Šiuolaikinės realybės apima plačiai paplitusią šilumos variklių veikimą. Daugybė bandymų juos pakeisti elektros varikliais iki šiol žlugo. Problemos, susijusios su elektros kaupimu autonominės sistemos sprendžiami labai sunkiai.
Vis dar aktualios elektros energijos akumuliatorių gamybos technologijos problemos, atsižvelgiant į jų ilgalaikį naudojimą. Greičio charakteristikos elektrinės transporto priemonės yra toli nuo automobilių su varikliais vidaus degimas.
Pirmieji žingsniai kuriant hibridiniai varikliai gali žymiai sumažinti kenksmingų išmetimų megapoliuose, sprendžiant aplinkosaugos problemas.
Truputis istorijos
Galimybė paversti garo energiją judėjimo energija buvo žinoma senovėje. 130 m. pr. Kr.: Filosofas Heronas iš Aleksandrijos pristatė žiūrovams garų žaislą – aeolipilį. Sfera, užpildyta garais, pradėjo suktis veikiant iš jos sklindančioms srovėms. Šis modernaus prototipas garo turbinos tuo metu nerado pritaikymo.
Daugelį metų ir šimtmečių filosofo tobulėjimas buvo laikomas tik smagiu žaislu. 1629 metais italas D. Branchi sukūrė aktyviąją turbiną. Garai paleido diską su ašmenimis.
Nuo to momento prasidėjo spartus vystymasis garo varikliai.
šiluminis variklis
Kuro pavertimas energija, skirta mašinų ir mechanizmų dalims judėti, naudojamas šilumos varikliuose.
Pagrindinės mašinų dalys: šildytuvas (sistema energijai gauti iš išorės), darbinis skystis (atlieka naudingą veiksmą), šaldytuvas.
Šildytuvas skirtas užtikrinti, kad darbinis skystis sukauptų pakankamai vidinės energijos naudingiems darbams atlikti. Šaldytuvas pašalina energijos perteklių.
Pagrindinė efektyvumo charakteristika vadinama šilumos variklių efektyvumu. Ši vertė parodo, kokia dalis šildymui sunaudojamos energijos išleidžiama naudingiems darbams atlikti. Kuo didesnis efektyvumas, tuo pelningesnis darbas mašina, tačiau ši vertė negali viršyti 100%.
Efektyvumo skaičiavimas
Tegul šildytuvas iš išorės gauna energiją, lygią Q 1 . darbinis kūnas atliko darbą A, o šaldytuvui suteikta energija buvo Q 2 .
Remdamiesi apibrėžimu, apskaičiuojame efektyvumą:
η= A / Q 1 . Atsižvelgiame į tai, kad A \u003d Q 1 - Q 2.
Iš čia šiluminis efektyvumas mašina, kurios formulė yra η \u003d (Q 1 - Q 2) / Q 1 \u003d 1 - Q 2 / Q 1, leidžia padaryti tokias išvadas:
- Efektyvumas negali viršyti 1 (arba 100%);
- norint maksimaliai padidinti šią vertę, reikia arba padidinti iš šildytuvo gaunamą energiją, arba sumažinti šaldytuvui skiriamą energiją;
- šildytuvo energijos padidėjimas pasiekiamas keičiant kuro kokybę;
- sumažinant šaldytuvui skiriamą energiją, leidžia pasiekti dizaino elementai variklius.
Idealus šilumos variklis
Ar galima sukurti tokį variklį, koeficientą naudingas veiksmas kuris būtų didžiausias (idealiu atveju – lygus 100%)? Atsakymą į šį klausimą bandė rasti prancūzų fizikas teoretikas ir talentingas inžinierius Sadi Carnot. 1824 m. buvo paskelbti jo teoriniai skaičiavimai apie dujose vykstančius procesus.
Pagrindinė mintis tobulas automobilis, galime apsvarstyti galimybę atlikti grįžtamuosius procesus su idealiomis dujomis. Pradedame nuo dujų izoterminio plėtimosi esant temperatūrai T 1 . Tam reikalingas šilumos kiekis Q 1. Dujoms išsiplėtus be šilumos mainų Pasiekusios temperatūrą T 2, dujos izotermiškai suspaudžiamos, perduodant energiją Q 2 į šaldytuvą. Dujų grįžimas į pradinę būseną yra adiabatinis.
Idealus efektyvumas šiluminis variklis Carnot, kai tiksliai apskaičiuojamas, yra lygus šildymo ir aušinimo įrenginių temperatūrų skirtumo ir šildytuvo temperatūros santykiui. Tai atrodo taip: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
Galimas šiluminio variklio efektyvumas, kurio formulė yra: η= 1 - T 2 / T 1 , priklauso tik nuo šildytuvo ir aušintuvo temperatūros ir negali būti didesnis nei 100%.
Be to, šis santykis leidžia įrodyti, kad šiluminių variklių efektyvumas gali būti lygus vienetui tik tada, kai šaldytuvas pasiekia temperatūrą. Kaip žinote, ši vertė nepasiekiama.
Karno teoriniai skaičiavimai leidžia nustatyti maksimalų bet kokios konstrukcijos šilumos variklio efektyvumą.
Karno įrodyta teorema yra tokia. Laisvas šiluminis variklis jokiomis aplinkybėmis jis negali turėti didesnio naudingumo koeficiento už panašią idealaus šiluminio variklio naudingumo koeficiento vertę.
Problemos sprendimo pavyzdys
1 pavyzdys Koks idealaus šiluminio variklio efektyvumas, jei šildytuvo temperatūra yra 800°C, o šaldytuvo – 500°C žemesnė?
T 1 \u003d 800 o C \u003d 1073 K, ∆T \u003d 500 o C = 500 K, η -?
Pagal apibrėžimą: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
Mums pateikiama ne šaldytuvo temperatūra, o ∆T = (T 1 - T 2), iš čia:
η \u003d ∆T / T 1 \u003d 500 K / 1073 K \u003d 0,46.
Atsakymas: efektyvumas = 46%.
2 pavyzdys Nustatykite idealaus šiluminio variklio naudingumo koeficientą, jei dėl įgytos vieno kilodžaulio šildytuvo energijos atliekama 650 J naudingo darbo Kokia šilumos variklio šildytuvo temperatūra, jei aušinimo skysčio temperatūra yra 400 K?
Q 1 \u003d 1 kJ \u003d 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η -?, T 1 \u003d?
Šioje užduotyje mes kalbame apie šiluminę instaliaciją, kurios efektyvumą galima apskaičiuoti pagal formulę:
Norėdami nustatyti šildytuvo temperatūrą, naudojame idealaus šilumos variklio efektyvumo formulę:
η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1.
Atlikę matematines transformacijas gauname:
T 1 \u003d T 2 / (1- η).
T 1 \u003d T 2 / (1- A / Q 1).
Paskaičiuokime:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T 1 \u003d 400 K / (1-650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Atsakymas: η \u003d 65%, T 1 \u003d 1142,8 K.
Realios sąlygos
Idealus šilumos variklis sukurtas atsižvelgiant į idealius procesus. Darbas atliekamas tik izoterminiuose procesuose, jo reikšmė apibrėžiama kaip sritis, kurią riboja Karno ciklo grafikas.
Tiesą sakant, neįmanoma sudaryti sąlygų keisti dujų būseną be temperatūros pokyčių. Nėra medžiagų, kurios pašalintų šilumos mainus su aplinkiniais objektais. Adiabatinis procesas nebeįmanomas. Šilumos perdavimo atveju būtinai turi keistis dujų temperatūra.
Realiomis sąlygomis sukurtų šiluminių variklių efektyvumas labai skiriasi nuo naudingumo idealūs varikliai. Atkreipkite dėmesį, kad procesai tikri varikliai atsiranda taip greitai, kad darbinės medžiagos vidinės šiluminės energijos kitimo keičiant jos tūrį negali kompensuoti šilumos srautas iš šildytuvo ir grįžimas į aušintuvą.
Kiti šiluminiai varikliai
Tikri varikliai veikia skirtingais ciklais:
- Otto ciklas: procesas esant pastoviam tūriui kinta adiabatiškai, sukuriant uždarą ciklą;
- Dyzelino ciklas: izobaras, adiabatas, izochoras, adiabatas;
- esant pastoviam slėgiui vykstantis procesas pakeičiamas adiabatiniu, uždarant ciklą.
Sukurkite pusiausvyros procesus tikruose varikliuose (kad priartintumėte juos prie idealių) sąlygomis moderni technologija neatrodo įmanoma. Šilumos variklių efektyvumas yra daug mažesnis, net atsižvelgiant į tą patį temperatūros sąlygos, kaip ir idealioje šiluminėje instaliacijoje.
Tačiau neturėtumėte sumažinti efektyvumo skaičiavimo formulės vaidmens, nes būtent ji tampa atspirties tašku didinant tikrų variklių efektyvumą.
Efektyvumo keitimo būdai
Lyginant idealius ir tikrus šilumos variklius, verta atkreipti dėmesį į tai, kad pastarųjų šaldytuvo temperatūra negali būti bet kokia. Paprastai atmosfera laikoma šaldytuvu. Atmosferos temperatūrą galima paimti tik apytiksliais skaičiavimais. Patirtis rodo, kad aušinimo skysčio temperatūra lygi išmetamųjų dujų temperatūrai varikliuose, kaip ir vidaus degimo varikliuose (sutrumpintai – vidaus degimo varikliai).
ICE yra labiausiai paplitęs šilumos variklis mūsų pasaulyje. Šilumos variklio efektyvumas šiuo atveju priklauso nuo degančio kuro sukuriamos temperatūros. Reikšmingas skirtumas tarp vidaus degimo variklio ir garo variklių yra šildytuvo ir prietaiso darbinio skysčio funkcijų sujungimas į oro ir kuro mišinys. Degdamas mišinys sukuria spaudimą judančioms variklio dalims.
Darbinių dujų temperatūros padidėjimas pasiekiamas žymiai pakeitus kuro savybes. Deja, to daryti neribotą laiką neįmanoma. Bet kuri medžiaga, iš kurios pagaminta variklio degimo kamera, turi savo lydymosi temperatūrą. Tokių medžiagų atsparumas karščiui yra pagrindinė variklio charakteristika, taip pat galimybė reikšmingai paveikti efektyvumą.
Variklio naudingumo vertės
Jei atsižvelgsime į darbinių garų, kurių įleidimo angoje yra 800 K, o išmetamųjų dujų - 300 K, temperatūrą, tada šios mašinos efektyvumas yra 62%. Realiai ši vertė neviršija 40 proc. Toks sumažėjimas atsiranda dėl šilumos nuostolių kaitinant turbinos korpusą.
Didžiausia vidaus degimo vertė neviršija 44%. Šios vertės didinimas – artimiausios ateities reikalas. Medžiagų, kuro savybių keitimas yra problema, su kuria dirbama geriausi protaižmogiškumas.
Realiai bet kokio prietaiso pagalba atliekamas darbas visada yra naudingesnis, nes dalis darbo atliekama prieš trinties jėgas, veikiančias mechanizmo viduje ir judant atskiras jo dalis. Taigi, taikant kilnojamas blokas, įsipareigoti papildomas darbas, pakeliant patį bloką ir virvę bei, įveikiant bloke esančias trinties jėgas.
Įveskime tokį užrašą: naudingo darbožymi $A_p$, pilnas darbas- $A_(pilnas)$. Tai darydami turime:
Apibrėžimas
Našumo koeficientas (COP) vadinamas naudingo darbo ir pilno darbo santykiu. Efektyvumą žymime raide $\eta $, tada:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]
Dažniausiai efektyvumas išreiškiamas procentais, tada jo apibrėžimas yra formulė:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \left(2\right).\]
Kurdami mechanizmus stengiamasi padidinti jų efektyvumą, tačiau mechanizmų, kurių efektyvumas lygus vienam (ir net daugiau nei vienam), nėra.
Taigi naudingumo koeficientas yra fizinis dydis, parodantis naudingo darbo dalį nuo viso atlikto darbo. Efektyvumo pagalba vertinamas energiją konvertuojančio ar perduodančio įrenginio (mechanizmo, sistemos), atliekančio darbą, efektyvumas.
Norėdami padidinti mechanizmų efektyvumą, galite pabandyti sumažinti trintį jų ašyse, jų masę. Jei galima nepaisyti trinties, mechanizmo masė yra žymiai mažesnė už, pavyzdžiui, apkrovos, kurią mechanizmas kelia, masę, tada efektyvumas yra šiek tiek mažesnis už vienetą. Tada atliktas darbas yra maždaug lygus naudingam darbui:
Auksinė mechanikos taisyklė
Reikia atsiminti, kad naudojant paprastą mechanizmą negalima pasiekti darbo pelno.
Išreikškime kiekvieną iš (3) formulės darbų kaip atitinkamos jėgos sandaugą keliu, nuvažiuotu veikiant šiai jėgai, tada formulę (3) paverskime forma:
Išraiška (4) rodo, kad naudojant paprastą mechanizmą mes įgyjame jėgų tiek, kiek prarandame kelyje. Šis įstatymas vadinama „auksine mechanikos taisykle“. Šią taisyklę senovės Graikijoje suformulavo Heronas Aleksandrietis.
Šioje taisyklėje neatsižvelgiama į darbą siekiant įveikti trinties jėgas, todėl ji yra apytikslė.
Energijos perdavimo efektyvumas
Naudingumo koeficientą galima apibrėžti kaip naudingo darbo ir jo įgyvendinimui sunaudotos energijos santykį ($Q$):
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]
Šilumos variklio efektyvumui apskaičiuoti naudojama ši formulė:
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]
čia $Q_n$ yra šilumos kiekis, gautas iš šildytuvo; $Q_(ch)$ – į šaldytuvą perduodamos šilumos kiekis.
Idealaus šilumos variklio, veikiančio pagal Carnot ciklą, efektyvumas yra toks:
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]
kur $T_n$ - šildytuvo temperatūra; $T_(ch)$ – šaldytuvo temperatūra.
Efektyvumo užduočių pavyzdžiai
1 pavyzdys
Pratimas. Krano variklio galia yra $ N $. Laiko intervalui, lygiam $\Delta t$, jis pakėlė $m$ masės krovinį į $h$ aukštį. Koks krano efektyvumas?\textit()
Sprendimas. Naudingas darbas nagrinėjamoje užduotyje yra lygus kūno pakėlimo į $m$ masės apkrovos aukštį $h$, tai yra gravitacijos jėgos įveikimo darbas. Jis lygus:
Bendras darbas, atliktas keliant krovinį, gali būti nustatytas naudojant galios apibrėžimą:
Norėdami jį rasti, naudokime efektyvumo koeficiento apibrėžimą:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\right).\]
Formulę (1.3) transformuojame naudodami išraiškas (1.1) ir (1.2):
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
Atsakymas.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
2 pavyzdys
Pratimas. Idealios dujos atlieka Carnot ciklą, o ciklo efektyvumas yra lygus $\eta $. Koks yra darbas dujų suspaudimo cikle pastovi temperatūra? Dujų atliktas darbas plėtimosi metu yra $A_0$
Sprendimas. Ciklo efektyvumas apibrėžiamas taip:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]
Apsvarstykite Carnot ciklą, nustatykite, kuriuose procesuose tiekiama šiluma (ji bus $Q$).
Kadangi Carnot ciklas susideda iš dviejų izotermų ir dviejų adiabatų, iš karto galime pasakyti, kad adiabatiniuose procesuose (procesai 2-3 ir 4-1) nėra šilumos perdavimo. Izoterminio proceso metu tiekiama 1-2 šiluma (1 pav. $Q_1$), izoterminiame procese 3-4 šiluma pašalinama ($Q_2$). Pasirodo, kad reiškinyje (2.1) $Q=Q_1$. Žinome, kad izoterminio proceso metu į sistemą tiekiamas šilumos kiekis (pirmasis termodinamikos dėsnis) visiškai atitenka dujų darbui, o tai reiškia:
Dujos atlieka naudingą darbą, kuris yra lygus:
Šilumos kiekis, kuris pašalinamas izoterminiame procese 3-4, yra lygus suspaudimo darbui (darbas neigiamas) (kadangi T=const, tai $Q_2=-A_(34)$). Dėl to turime:
Formulę (2.1) transformuojame atsižvelgdami į rezultatus (2.2) - (2.4):
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\į A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\į A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2.4\right).\]
Kadangi pagal sąlygą $A_(12)=A_0,\ $galiausiai gauname:
Atsakymas.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$
Pavyzdys. Vidutinė variklio traukos jėga – 882 N. 100 km jis sunaudoja 7 kg benzino. Nustatykite jo variklio efektyvumą. Pirmiausia susiraskite naudingą darbą. Ji lygi jėgos F sandaugai atstumo S, kurią įveikia kūnas, veikiamas jo Ап=F∙S. Nustatykite šilumos kiekį, kuris išsiskirs deginant 7 kg benzino, tai bus sunaudotas darbas Az = Q = q∙m, kur q yra specifinis kuras, benzinui jis lygus 42∙10^6 J/kg, o m yra šio kuro masė. Variklio efektyvumas bus lygus efektyvumui=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.
IN bendras atvejis nustatyti bet kurio šilumos variklio (vidaus degimo variklio, garų variklis, ir kt.), kur darbą atlieka dujos, turi koeficientą naudinga veiksmai lygus šildytuvo Q1 išskiriamos ir šaldytuvo Q2 gaunamos šilumos skirtumui, raskite šildytuvo ir šaldytuvo šilumos skirtumą ir padalinkite iš šildytuvo šilumos Efektyvumas = (Q1-Q2)/Q1 . Čia efektyvumas yra padaugintas nuo 0 iki 1, norėdami išversti rezultatą, padauginkite jį iš 100.
Norėdami gauti idealaus šiluminio variklio (Carnot variklio) efektyvumą, suraskite šildytuvo T1 ir aušintuvo T2 temperatūrų skirtumo santykį su šildytuvo temperatūra COP=(T1-T2)/T1. Tai didžiausias galimas konkretaus tipo šilumos variklio efektyvumas, esant tam tikroms šildytuvo ir šaldytuvo temperatūroms.
Apibrėžkite bendrą. Tokią informaciją galima gauti remiantis gyventojų surašymo duomenimis. Norėdami nustatyti bendrą gimimo, mirties, santuokos ir skyrybų skaičių, turite rasti visų gyventojų ir numatomo laikotarpio sandaugą. Gautą skaičių įrašykite į vardiklį.
Ant skaitiklio uždėkite indikatorių, atitinkantį norimą giminaitį. Pavyzdžiui, jei turite nustatyti bendrą gimstamumo rodiklį, vietoj skaitiklio turėtų būti skaičius, atspindintis bendrą gimimų skaičių jus dominančiu laikotarpiu. Jei jūsų tikslas yra mirtingumas arba santuokos rodiklis, skaitiklio vietoje nurodykite mirčių skaičių. atsiskaitymo laikotarpis arba atitinkamai susituokusių žmonių skaičius.
Padauginkite gautą skaičių iš 1000. Tai bus bendras koeficientas, kurio ieškote. Jei susiduriate su užduotimi rasti bendrą augimo tempą, iš gimstamumo atimkite mirtingumą.
Susiję vaizdo įrašai
Šaltiniai:
- Bendrieji gyvybiniai rodikliai
Žodis „darbas“ pirmiausia reiškia veiklą, kuri suteikia žmogui pragyvenimo šaltinį. Kitaip tariant, jis už tai gauna finansinį atlygį. Nepaisant to, žmonės laisvalaikiu yra pasirengę nemokamai arba už simbolinį mokestį dalyvauti socialiai naudinguose darbuose, kurių tikslas – padėti tiems, kuriems reikia pagalbos, sutvarkyti kiemus ir gatves, sodinti medžius ir krūmus ir pan. Tokių savanorių tikrai būtų dar daugiau, tačiau jie dažnai nežino, kur gali prireikti jų paslaugų.
Drėgmės koeficientas yra specialus meteorologų sukurtas rodiklis, skirtas įvertinti klimato drėgmės laipsnį tam tikrame regione. Kartu buvo atsižvelgta į tai, kad klimatas yra ilgalaikė charakteristika oro sąlygosšioje vietovėje. Todėl taip pat nuspręsta drėkinimo koeficientą svarstyti per ilgą laiką: paprastai šis koeficientas skaičiuojamas pagal per metus surinktus duomenis.
Taigi drėgmės koeficientas parodo, kiek kritulių per šį laikotarpį iškrenta nagrinėjamame regione. Tai, savo ruožtu, yra vienas iš pagrindinių veiksnių, nulemiančių vietovėje vyraujančią augmenijos tipą.
Drėgmės faktoriaus skaičiavimas
Drėgmės koeficiento apskaičiavimo formulė yra tokia: K = R / E. Nurodytoje formulėje simbolis K žymi patį drėgmės koeficientą, o simbolis R – per metus tam tikroje vietovėje iškritusių kritulių kiekį. išreikštas milimetrais. Galiausiai simbolis E žymi kritulių kiekį, iškritusių iš žemės paviršiaus per tą patį laikotarpį.Nurodytas kritulių kiekis, kuris taip pat išreiškiamas milimetrais, priklauso nuo , temperatūros tam tikrame regione tam tikru laikotarpiu ir kitų veiksnių. Todėl, nepaisant akivaizdaus aukščiau pateiktos formulės paprastumo, reikia apskaičiuoti drėgmės koeficientą didelis skaičius preliminarūs matavimai tikslių instrumentų pagalba ir juos gali atlikti tik gana didelė meteorologų komanda.
Savo ruožtu drėgmės koeficiento vertė tam tikroje vietovėje, atsižvelgiant į visus šiuos rodiklius, paprastai leidžia aukštas laipsnis patikimumo nustatyti, kuri augmenijos rūšis šiame regione vyrauja. Taigi, jei drėgmės koeficientas viršija 1, tai rodo aukštas lygis drėgmė šioje srityje, dėl kurios vyrauja tokios augmenijos rūšys kaip taiga, tundra ar miško tundra.
Pakankamas drėgmės lygis atitinka drėgmės koeficientą, lygų 1, ir, kaip taisyklė, būdingas vyraujantis mišrus arba. Drėgmės koeficientas nuo 0,6 iki 1 būdingas miško stepių masyvams, nuo 0,3 iki 0,6 - stepėms, nuo 0,1 iki 0,3 - pusiau dykumos teritorijoms ir nuo 0 iki 0,1 - dykumoms.
Šaltiniai:
- Drėkinimas, drėkinimo koeficientai
Variklio atliekamas darbas yra toks:
Pirmą kartą šį procesą 1824 m. knygoje „Apmąstymai apie ugnies varomąją jėgą ir mašinas, galinčias išvystyti šią jėgą“ nagrinėjo prancūzų inžinierius ir mokslininkas N. L. S. Carnot.
Carnot tyrimo tikslas buvo išsiaiškinti to meto šiluminių variklių netobulumo priežastis (jų naudingumo koeficientas buvo ≤ 5%) ir rasti būdus, kaip juos tobulinti.
Carnot ciklas yra efektyviausias iš visų. Jo efektyvumas yra maksimalus.
Paveiksle pavaizduoti ciklo termodinaminiai procesai. Izoterminio plėtimosi procese (1-2) esant temperatūrai T 1 , darbas atliekamas keičiant šildytuvo vidinę energiją, t.y., tiekiant šilumos kiekį į dujas K:
A 12 = K 1 ,
Dujų aušinimas prieš suspaudimą (3-4) vyksta adiabatinio plėtimosi metu (2-3). Vidinės energijos pasikeitimas ΔU 23 adiabatiniame procese ( Q=0) visiškai paverčiamas mechaniniu darbu:
A 23 = -ΔU 23 ,
Dujų temperatūra dėl adiabatinio plėtimosi (2-3) sumažėja iki šaldytuvo temperatūros T 2 < T 1 . Proceso metu (3-4) dujos izotermiškai suspaudžiamos, šilumos kiekis perduodamas į šaldytuvą Q2:
A 34 = Q 2,
Ciklas užbaigiamas adiabatinio suspaudimo procesu (4-1), kurio metu dujos įkaitinamos iki temperatūros T 1.
Maksimalus efektyvumo vertė veikia šiluminiai varikliai idealios dujos, pagal Carnot ciklą:
.
Formulės esmė išreiškiama įrodyta SU. Carnot teorema kad bet kurio šiluminio variklio efektyvumas negali viršyti Carnot ciklo, atliekamo esant tokiai pačiai šildytuvo ir šaldytuvo temperatūrai, efektyvumo.
Katilo agregato našumo koeficientas (COP) apibrėžiamas kaip naudingosios šilumos, sunaudotos garui gaminti, santykis (arba karštas vanduo), į turimą šilumą (šiluma, tiekiama į katilo bloką). Praktiškai ne visa katilo bloko parinkta naudingoji šiluma siunčiama vartotojams. Dalis šilumos išleidžiama savo reikmėms. Priklausomai nuo to, įrenginio efektyvumas išsiskiria vartotojui išleidžiama šiluma (grynasis naudingumo koeficientas).
Skirtumas tarp pagamintos ir išleidžiamos šilumos yra suvartojama katilinės savo reikmėms. Savo reikmėms sunaudojama ne tik šiluma, bet ir elektros energija (pavyzdžiui, varyti dūmų šalintuvą, ventiliatorių, padavimo siurblius, kuro padavimo ir dulkių paruošimo mechanizmus ir kt.), todėl į sąnaudas savo reikmėms įeina visų rūšių suvartojimas. energijos, sunaudotos garo ar karšto vandens gamybai.
Bendrasis katilo efektyvumas apibūdina jo laipsnį techninis meistriškumas, o grynasis efektyvumas – komercinis pelningumas.
Bendras katilo bloko efektyvumas ŋ br, %, galima nustatyti pagal tiesioginės balanso lygtį
ŋ br \u003d 100 (Q aukštas / Q p p)
arba pagal atvirkštinės balanso lygtį
ŋ br \u003d 100-(q y.g + q x.n + q m.n + q n.o + q f.sh),
Kur Q aukštas naudingoji šiluma, naudojama garui (arba karštam vandeniui) gaminti; Q p p- turima katilo agregato šiluma; q c.g +q c.n +q m.n +q n.o +q f.sh- santykiniai šilumos nuostoliai pagal šilumos suvartojimo elementus.
Grynasis efektyvumas pagal atvirkštinės balanso lygtį apibrėžiamas kaip skirtumas
ŋ net = ŋ br -q s.n.,
Kur q s.n- santykinis energijos suvartojimas savo reikmėms, %.
Naudingumo koeficientas pagal tiesioginio balanso lygtį daugiausia naudojamas teikiant ataskaitas už tam tikrą laikotarpį (dešimtmetį, mėnesį), o efektyvumo koeficientas pagal atvirkštinės balanso lygtį – testuojant katilų agregatus. Efektyvumo apibrėžimas pagal atvirkštinį balansą jis yra daug tikslesnis, nes matuojant šilumos nuostolius paklaidos mažesnės nei nustatant kuro sąnaudas, ypač deginant kietąjį kurą.
Taigi, norint pagerinti katilinių agregatų efektyvumą, neužtenka stengtis sumažinti šilumos nuostolius; taip pat būtina visais būdais mažinti šilumos ir elektros energijos sąnaudas savo reikmėms. Todėl įvairių katilų agregatų darbo efektyvumo palyginimas galiausiai turėtų būti atliktas pagal jų grynąjį efektyvumą.
Apskritai katilo bloko efektyvumas skiriasi priklausomai nuo jo apkrovos. Norint sukurti šią priklausomybę, reikia iš 100% iš eilės atimti visus katilo bloko nuostolius Sq prakaitas \u003d q u.g + q x.n + q m.n + q n.o kurios priklauso nuo apkrovos.
Kaip matyti iš 1.14 pav., katilo agregato naudingumo koeficientas esant tam tikrai apkrovai turi didžiausią reikšmę, t.y., katilo eksploatavimas esant tokiai apkrovai yra ekonomiškiausias.
1.14 pav. Katilo efektyvumo priklausomybė nuo jo apkrovos: q c.g, q x.n, q ms.s., q n.o.,S q prakaitas- šilumos nuostoliai su išmetamosiomis dujomis, dėl cheminio nepilno degimo, dėl mechaninio nepilno degimo, dėl išorinio aušinimo ir bendri nuostoliai
