянно использовать одну и ту же жидкость (двигатели с закрытым циклом).

Паровоз Стивенсона работает

Удивительно, но первые паровые машины, получившие промышленное применение, генерировали работу за счет создания вакуума, а не давления. Эти машины, получившие название «атмосферные двигатели», были громоздкими и крайне неэффективными. Со временем паровые двигатели приобрели форму и характеристики, которые мы ожидаем от двигателей сегодня, и стали более эффективными — с поршневыми паровыми двигателями, представляющими поршневую систему (все еще используемую двигателями внутреннего сгорания сегодня) или составные системы двигателей, в которых повторно использовалась жидкость. в цилиндрах при понижении давления для создания дополнительной «мощности».

Сегодня паровые двигатели вышли из широкого использования: они тяжелые, громоздкие, имеют гораздо меньшую топливную эффективность и удельную мощность, чем двигатели внутреннего сгорания, и не могут менять мощность так быстро. Но если вас не беспокоит их вес, размер и вам нужен постоянный запас работы, они великолепны. Таким образом, EC в настоящее время с большим успехом используется в качестве паротурбинных двигателей для морских операций и электростанций.

Ядерная энергетика называется негорючими или внешними тепловыми двигателями , поскольку они работают на тех же принципах, что и двигатели ЕС, но не получают энергию от сгорания.

Реакционные двигатели

Реакционные двигатели , в просторечии известные как реактивные двигатели , создают тягу за счет выброса реакционной массы. Основным принципом реактивного двигателя является третий закон Ньютона: в основном, если вы ударите чем-то с достаточной силой через задний конец двигателя, он вытолкнет передний конец вперед. И реактивные двигатели действительно хороши в этом.

Безумно хорошо в этом.
Изображение предоставлено thund3rbolt / Imgur.

То, что мы обычно называем «реактивным» двигателем, прикрепленное к пассажирскому самолету Boeing, строго говоря, является воздушно-реактивным двигателем и относится к классу двигателей с турбинным двигателем. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (или почти не содержат) движущихся частей, также являются воздушно-реактивными двигателями, но относятся к классу таранных двигателей. Разница между ними заключается в том, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели полагаются на чистую скорость для подачи воздуха в двигатель, тогда как турбореактивные двигатели используют турбины для втягивания и сжатия воздуха в камеру сгорания.В остальном они функционируют в основном одинаково.

В турбореактивных двигателях воздух втягивается в камеру двигателя и сжимается вращающейся турбиной. Ramjets рисуют и сжимают его, двигаясь очень быстро. Внутри двигателя он смешивается с топливом большой мощности и воспламеняется. Когда вы концентрируете воздух (и, следовательно, кислород), смешиваете его с большим количеством топлива и взрываете его (таким образом, генерируя выхлоп и термически расширяя весь газ), вы получаете реакционный продукт, который имеет огромный объем по сравнению с всасываемым воздухом. Единственное место, через которое может пройти вся эта масса газов, — это задняя часть двигателя, что происходит с огромной силой.По пути он приводит в действие турбину, втягивая больше воздуха и поддерживая реакцию. И, чтобы добавить оскорбления к травмам, в задней части двигателя есть метательное сопло.

Здравствуйте, я толкающая насадка. Я буду твоим проводником.

Этот элемент оборудования заставляет весь газ проходить через пространство еще меньшего размера, чем он первоначально прошел, таким образом, еще больше ускоряя его в «струю» материи. Выхлоп выходит из двигателя с невероятной скоростью, в три раза превышающей скорость звука, толкая самолет вперед.

Реактивные двигатели, не работающие на воздухе, или ракетные двигатели , работают так же, как реактивные двигатели без переднего долота — потому что им не нужен внешний материал для поддержания горения. Мы можем использовать их в космосе, потому что в них есть весь необходимый окислитель, упакованный в топливо. Это один из немногих типов двигателей, которые постоянно используют твердое топливо.

Тепловые двигатели могут быть невероятно большими или очаровательно маленькими. Но что, если все, что у вас есть, — это розетка, и вам нужно запитать свои вещи? Что ж, в таком случае вам нужно:

Электродвигатели

Ах да, чистая банда.Классические электрические двигатели бывают трех типов: магнитные, пьезоэлектрические и электростатические.

И, конечно же, привод Duracell.

Магнитный, как и батарея там, наиболее часто используется из трех. Он основан на взаимодействии магнитного поля и электрического потока для создания работы. Он работает по тому же принципу, что и динамо-машина для выработки электроэнергии, но наоборот. Фактически, вы можете генерировать немного электроэнергии, если вручную провернуть электромагнитный двигатель.

Для создания магнитного двигателя вам понадобятся несколько магнитов и намотанный провод. Когда к обмотке подается электрический ток, он индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом, создавая вращение. Важно, чтобы эти два элемента были разделены, поэтому электродвигатели состоят из двух основных компонентов: статора, который является внешней частью двигателя и остается неподвижной, и ротора, который вращается внутри него. Они разделены воздушной прослойкой. Обычно магниты встроены в статор, а проводник намотан на ротор, но они взаимозаменяемы.Магнитные двигатели также оснащены коммутатором для переключения электрического потока и модуляции индуцированного магнитного поля, когда ротор вращается для поддержания вращения.

Пьезоэлектрические приводы — это типы двигателей, в которых используется свойство некоторых материалов генерировать ультразвуковые колебания под воздействием электрического тока для создания работы. Электростатические двигатели используют одинаковые заряды, чтобы отталкивать друг друга и вызывать вращение ротора. Поскольку в первом используются дорогие материалы, а во втором для работы требуется сравнительно высокое напряжение, они не так распространены, как магнитные приводы.

Классические электрические двигатели обладают одними из самых высоких показателей энергоэффективности среди всех двигателей, преобразуя до 90% энергии в работу.

Ионные приводы

Ионные приводы представляют собой смесь реактивного и электростатического двигателей. Этот класс приводов ускоряет ионы (плазму), используя электрический заряд для создания движения. Они не работают, если вокруг корабля уже есть ионы, поэтому они бесполезны за пределами космического вакуума.

Подруливающее устройство Холла.
Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech.

Они также имеют очень ограниченную выходную мощность. Однако, поскольку в качестве топлива они используют только электричество и отдельные частицы газа, они были тщательно изучены для использования в космических кораблях. Deep Space 1 и Dawn успешно использовали ионные двигатели. Тем не менее, эта технология кажется наиболее подходящей для малых кораблей и спутников, поскольку след электронов, оставляемый этими двигателями, отрицательно влияет на их общую производительность.

Приводы EM / Cannae

EM / Cannae Приводы используют электромагнитное излучение, содержащееся в микроволновом резонаторе, для создания доверия.Это, наверное, самый необычный из всех типов двигателей. Его даже называют «невозможным» побуждением, поскольку это нереакционное побуждение — это означает, что он не производит никакого разряда для создания тяги, по-видимому, в обход третьего закона.

«Вместо топлива в нем используются микроволны, отражающиеся от тщательно настроенного набора отражателей для достижения небольшой силы и, следовательно, тяги без топлива», — сообщил Андрей о поездке.

Было много споров о том, работает ли этот тип двигателя на самом деле или нет, но испытания НАСА подтвердили, что он функционально исправен.В будущем его даже обновят. Поскольку он использует только электрическую энергию для создания тяги, хотя и в незначительных количествах, он кажется наиболее подходящим двигателем для исследования космоса.

Но это в будущем. Давайте посмотрим, как все начиналось. Давайте посмотрим на:

Физические механизмы

Работа этих двигателей зависит от накопленной механической энергии. Заводные двигатели , пневматические и гидравлические двигатели — все физические приводы.

Модель Ле Плонжера с огромными баллонами с воздухом.
Изображение предоставлено Национальным морским музеем.

Они не очень эффективны. Они также обычно не могут использовать большие запасы энергии. Например, заводные двигатели хранят упругую энергию в пружинах, и их нужно заводить каждый день. Пневматические и гидравлические двигатели должны иметь на себе огромные трубки со сжатой жидкостью, которые, как правило, не работают очень долго. Например, Plongeur , первая в мире подводная лодка с механическим приводом, построенная во Франции между 1860 и 1863 годами, несла поршневой воздушный двигатель, снабженный 23 танками на 12.5 баров. Они занимали огромное пространство (153 кубических м / 5 403 кубических фута), и их хватало только для того, чтобы корабль пролетел 5 морских миль (9 км / 5,6 миль) при скорости 4 узла.

Тем не менее, физические диски, вероятно, использовались впервые. Катапульты, требушеты или тараны полагаются на этот тип двигателей. То же самое касается кранов, приводимых в движение человеком или зверем — все они использовались задолго до любых других типов двигателей.

Это далеко не полный список всех двигателей, созданных человеком.Не говоря уже о том, что биология тоже создала побуждения — и они являются одними из самых эффективных, которые мы когда-либо видели. Но если вы прочтете все это, я почти уверен, что у вас к этому моменту заканчивается топливо. Так что отдохните, расслабьтесь, и в следующий раз, когда вы встретите двигатель, смазывайте руки и нос, исследуя его — мы рассказали вам основы.

.