Коефициент полезно действие(КПД) е величина, която изразява в проценти ефективността на конкретен механизъм (двигател, система) по отношение на превръщането на получената енергия в полезна работа.
Прочетете в тази статия
Защо ефективността на дизела е по-висока
Индекс на ефективност за различни двигателимогат да бъдат много различни и зависят от редица фактори. имат относително ниска ефективност поради Голям броймеханични и топлинни загуби, възникващи по време на работа на енергиен блок от този тип.
Вторият фактор е триенето, което възниква по време на взаимодействието на свързващите се части. По-голямата част от потреблението на полезна енергия е задвижването на буталата на двигателя, както и въртенето на частите вътре в двигателя, които са структурно фиксирани върху лагерите. Около 60% от енергията на изгаряне на бензина се изразходва само за осигуряване на работата на тези агрегати.
Допълнителни загуби се причиняват от работата на други механизми, системи и прикачени файлове. Той също така взема предвид процента на загубите, дължащи се на съпротивление по време на следващото зареждане на гориво и въздух, и след това освобождаването на отработените газове от цилиндъра на двигателя с вътрешно горене.
Ако сравним дизелов заводи бензинов двигател дизелов двигателима значително по-висока ефективност в сравнение с бензинов агрегат. Бензиновите агрегати имат ефективност около 25-30% от общото количество получена енергия.
С други думи, от 10 литра бензин, изразходвани за работа на двигателя, само 3 литра са използвани за работа полезна работа. Останалата част от енергията от изгарянето на горивото отиде на вятъра.
Със същия показател на работния обем, атмосферната мощност бензинов двигателпо-високо, но постигнато при повече високи обороти. Двигателят трябва да се "завърти", загубите се увеличават, разходът на гориво се увеличава. Необходимо е да се спомене и въртящият момент, което буквално означава силата, която се предава от двигателя към колелата и задвижва автомобила. Бензинови двигатели с вътрешно горенедостигат максимален въртящ момент при по-високи обороти.
Подобен дизелов двигател с естествено пълнене достига пикове при ниски обороти, докато използва по-малко дизел за извършване на полезна работа, което означава повече висока ефективности икономия на гориво.
Дизеловото гориво генерира повече топлина в сравнение с бензина, температурата на горене на дизеловото гориво е по-висока и индексът на устойчивост на удар е по-висок. Оказва се, че дизеловият двигател с вътрешно горене има повече полезна работа при определено количество гориво.
Енергийна стойност на дизелово гориво и бензин
Дизеловото гориво се състои от по-тежки въглеводороди от бензина. По-малка ефективност бензинов заводв сравнение с дизела също се крие в енергийния компонент на бензина и характеристиките на неговото изгаряне. Пълно изгарянееднакво количество дизелово гориво и бензин ще даде повече топлина в първия случай. Топлина в дизел ICEпо-пълно се превръща в полезна механична енергия. Оказва се, че при изгаряне на едно и също количество гориво за единица време, именно дизеловият двигател ще свърши повече работа.
Също така си струва да се вземат предвид характеристиките на инжектирането и създаването на подходящи условия за пълно изгаряне на сместа. В дизеловия двигател горивото се подава отделно от въздуха, не се впръсква всмукателен колектор, но директно в цилиндъра в самия край на такта на компресия. Резултатът е повече топлинаи най-пълното изгаряне на част от работната гориво-въздушна смес.
Резултати
Дизайнерите непрекъснато се стремят да подобрят ефективността както на дизела, така и на бензинов двигател. Увеличаване на броя на приема и изпускателни клапанина цилиндър, активно приложение, електронно управление впръскване на гориво, дроселна клапаи други решения могат значително да увеличат ефективността. В по-голяма степен това се отнася за дизеловия двигател.
Благодарение на тези характеристики, модерен дизелов двигател е в състояние напълно да изгори част от дизеловото гориво, наситено с въглеводороди в цилиндъра и да произведе голямо количество въртящ момент при ниски обороти. ниски оборотиозначава по-малко загуби от триене и съпротивление в резултат на триене. Поради тази причина днес дизеловият двигател е един от най-производителните и икономични Видове ICE, чиято ефективност често надхвърля знака от 50%.
Прочетете също
Защо е по-добре да загреете двигателя преди шофиране: смазване, гориво, износване на студени части. Как да затоплите дизелов двигател през зимата.
Коефициент на ефективност (COP)е мярка за ефективността на дадена система по отношение на преобразуването или трансфера на енергия, която се определя от съотношението на полезно използваната енергия към общата енергия, получена от системата.
ефективност- стойността е безразмерна, обикновено се изразява като процент: 
Коефициент на ефективност (COP) топлинен двигателсе определя по формулата: , където A = Q1Q2. термична ефективностдвигател винаги е по-малко от 1.
Цикъл на Карно- Това е обратим кръгов газов процес, който се състои от два последователни изотермични и два адиабатични процеса, извършвани с работен флуид. 
Кръговият цикъл, който включва две изотерми и две адиабати, съответства на максималната ефективност.
Френският инженер Сади Карно през 1824 г. извежда формулата за максимума Идеална ефективносттоплинна машина, където работен орган- Това идеален газ, чийто цикъл се състои от две изотерми и две адиабати, т.е. цикълът на Карно. Цикълът на Карно е реалният работен цикъл на топлинен двигател, който извършва работа поради топлината, подадена към работния флуид в изотермичен процес.
Формулата за ефективността на цикъла на Карно, т.е. максималната ефективност на топлинния двигател, е: 
, където T1 - абсолютна температуранагревател, Т2 - абсолютната температура на хладилника.
Топлинни двигатели- Това са конструкции, в които топлинната енергия се преобразува в механична.
Топлинните двигатели са разнообразни както по конструкция, така и по предназначение. Те включват парни двигатели, парни турбини, двигатели вътрешно горене, реактивни двигатели.
Въпреки това, въпреки разнообразието, по принцип работата на различни топлинни двигатели е Общи черти. Основните компоненти на всяка топлинна машина:
- нагревател;
- работен орган;
- хладилник.
Нагревателят отделя топлинна енергия, като същевременно загрява работната течност, която се намира в работната камера на двигателя. Работната течност може да бъде пара или газ.
Приемайки количеството топлина, газът се разширява, т.к. неговото налягане е по-голямо от външното налягане и движи буталото, произвеждайки положителна работа. В същото време налягането му пада, а обемът му се увеличава.
Ако компресираме газа, преминавайки през същите състояния, но в обратна посока, тогава ще извършим същата абсолютна стойност, но отрицателна работа. В резултат на това цялата работа за цикъла ще бъде равна на нула.
За да бъде работата на топлинния двигател различна от нула, трябва да бъде работата по компресиране на газа по-малко работаразширения.
За да стане работата на компресията по-малка от работата на разширението, е необходимо процесът на компресия да се извършва при по-ниска температура, за това работният флуид трябва да се охлади, следователно в дизайна на устройството е включен хладилник топлинен двигател. Работният флуид отдава количеството топлина на хладилника, когато е в контакт с него.
Може би основният конструктивен елементвсяка кола е нейното "сърце", а именно двигателят. От това колко гладко и ефективно ще работи това устройство, скорост, комфорт, характеристики на сцеплениеавтомобили. Важен показател ефективна работадвигател на всеки агрегат и автомобил е неговата ефективност.
Това общоприето съкращение означава просто – ефективност. Но не всеки шофьор знае каква е ефективността на автомобилния двигател? Може би не му трябва, но трябва да знае всичко!
Какво е ефективност
Сега малко за това какво представлява ефективността и от какво зависи. Според класическата дефиниция това е съотношението на извършената работа и изразходваната за това енергия. Определени в процент. Колкото по-висок е процентът на ефективност, толкова по-ефективен е двигателят. Даже вярно модерни автомобилине мога да се похваля достатъчно високи ставкиефективност.
Днес се счита за нормално, ако нивото на полезна работа на автомобилния двигател е в диапазона 20 - 60%. За сравнение използвайте електродвигателидава възможност да се получи ефективност от 95%. Загубата на ефективност възниква от различни вътрешни и външни факторикоито влияят на двигателя, когато той работи.
По-специално те включват загуба на енергия чрез "измиване" на топлина, неефективно подготвена въздушна смес, което по-късно става причина за непълното му изгаряне, разходите за енергия за преодоляване на триенето, загубата на топлина в процеса на отстраняване на изгорелите газове. Общо такива загуби могат да достигнат до 60 - 80% от първоначално получената енергия.
Разбира се, този подход води до неправилно използване на гориво, ниска мощност, бързо износване на части от определен тип, необходимост от по-чести профилактични прегледи и ремонти. Тук важен моменте необходимостта от използване на качествени части. В крайна сметка, по време на работа на двигателя, всички негови части са постоянно под високо напрежение. И най-малкият дефект в една от неговите части може да доведе до повреда на цялото устройство.
Характеристики на ефективността на двигателя в автомобил
Трябва също така да се разбере, че ефективността на двигателите, работещи с бензин, е много по-ниска от същите двигатели, които работят с дизелово гориво. Отличителна чертатези видове гориво е използването на допълнителни запалителни елементи (в случай на бензин) или доставката на готови горивна смесв предварително подготвена камера с сгъстен въздух, където такова гориво се запалва спонтанно.
Отделно е важно да се спрем на качеството на самото гориво. В крайна сметка непълното изгаряне на горивото може да доведе до загуба на до 25% от освободената енергия. Ето защо много компании внимателно подхождат към избора на доставчици на гориво. В крайна сметка четвъртата част от загубата е доста впечатляващ показател. Освен това неизгорялото гориво има тенденция не само да навлезе в атмосферата и да я замърси (и можете да получите солидна глоба за това), но също така се утаява върху вътрешните стени на двигателя и неговите части, като по този начин води до запушване и преждевременно износване.
Използвайки качествено гориво, имате възможност, без да извършвате никаква вътрешна модернизация на автомобила или да подменяте отделните му части, всъщност неочаквано това значително ще увеличи ефективността на двигателя.
Подобряване на ефективността на двигателя
Като се има предвид повишеното търсене на обществото за ефективни, икономични и удобни коли, днес учени и експерти от различни страниучастват в програми за подобряване автомобилни двигателиза да се доведе тяхната ефективност до ниво от 80% и повече.
За да направите това, се използват различни подобрения на дизайна (например турбокомпресор), металните компоненти на основата на двигателя се заменят с по-леки сплави, които могат да задържат топлината и да намалят триенето до минимум при минималните разходи, необходими за това.
Всичко това се превръща в основа за производството на по-компактни, леки двигатели, способни да преработват по-голямата част от първоначално получената енергия в полезна работа. По този начин всичко това ви позволява наистина да спестите в процеса на по-нататъшна работа и поддръжка на машината.
В същото време се дава голямо вниманиеподобряване и почистване на съществуващи елементи (гориво, охладителни системи, смазване, захранване с гориво и изгорели газове), тъй като, както вече отбелязахме по-рано, по този начин можете да увеличите ефективността дори без да променяте отделни части. Достатъчно лесно за наливане правилно гориво, намаляване на нивото на топлообмен по време на работа на двигателя или изгорели газове.
Друг момент за ефективно използване на автомобила е оптималното ниво на натоварване на автомобила. издържа Средната скорост, правилни пасовебез да се опитвате да покажете прекомерното си умение, ще можете значително да намалите разхода на гориво. Можете също да постигнете оптимална мощности скоростта на превозното средство при определени условия.
В теоретичния модел на топлинна машина се разглеждат три тела: нагревател, работен органИ хладилник.
Нагревател - термичен резервоар (голямо тяло), чиято температура е постоянна.
Във всеки цикъл на работа на двигателя работната течност получава определено количество топлина от нагревателя, разширява се и извършва механична работа. Прехвърлянето на част от енергията, получена от нагревателя към хладилника, е необходимо за връщане на работния флуид в първоначалното му състояние.
Тъй като моделът предполага, че температурата на нагревателя и хладилника не се променя по време на работа на топлинния двигател, тогава в края на цикъла: нагряване-разширение-охлаждане-компресия на работния флуид се счита, че машината се връща до първоначалното си състояние.
За всеки цикъл, въз основа на първия закон на термодинамиката, можем да запишем, че количеството топлина Qнатоварване, получено от нагревателя, количество топлина | Q cool |, дадени на хладилника, и работата, извършена от работния орган Аса свързани помежду си чрез:
А = Qнатоварване – | Qстудено|.
В реално технически средства, които се наричат топлинни двигатели, работният флуид се нагрява от топлината, отделена при изгарянето на горивото. Да, в въздушна турбинаелектроцентрала нагревател е пещ с горещи въглища. В двигател с вътрешно горене (ICE) продуктите от горенето могат да се считат за нагревател, а излишният въздух може да се счита за работен флуид. Като хладилник те използват въздуха на атмосферата или водата от естествени източници.
Ефективност на топлинен двигател (машина)
Ефективност на топлинния двигател (ефективност)е съотношението на работата, извършена от двигателя, към количеството топлина, получена от нагревателя:
Ефективността на всяка топлинна машина е по-малка от единица и се изразява в проценти. Невъзможността за превръщане на цялото количество топлина, получена от нагревателя, в механична работа е цената, която трябва да се плати за необходимостта от организиране на цикличен процес и следва от втория закон на термодинамиката.
При реалните топлинни двигатели ефективността се определя от експеримента механична мощност ндвигател и количеството изгорено гориво за единица време. Така че, ако навреме Tмасово изгорено гориво ми специфична топлина на изгаряне р, Че
За Превозно средствореферентната характеристика често е обемът Vгориво изгорено по пътя спри механична мощност на двигателя ни на скорост. В този случай, като вземем предвид плътността r на горивото, можем да напишем формула за изчисляване на ефективността:
Втори закон на термодинамиката
Има няколко формулировки втори закон на термодинамиката. Един от тях казва, че е невъзможен топлинен двигател, който да върши работа само поради източник на топлина, т.е. без хладилник. Световният океан би могъл да му служи като практически неизчерпаем източник на вътрешна енергия (Вилхелм Фридрих Оствалд, 1901 г.).
Други формулировки на втория закон на термодинамиката са еквивалентни на тази.
Формулировката на Клаузиус(1850): невъзможен е процес, при който топлината би се прехвърлила спонтанно от по-малко нагрети тела към по-нагрети тела.
Формулировката на Томсън(1851): невъзможен е кръгов процес, единственият резултат от който би бил производството на работа чрез намаляване на вътрешната енергия на топлинния резервоар.
Формулировката на Клаузиус(1865): всички спонтанни процеси в затворена неравновесна система протичат в такава посока, в която ентропията на системата се увеличава; в състояние на топлинно равновесие е максимално и постоянно.
Формулировката на Болцман(1877): затворена система от много частици спонтанно преминава от по-подредено състояние в по-малко подредено. Спонтанното излизане на системата от равновесно положение е невъзможно. Болцман въвежда количествена мярка за безпорядък в система, състояща се от много тела - ентропия.
Ефективност на топлинен двигател с идеален газ като работен флуид
Ако е даден моделът на работния флуид в топлинния двигател (например идеален газ), тогава е възможно да се изчисли промяната термодинамични параметриработна течност по време на разширяване и свиване. Това ви позволява да изчислите ефективността на топлинния двигател въз основа на законите на термодинамиката.
На фигурата са показани циклите, за които може да се изчисли ефективността, ако работният флуид е идеален газ и параметрите са зададени в точките на преход на един термодинамичен процес към друг.
|
|
Изобарно-изохорно |
|
Изохорно-адиабатни |
|
Изобарно-адиабатни |
|
Изобарно-изохорно-изотермично |
|
|
Изобарно-изохорно-линейно |
Цикъл на Карно. Ефективност на идеална топлинна машина
Най-висока ефективност при дадени температури на нагревателя Tотопление и хладилник Tстудът има топлинен двигател, при който работният флуид се разширява и свива Цикъл на Карно(фиг. 2), чиято графика се състои от две изотерми (2–3 и 4–1) и две адиабати (3–4 и 1–2).
Теорема на Карнодоказва, че ефективността на такъв двигател не зависи от използвания работен флуид, така че може да се изчисли с помощта на термодинамичните отношения за идеален газ:
Екологични последици от топлинните двигатели
Интензивното използване на топлинни двигатели в транспорта и енергетиката (ТЕЦ и АЕЦ) оказва значително влияние върху биосферата на Земята. Въпреки че има научни спорове относно механизмите на влияние на човешката дейност върху климата на Земята, много учени посочват факторите, поради които може да възникне такова влияние:
- Парников ефект– повишаване на концентрацията на въглероден диоксид (продукт от горенето в нагревателите на термичните машини) в атмосферата. Въглеродният диоксид пропуска видимата и ултравиолетовото лъчение от Слънцето, но абсорбира инфрачервеното лъчение от Земята. Това води до повишаване на температурата на ниските слоеве на атмосферата, увеличаване на ураганните ветрове и глобално топене на ледовете.
- Пряко въздействие на отровни изгорели газовевърху дивата природа (канцерогени, смог, киселинен дъжд от странични продуктиизгаряне).
- Разрушаване на озоновия слой по време на полети на самолети и изстрелвания на ракети. Озонът в горните слоеве на атмосферата предпазва целия живот на Земята от излишната ултравиолетова радиация от Слънцето.
Изходът от зараждащата се екологична криза е в увеличаването термична ефективностдвигатели (ефективността на съвременните топлинни двигатели рядко надвишава 30%); използване обслужвани двигателии неутрализатори на вредни изгорели газове; използване алтернативни източнициенергия ( слънчеви панелии нагреватели) и алтернативни транспортни средства (велосипеди и др.).
Ефективност (ефективност) - характеристика на ефективността на система (устройство, машина) по отношение на преобразуването или преноса на енергия. Определя се от отношението на използваната полезна енергия към общото количество енергия, получена от системата; обикновено се обозначава η ("това"). η = Wpol/Wcym. Ефективността е безразмерна величина и често се измерва като процент. Математически определението за ефективност може да бъде написано като:
X 100%
Където А- полезна работа и Q- изразходвана енергия.
По силата на закона за запазване на енергията ефективността винаги е по-малка от единица или равна на нея, т.е. невъзможно е да се получи по-полезна работа от изразходваната енергия.
Ефективност на топлинния двигател- съотношението на идеалната полезна работа на двигателя към енергията, получена от нагревателя. Ефективността на топлинния двигател може да се изчисли по следната формула
,където - количеството топлина, получено от нагревателя, - количеството топлина, дадено на хладилника. Най-висока ефективност сред цикличните машини, работещи при дадени температури на горещ извор T 1 и студено T 2, имат топлинни двигатели, работещи по цикъла на Карно; тази ограничаваща ефективност е равна на
.Не всички показатели, характеризиращи ефективността на енергийните процеси, отговарят на горното описание. Дори ако те традиционно или погрешно се наричат "ефективност", те могат да имат други свойства, по-специално да надхвърлят 100%.
ефективност на котела
Основна статия: Термичен баланс на котела
Ефективността на котлите с изкопаеми горива традиционно се изчислява от нетната калоричност; предполага се, че влагата на продуктите от горенето напуска котела под формата на прегрята пара. В кондензационните котли тази влага се кондензира, топлината на кондензацията се използва полезно. При изчисляване на коефициента на полезно действие според долната калоричност може евентуално да се окаже повече от едно. IN този случайби било по-правилно да се разглежда според по-високата калоричност, като се вземе предвид топлината на кондензация на пара; но работата на такъв котел е трудно да се сравни с данни от други инсталации.
Термопомпи и чилъри
Предимството на термопомпите като отоплителна техника е способността понякога да получават повече топлина от енергията, изразходвана за тяхната работа; по подобен начин една хладилна машина може да отнеме повече топлина от охладения край, отколкото се изразходва за организиране на процеса.
Ефективността на такива топлинни двигатели се характеризира с коефициент на ефективност(за чилъри) или коефициент на трансформация(за термопомпи)
,къде се отнема топлината от студения край (при хладилните машини) или се пренася към горещия край (при термопомпите); - работата (или електроенергията), изразходвана за този процес. най-доброто представянепроизводителността за такива машини има обратен цикъл на Карно: в него коефициентът на ефективност
,където , са температурите на топлия и студения край, . Тази стойност, очевидно, може да бъде произволно голяма; въпреки че на практика е трудно да се приближи до него, коефициентът на ефективност все още може да надхвърли единица. Това не противоречи на първия закон на термодинамиката, тъй като освен взетата под внимание енергия А(напр. електрически), в топлина Qима и енергия, взета от студен източник.
Литература
- Перишкин А.В.Физика. 8 клас. - Дропла, 2005. - 191 с. - 50 000 копия. - ISBN 5-7107-9459-7.
Бележки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Синоними:Вижте какво е "ефективност" в други речници:
ефективност- Съотношението на изходната мощност към консумираната активна мощност. [OST 45.55 99] коефициент на полезно действие ефективност на действиетоСтойност, която характеризира съвършенството на процесите на трансформация, трансформация или пренос на енергия, което е съотношението на полезни ... ... Наръчник за технически преводач
Или коефициентът на възвръщаемост (КПД) е характеристика на качеството на работа на всяка машина или апарат по отношение на неговата ефективност. Под K.P.D. се разбира съотношението на количеството работа, получено от машината или енергията от устройството, към това количество ... ... Морски речник
- (ефективност), показател за ефективността на механизма, определен като съотношението на работата, извършена от механизма, към работата, изразходвана за неговото функциониране. ефективност обикновено се изразява като процент. Един идеален механизъм би трябвало да има ефективност = ... ... Научно-технически енциклопедичен речник
Съвременна енциклопедия
- (КПД) характеристика на ефективността на системата (устройство, машина) по отношение на преобразуването на енергия; се определя от съотношението на използваната полезна енергия (превърната в работа в цикличен процес) към общото количество енергия, ... ... Голям енциклопедичен речник
- (ефективност), характеристика на ефективността на система (устройство, машина) по отношение на преобразуването или преноса на енергия; се определя от съотношението на t) използвана полезна енергия (Wpol) към общото количество енергия (Wtotal), получено от системата; h=Wpol… … Физическа енциклопедия
- (КПД) съотношението на полезна енергия W p, например. под формата на работа, към общото количество енергия W, получено от системата (машина или двигател), W p / W. Поради неизбежните загуби на енергия поради триене и други неравновесни процеси за реални системи ... ... Физическа енциклопедия
Съотношението на изразходваната полезна работа или получената енергия към цялата изразходвана работа или съответно консумираната енергия. Например ефективността на електродвигателя е съотношението на механ. мощността, която те отдават на подадената към него електрическа енергия. мощност; ДА СЕ.… … Технически железопътен речник
Съществува., брой синоними: 8 ефективност (4) възвръщаемост (27) плодотворност (10) ... Речник на синонимите
Ефективност- - стойност, която характеризира съвършенството на всяка система по отношение на всеки процес на трансформация или пренос на енергия, протичащ в нея, определена като съотношението на полезна работа към работата, изразходвана за пускане в действие. ... ... Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали
Ефективност- (ефективност), числена характеристика на енергийната ефективност на всяко устройство или машина (включително топлинен двигател). Ефективността се определя от съотношението на използваната полезна енергия (т.е. преобразувана в работа) към общото количество енергия, ... ... Илюстрован енциклопедичен речник
