Учебник по физике для поступающих в ВУЗ
3. Газы давят на поршень и толкают его вниз, передавая движение через шатун на коленчатый вал. Двигатель совершает полезную работу. Поэтому этот такт называют рабочим ходом двигателя.
В конце третьего такта открывается выхлопной клапан и продукты сгорания выводятся из двигателя.
4. Благодаря массе поршня и маховика двигатель вращается по инерции. Поршень движется вверх. Идет выпуск продуктов сгорания и вентилирование камеры сгорания.
В конце четвертого такта выхлопной клапан закрывается. Поршень достигает верхней мертвой точки.
Цикл двигателя состоит из следующих тактов:
впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
В реальных двигателях несколько цилиндров, которые поочередно вращают коленчатый вал. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.
Паровая или газовая турбина
Пар или нагретый до высокой температуры газ под высоким давлением вращает вал без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.
На вал насажено колесо с лопатками по ободу, называемое рабочим колесом. На лопатки через специальные сопла подается пар (перегретый пар 200оС) из котла или газ под давлением (20-40 атм), приводя турбину во вращение.
В современных турбинах применяют не один, а много дисков с несколькими рядами лопаток каждый, насаженными на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому часть своей энергии.
На электростанциях турбины соединяют с генераторами. Частота вращения турбин достигает 10000-15000 оборотов, что является весьма удобным для генерации электрического тока.
Широкое применение находят газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания топлива или газа.
КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. ЦИКЛ КАРНО(уч.10кл.стр.275-280 )
Определение и работа теплового двигателя (см.выше уч.10кл.)
Определение замкнутого цикла термодинамического процесса
Определение понятия КПД и его физический смысл
Формула. Единицы измерения
КПД всегда меньше 1.
Цикл Сади Карно. График и физический смысл на примере поршня
Термодинамические процессы цикла Карно (по графику)
Максимально значение КПД из цикла Карно
Пути повышения КПД теплового двигателя
Тепловым двигателем называется двигатель, который производит механическую работу за счет энергии, выделившейся при сгорании топлива.
Некоторые виды тепловых двигателей:
- паровая машина;
- паровая турбина;
- двигатель внутреннего сгорания;
- реактивный двигатель.
Физические основы работы всех тепловых двигателей одинаковы.
Тепловой двигатель состоит из трех основных частей:
- рабочее тело (газ или пар), совершающее работу
- нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу
- холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела
Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе – наличие нагревателя и холодильника.
Для непрерывного совершения механической работы термодинамический цикл должен быть замкнутым.
Замкнутый процесс (цикл) – совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.
Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия.
Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному им от нагревателя:
η =
Процесс работы теплового двигателя:
Рабочее тело приводят в контакт с нагревателем , поэтому рабочее тело получает от нагревателя 
.
За счет этого количества теплоты рабочее тело совершает механическую работу.
Затем рабочее тело приводят в контакт с холодильником , поэтому рабочее тело отдает тепло холодильнику.
Таким образом возвращается в исходное состояние.
Теперь рабочее тело приводят в контакт с нагревателем и все происходит сначала.
В циклическом тепловом двигателе нельзя преобразовать в механическую работу все количество теплоты Qн, получаемое он нагревателя. Некоторое количество теплоты Qх отдается холодильнику. Поэтому работа за цикл не может быть больше:
A = Qн– Qх
Коэффициент полезного действия теплового двигателя всегда меньше единицы
η = = = 1 -
Круговой цикл не реализуется при отсутствии холодильника. Qх=0.
Цикл Карно
В начале XIX века французский инженер Сади Карно исследовал пути повышения КПД тепловых двигателей. Он предложил цикл, который должен совершать идеальный газ в некоторой тепловой машине, такой, что при этом получается максимально возможный КПД.
Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух 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 из всех возможных циклов, имеющий максимальный КПД,
Идеальный газ приводят в контакт с нагревателем и предоставляют ему возможность расширяться изотермически, то есть при температуре нагревателя.
Когда расширившийся газ перейдет в состояние 2, его теплоизолируют от нагревателя и дают ему возможность расширяться адиабатически, то есть газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.
Расширяясь адиабатически газ охлаждается до тех пор, пока его температура не будет равна температуре холодильника (состояние 3).
Теперь газ приводят в контакт с холодильником сжимают изотермически. Газ отдает холодильнику 
. Газ переходит в состояние 4.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100