W przypadku nowoczesnej kotłowni olejowej sprawność sięga często 80%, pod warunkiem, że kotłownia jest czysta i wolna od sadzy. Jednak rzeczywista sprawność średnio (dla tych kotłów, które zostały zmierzone) wynosi około 65%. Najczęściej kotłownia nie jest tak czysta, aby mogła odbierać ciepło z płomienia i przekazywać maksymalna ilość ciepła woda.
Znacznie trudniejsza jest sytuacja, gdy producenci kotłów zaczynają mówić o sprawności sięgającej 95%. Nie jest jasne, jakie warunki zastosowano przy określaniu wydajności i o jaki rodzaj wydajności chodzi.
W obszarze techniczno-ekonomicznym stosuje się co najmniej 6 definicji sprawności kotłowni. Ponieważ wiele osób nie zna warunków określania sprawności kotłowni, dostawcy bez obawy o posądzenie o kłamstwo podają wysoką sprawność. Te wysokie liczby nie mają jednak nic wspólnego z rzeczywistością płatnika ciepła.
1. SPRAWNOŚĆ SPALANIA
Sprawność spalania - ilość energii paliwa, która jest UWALNIANA podczas spalania.
Uwolnienie energii paliwa i jej zamiana na ciepło w palenisku (piecu) kotłowni nie świadczy o wysokiej sprawności kotłowni. Sprawność spalania jest podawana przez niektórych producentów kotłowni jako sprawność kotłowni, ponieważ 1) jest to wysoka wartość (ok. 93-95%) 2) łatwo zmierzyć efektywność spalania - trzeba zainstalować narzędzie w kominach .
Uwalnianie ciepła z paliwa występuje w większości kotłów o wysokiej sprawności spalania.
Dlatego: Uwolnienie energii paliwa plus jej zamiana na ciepło w palenisku (piecu) nie jest ciepłem, które odbiera kocioł!! Interesuje nas ciepło odbierane przez kocioł!!
2. SPRAWNOŚĆ KOTŁA
Sprawność kotłowni – ilość pożytecznie wykorzystanej energii paliwa, tj. przekształca się w inny nośnik energii.
Innym nośnikiem energii jest np. ciepła woda, która ogrzewa dom.
Sprawność kotłowni jest najczęściej stosowaną definicją sprawności we wszystkich typach obiektów energetycznego spalania.
Sprawność kotłowni jest trudniejsza do zmierzenia niż sprawność spalania, dlatego wiele osób zadowala się samym pomiarem sprawności spalania. W rzeczywistości sprawność kotłowni jest o 10-15% niższa niż sprawność spalania.
3. WYDAJNOŚĆ WYPOSAŻENIA PIECA
WYDAJNOŚĆ TECHNOLOGII PIECA POKAZUJE JAK SKUTECZNE JEST SPALANIE I ODBIÓR CIEPŁA W KOTŁOWNI. Nawet te obliczenia są często przedstawiane jako wynik analizy spalin.
Często wydajność technologii pieca jest używana jako przybliżona analogia wydajności kotłowni, ponieważ technika pomiarowa w ta sprawałatwiej. Korzystając z tej techniki, można uzyskać przybliżoną wartość wydajności kotłowni: konieczne jest ciągłe analizowanie składu tlenu lub CO2 w spalinach. Straty są odejmowane, ponieważ na przykład część ciepła jest obecna w popiele / żużlu (dotyczy to zwłaszcza paliw tworzących żużel). Jeśli chodzi o paliwo płynne, wydajność technologii pieca i wydajność kotłowni są w przybliżeniu takie same, ponieważ paliwo płynne nie zawiera popiołu / żużla. Ale jeśli użyjesz tej koncepcji do węgla lub biopaliw, błędy (błędy) są znacznie wyższe.
4. SPRAWNOŚĆ INSTALACJI
Przy obliczaniu sprawności instalacji określa się stosunek całkowitej ilości energii użytkowej do całkowitej ilości energii. Całkowita ilość energii obejmuje również „energię pomocniczą”, na przykład energię elektryczną potrzebną do pracy pomp kotłowni, wentylacji, kominów itp. Dla instalacji na paliwa płynne „energia pomocnicza” odpowiada około 1% całkowitej energii paliwa, dla instalacji na paliwa stałe „energia pomocnicza” wynosi 5% energii paliwa.
Sprawność instalacji będzie więc niższa niż kotłowni.
5. WYDAJNOŚĆ SYSTEMU
Określenie wydajności systemu rozszerza granice systemu do:
Produkcja ciepła ze stratami
- dystrybucji ciepła ze stratami w sieci ciepłowniczej itp.
- wykorzystanie ciepła
Według UNICHAL (Międzynarodowy Związek Dostawców Ciepła) następujące typowe straty w rurach podczas dystrybucji gorąca woda apartamenty posiadają:
Szwecja - 8% straty w rurach, tj. ciepło jest przekazywane do gruntu i do otoczenia rur ciepłowniczych
Dania - 20%
Finlandia - 9%
Belgia - 13%
Szwajcaria - 13%
Niemcy Zachodnie - 11%
6. Sprawność roczna
Sprawność roczna zasadniczo odpowiada sprawności kotłowni, ale wtedy obliczana jest średnia sprawność kotłowni w ciągu całego roku. Sprawność w ciągu roku obejmuje również okresy o słabym spalaniu, na przykład podczas uruchamiania kotłowni itp.
Roczna wydajność zależy od wielkości instalacji, okresu eksploatacji itp.
Powyższe pokazuje, że stosowane są różne definicje efektywności, więc istnieje duże prawdopodobieństwo podania błędnej liczby, jeśli pojęcie i definicja efektywności nie zostaną wyjaśnione. Dlatego nie należy bać się być nietaktem, ponieważ w rzeczywistości wielu producentów, z wiedzą lub bez, podaje błędne dane.
Ważne są liczby, które odzwierciedlają rzeczywistość strona ekonomiczna paliwa, które kupuje konsument. Jeśli stracisz zaufanie konsumentów ze względu na dostarczanie zbyt dużej wydajności, to wygląd duże problemy na rynku jest nieuniknione.
Jak powiedziano, „wszyscy dostawcy” (przynajmniej wielu) podają efektywność spalania, gdy podają informacje na temat wydajności kotłowni.
Nie wykorzystuj sprawności spalania przy obliczaniu ekonomiki instalacji!!!
Konsument NIE KUPUJE PALIWA, ALE PRODUKTY CIEPLNE. To nie paliwo powinno być tanie, ale ciepło, które konsumenci otrzymują podczas zimowych zamieci.
Chyba każdy zastanawiał się nad sprawnością (współczynnikiem sprawności) silnika wewnętrzne spalanie. W końcu im wyższy ten wskaźnik, tym wydajniej działa. jednostka mocy. Najbardziej wydajny dla ten moment czas jest uważany za typ elektryczny, jego wydajność może dochodzić do 90 - 95%, ale w przypadku silników spalinowych, czy to oleju napędowego, czy benzyny, delikatnie mówiąc, jest daleki od ideału ...
Mówiąc szczerze, w takim razie nowoczesne opcje silniki są znacznie wydajniejsze niż ich odpowiedniki, które zostały wypuszczone 10 lat temu, a przyczyn tego jest wiele. Pomyśl sam przed opcją 1,6 litra, która dawała tylko 60 - 70 KM. A teraz ta wartość może osiągnąć 130 - 150 KM. Jest to żmudna praca nad zwiększeniem wydajności, w której każdy „krok” jest podawany metodą prób i błędów. Zacznijmy jednak od definicji.
jest wartością stosunku dwóch wielkości, mocą dostarczaną do wał korbowy silnika do mocy otrzymanej przez tłok, w wyniku ciśnienia gazów powstałych w wyniku zapłonu paliwa.
Mówiąc najprościej, jest to konwersja energii cieplnej lub termicznej, która pojawia się podczas spalania mieszanka paliwowa(powietrze i benzyna) na mechaniczne. Należy zauważyć, że stało się to już na przykład w przypadku pary elektrownie- Również paliwo pod wpływem temperatury popychało tłoki agregatów. Jednak tamtejsze instalacje były wielokrotnie większe, a samo paliwo było stałe (najczęściej węgiel lub drewno opałowe), co utrudniało jego transport i eksploatację, stale trzeba było „podawać” go do pieca łopatami. Silniki spalinowe są znacznie bardziej kompaktowe i lżejsze niż silniki parowe, a paliwo jest znacznie łatwiejsze do przechowywania i transportu.
Więcej o stratach
Patrząc w przyszłość, możemy śmiało powiedzieć, że sprawność silnika benzynowego mieści się w przedziale od 20 do 25%. Przyczyn tego jest wiele. Jeśli weźmiemy dopływające paliwo i przeliczymy je w procentach, to otrzymamy „100% energii”, która jest przekazywana do silnika, a następnie straty poszły:
1)Oszczędność paliwa . Nie całe paliwo się wypala, niewielka jego część wychodzi ze spalinami, na tym poziomie tracimy już nawet do 25% sprawności. Oczywiście teraz układy paliwowe poprawiono, pojawił się wtryskiwacz, ale daleko mu do ideału.
2) Drugi to straty ciepła.I . Silnik nagrzewa się sam i wiele innych elementów, takich jak chłodnice, jego korpus, płyn, który w nim krąży. Ponadto część ciepła jest tracona spaliny. Do tego wszystkiego do 35% utraty wydajności.
3) Trzeci to straty mechaniczne . NA wszelkiego rodzaju tłoki, korbowody, pierścienie - wszędzie tam, gdzie występuje tarcie. Obejmuje to straty wynikające z obciążenia generatora, na przykład im więcej energii elektrycznej wytwarza generator, tym bardziej spowalnia obrót wału korbowego. Oczywiście środki smarne również poszły naprzód, ale znowu nikt nie pokonał całkowicie tarcia - kolejne 20% straty
Tak więc w suchej pozostałości wydajność wynosi około 20%! Oczywiście istnieją opcje wyróżniające się spośród opcji benzynowych, w których liczba ta jest zwiększona do 25%, ale nie ma ich tak wiele.
Oznacza to, że jeśli Twój samochód zużywa 10 litrów paliwa na 100 km, to tylko 2 litry z nich trafią bezpośrednio do pracy, a reszta to straty!
Oczywiście można zwiększyć moc np. wiercąc głową, oglądamy krótki filmik.
Jeśli pamiętasz wzór, otrzymujesz:
Który silnik ma najwyższą sprawność?
Teraz chcę porozmawiać o opcjach benzynowych i wysokoprężnych i dowiedzieć się, która z nich jest najbardziej wydajna.
Mówiąc prościej, język i nie wspinać się w dziczy terminy techniczne wtedy – jeśli porównamy dwie sprawności – najbardziej wydajnym z nich jest oczywiście diesel, a oto dlaczego:
1) Silnik gazowy zamienia tylko 25% energii na energię mechaniczną, ale olej napędowy około 40%.
2) Jeśli jest na wyposażeniu rodzaj diesla turbodoładowaniem możliwe jest osiągnięcie sprawności na poziomie 50-53%, co jest bardzo znaczące.
Dlaczego więc jest tak skuteczny? To proste - pomimo podobnego rodzaju pracy (obie jednostki spalinowe) silnik diesla wykonuje swoją pracę znacznie wydajniej. Ma większą kompresję, a paliwo zapala się na innej zasadzie. Mniej się nagrzewa, co oznacza, że oszczędza na chłodzeniu, ma mniej zaworów (oszczędność na tarciu), a także nie ma zwykłych cewek zapłonowych i świec zapłonowych, co oznacza, że nie wymaga dodatkowych kosztów energii z generatora . Działa przy niższych prędkościach, nie trzeba szaleńczo kręcić wałem korbowym - robi wszystko wariant diesla mistrz wydajności.
O efektywności paliwowej oleju napędowego
Z więcej wysoka wartość współczynnik pożyteczna akcja– a następnie oszczędność paliwa. Na przykład silnik o pojemności 1,6 litra może spalić tylko 3-5 litrów w mieście, w przeciwieństwie do rodzaj benzyny, gdzie zużycie wynosi 7 - 12 litrów. Silnik wysokoprężny ma wiele, sam silnik jest często bardziej kompaktowy i lżejszy, a także ostatnio bardziej przyjazny dla środowiska. Wszystkie te pozytywne momenty są osiągane dzięki większej wartości, istnieje bezpośredni związek między wydajnością a kompresją, patrz mała tabliczka.
Jednak pomimo wszystkich zalet ma też wiele wad.
Jak staje się jasne, wydajność silnika spalinowego jest daleka od ideału, więc przyszłość jest wyraźnie związana z opcjami elektrycznymi - pozostaje tylko znaleźć wydajne baterie które nie boją się mrozu i długo utrzymują ładunek.
Efektywność (efektywność) - charakterystyka sprawności układu (urządzenia, maszyny) w odniesieniu do przetwarzania lub przesyłania energii. Jest to określone przez stosunek zużytej energii użytecznej do całkowitej ilości energii otrzymanej przez system; zwykle oznaczane η („to”). η = Wpol/Wcym. Wydajność jest wielkością bezwymiarową i często jest mierzona w procentach. Matematycznie definicję efektywności można zapisać jako:
X 100%
Gdzie A - pożyteczna praca, A Q- zmarnowana energia.
Zgodnie z prawem zachowania energii wydajność jest zawsze mniejsza lub równa jedności, to znaczy nie można uzyskać bardziej użytecznej pracy niż wydatkowana energia.
Sprawność silnika cieplnego- stosunek idealnej pracy użytecznej silnika do energii otrzymanej z grzałki. efektywność silnik cieplny można obliczyć za pomocą następującego wzoru
,gdzie - ilość ciepła odebranego z grzałki, - ilość ciepła oddanego do lodówki. Najwyższa sprawność wśród maszyn cyklicznych pracujących przy zadanych temperaturach gorących źródeł T 1 i zimno T 2, mieć silniki cieplne pracujące w cyklu Carnota; ta efektywność graniczna jest równa
.Nie wszystkie wskaźniki charakteryzujące efektywność procesów energetycznych odpowiadają powyższemu opisowi. Nawet jeśli tradycyjnie lub błędnie nazywane są „sprawnością”, mogą mieć inne właściwości, w szczególności przekraczać 100%.
sprawność kotła
Główny artykuł: Bilans cieplny kotła
Sprawność kotłów na paliwa kopalne tradycyjnie oblicza się na podstawie wartości opałowej; przyjmuje się, że wilgoć produktów spalania opuszcza kocioł w postaci pary przegrzanej. W kotłach kondensacyjnych ta wilgoć jest skraplana, ciepło skraplania jest pożytecznie wykorzystywane. Na obliczenie wydajności pod względem niższej kaloryczności może ostatecznie okazać się więcej niż jeden. W tym przypadku bardziej poprawne byłoby rozważenie tego według wartości opałowej brutto, która uwzględnia ciepło skraplania pary wodnej; jednak wydajność takiego kotła jest trudna do porównania z danymi z innych instalacji.
Pompy ciepła i agregaty chłodnicze
Zaletą pomp ciepła jako techniki grzewczej jest możliwość odbioru niekiedy większej ilości ciepła niż energii zużytej na ich pracę; podobnie maszyna chłodnicza może usunąć więcej ciepła ze schłodzonego końca, niż jest to zużywane na organizację procesu.
Wydajność takich silników cieplnych charakteryzuje się współczynnik wydajności(dla agregatów chłodniczych) lub współczynnik transformacji(dla pomp ciepła)
,gdzie jest ciepło pobierane z zimnego końca (w urządzeniach chłodniczych) lub przekazywane do gorącego końca (w pompach ciepła); - praca (lub energia elektryczna) wydana na ten proces. najlepsza wydajność wydajność dla takich maszyn ma odwrotny cykl Carnota: w nim współczynnik wydajności
,gdzie , są temperaturami gorących i zimnych końców, . Ta wartość, oczywiście, może być dowolnie duża; choć praktycznie trudno się do niego zbliżyć, współczynnik wydajności może wciąż przekraczać jedność. Nie jest to sprzeczne z pierwszą zasadą termodynamiki, ponieważ oprócz uwzględnionej energii A(np. elektryczne) na ciepło Q istnieje również energia pobierana z zimnego źródła.
Literatura
- Peryszkin A.V. Fizyka. 8 klasa. - Drop, 2005. - 191 s. - 50 000 egzemplarzy. - ISBN 5-7107-9459-7.
Notatki
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Synonimy:Zobacz, czym jest „Wydajność” w innych słownikach:
efektywność- Stosunek mocy wyjściowej do pobieranej mocy czynnej. [OST 45,55 99] współczynnik przydatności skuteczność działania Wartość charakteryzująca doskonałość procesów transformacji, transformacji lub przekazywania energii, która jest stosunkiem użytecznej ... ... Podręcznik tłumacza technicznego
Lub współczynnik zwrotu (Efficiency) jest cechą jakości pracy dowolnej maszyny lub aparatu pod względem jej wydajności. Przez KPD rozumie się stosunek ilości pracy otrzymanej z maszyny lub energii z urządzenia do tej ilości ... ... Słownik morski
- (sprawność), wskaźnik sprawności mechanizmu, zdefiniowany jako stosunek pracy wykonanej przez mechanizm do pracy włożonej w jego funkcjonowanie. efektywność zwykle wyrażona w procentach. Idealny mechanizm musiałby mieć sprawność = ... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
Współczesna encyklopedia
- (sprawność) charakterystyka sprawności układu (urządzenia, maszyny) w odniesieniu do przetwarzania energii; jest określony przez stosunek zużytej energii użytecznej (przekształconej w pracę w procesie cyklicznym) do całkowitej ilości energii, ... ... Wielki słownik encyklopedyczny
- (sprawność), charakterystyka sprawności systemu (urządzenia, maszyny) w odniesieniu do przetwarzania lub przesyłania energii; jest określony przez stosunek t) zużytej energii użytecznej (Wpol) do całkowitej ilości energii (Wtotal) odebranej przez system; h=Wpol… … Encyklopedia fizyczna
- (sprawność) np. stosunek energii użytecznej Wp. w formie pracy, do całkowitej ilości energii W otrzymanej przez układ (maszynę lub silnik), Wp/W. Ze względu na nieuniknione straty energii spowodowane tarciem i innymi procesami nierównowagowymi dla rzeczywistych układów ... ... Encyklopedia fizyczna
Stosunek odpowiednio wydanej użytecznej pracy lub otrzymanej energii do całej wydanej pracy lub zużytej energii. Na przykład sprawność silnika elektrycznego to stosunek mechan. moc, którą przekazują dostarczanej do nich energii elektrycznej. moc; DO.… … Słownik techniczny kolei
Istnieje., liczba synonimów: 8 wydajność (4) powrót (27) płodność (10) ... Słownik synonimów
Efektywność- - wartość charakteryzująca doskonałość dowolnego systemu w stosunku do zachodzących w nim procesów transformacji lub transferu energii, określana jako stosunek pracy użytecznej do pracy włożonej w uruchomienie. ... ... Encyklopedia terminów, definicji i wyjaśnień materiałów budowlanych
Efektywność- (sprawność), liczbowa charakterystyka sprawności energetycznej dowolnego urządzenia lub maszyny (w tym silnika cieplnego). Wydajność jest określana przez stosunek zużytej energii użytecznej (tj. Przeliczonej na pracę) do całkowitej ilości energii, ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny
Współczynnik wydajności (COP) - termin, który można zastosować do każdego systemu i urządzenia. Nawet człowiek ma sprawność, chociaż prawdopodobnie nie ma jeszcze obiektywnej formuły jej znalezienia. W tym artykule szczegółowo wyjaśnimy, czym jest wydajność i jak można ją obliczyć dla różnych systemów.
definicja wydajności
Sprawność to wskaźnik charakteryzujący sprawność danego systemu w stosunku do zwrotu lub konwersji energii. Wydajność jest wartością bezmierną i jest przedstawiana albo jako wartość liczbowa w zakresie od 0 do 1, albo jako wartość procentowa.
Ogólna formuła
Wydajność jest oznaczona symbolem Ƞ.
Ogólny wzór matematyczny na znalezienie wydajności jest zapisany w następujący sposób:
Ƞ=A/Q, gdzie A to energia użyteczna/praca wykonana przez system, a Q to energia zużyta przez ten system na zorganizowanie procesu uzyskania użytecznej produkcji.
Współczynnik wydajności jest niestety zawsze mniejszy lub równy, ponieważ zgodnie z prawem zachowania energii nie możemy uzyskać więcej pracy niż wydana energia. Ponadto wydajność w rzeczywistości niezwykle rzadko jest równa jeden, ponieważ użytecznej pracy zawsze towarzyszą straty, na przykład na ogrzewanie mechanizmu.
Sprawność silnika cieplnego
Silnik cieplny to urządzenie, które zamienia energię cieplną na energię mechaniczną. W silniku cieplnym pracę określa się na podstawie różnicy między ilością ciepła odebranego z nagrzewnicy a ilością ciepła oddanego do chłodnicy, dlatego sprawność określa wzór:
- Ƞ=Qн-Qх/Qн, gdzie Qн to ilość ciepła odebranego z grzejnika, a Qх to ilość ciepła oddanego do chłodnicy.
Uważa się, że najwyższa wydajność zapewnić silniki pracujące w cyklu Carnota. W tym przypadku wydajność określa wzór:
- Ƞ=T1-T2/T1, gdzie T1 jest temperaturą gorącego źródła, T2 jest temperaturą zimnego źródła.
Sprawność silnika elektrycznego
Silnik elektryczny to urządzenie przetwarzające energię elektryczną na energię mechaniczną, więc sprawność w tym przypadku jest stosunkiem sprawności urządzenia do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną. Formuła znajdowania efektywności silnik elektryczny na to wygląda:
- Ƞ=P2/P1, gdzie P1 - niepowodzenie energia elektryczna, P2 - przydatne moc mechaniczna generowane przez silnik.
Moc elektryczną oblicza się jako iloczyn prądu i napięcia układu (P=UI), a moc mechaniczną jako stosunek pracy do jednostki czasu (P=A/t)
sprawność transformatora
Transformator to urządzenie, które konwertuje prąd przemienny jednego napięcia na prąd przemienny o innym napięciu, zachowując częstotliwość. Ponadto transformatory mogą również konwertować prąd przemienny na prąd stały.
Sprawność transformatora określa wzór:
- Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), gdzie P0 - utrata modu bezczynny ruch, PL - straty obciążenia, P2 - moc czynna dostarczona do obciążenia, n - względny stopień obciążenia.
Sprawność czy nie efektywność?
Warto zaznaczyć, że oprócz sprawności istnieje szereg wskaźników charakteryzujących sprawność procesów energetycznych, a niekiedy możemy spotkać się z opisami typu – sprawność rzędu 130%, jednak w tym przypadku trzeba zrozumieć, że termin ten nie jest używany całkiem poprawnie i najprawdopodobniej autor lub producent rozumie przez ten skrót nieco inną cechę.
Na przykład pompy ciepła wyróżniają się tym, że mogą oddać więcej ciepła niż zużywają. W ten sposób maszyna chłodnicza może usunąć więcej ciepła z chłodzonego obiektu, niż jest zużywane w ekwiwalencie energetycznym na organizację usuwania. Wskaźnik sprawności urządzenia chłodniczego nazywany jest współczynnikiem wydajności, oznaczanym literą Ɛ i określany jest wzorem: Ɛ=Qx/A, gdzie Qx to ciepło odprowadzane z części zimnej, A to praca wydatkowana na proces usuwania. Jednak czasami współczynnik wydajności nazywany jest również wydajnością maszyny chłodniczej.
Interesujące jest również to, że sprawność kotłów pracujących na paliwo organiczne, jest zwykle obliczany według niższej wartości opałowej, podczas gdy może się okazać, że jest więcej niż jeden. Jednak nadal tradycyjnie określa się ją mianem wydajności. Sprawność kotła można określić na podstawie wartości opałowej brutto i wówczas zawsze będzie ona mniejsza od jedności, ale w tym przypadku niewygodne będzie porównywanie osiągów kotłów z danymi innych instalacji.
Główne znaczenie wzoru (5.12.2) otrzymanego przez Carnota na sprawność idealnej maszyny polega na tym, że określa on maksymalną możliwą sprawność dowolnego silnika cieplnego.
Carnot udowodnił, opierając się na drugiej zasadzie termodynamiki*, następujące twierdzenie: dowolny rzeczywisty silnik cieplny działający z podgrzewaczem temperaturyT 1 i temperatura lodówkiT 2 , nie może mieć sprawności przekraczającej sprawność idealnego silnika cieplnego.
* Carnot faktycznie ustanowił drugą zasadę termodynamiki przed Clausiusem i Kelvinem, kiedy pierwsza zasada termodynamiki nie była jeszcze ściśle sformułowana.
Najpierw rozważ silnik cieplny działające w cyklu odwracalnym z gazem rzeczywistym. Cykl może być dowolny, ważne jest tylko, aby temperatury grzałki i lodówki były T 1 I T 2 .
Załóżmy, że sprawność innego silnika cieplnego (niedziałającego zgodnie z cyklem Carnota) η ’ > η . Maszyny pracują ze wspólną grzałką i wspólną chłodnicą. Niech maszyna Carnota pracuje w cyklu odwrotnym (jak maszyna chłodnicza), a druga maszyna w cyklu do przodu (ryc. 5.18). Silnik cieplny wykonuje pracę równą, zgodnie ze wzorami (5.12.3) i (5.12.5):
Maszynę chłodniczą zawsze można zaprojektować tak, aby pobierała tyle ciepła z lodówki Q 2
= |
|
Następnie zgodnie ze wzorem (5.12.7) zostaną wykonane na nim prace
(5.12.12)
Ponieważ z warunku η" > η , To A" > A. Dlatego silnik cieplny może napędzać silnik chłodniczy, a i tak będzie nadmiar pracy. Ta nadwyżka pracy jest wykonywana kosztem ciepła pobieranego z jednego źródła. W końcu ciepło nie jest przenoszone do lodówki pod działaniem dwóch maszyn jednocześnie. Ale to jest sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki.
Jeśli założymy, że η > η ", wtedy możesz zmusić inną maszynę do pracy w odwrotnym cyklu, a maszynę Carnota do linii prostej. Znowu dochodzimy do sprzeczności z drugą zasadą termodynamiki. Dlatego dwie maszyny pracujące w cyklach odwracalnych mają taką samą wydajność: η " = η .
Inaczej jest, gdy druga maszyna pracuje w nieodwracalnym cyklu. Jeśli pozwolimy η "
>
η ,
wtedy znów dochodzimy do sprzeczności z drugą zasadą termodynamiki. Jednakże założenie m|"< г| не противоречит второму закону
термодинамики, так как необратимая
тепловая машина не может работать как
холодильная машина. Следовательно, КПД
любой тепловой машины η"
≤ η lub 
Oto główny wynik:
(5.12.13)
Sprawność rzeczywistych silników cieplnych
Wzór (5.12.13) podaje teoretyczną granicę maksymalnej sprawności silników cieplnych. Pokazuje to, że silnik cieplny jest bardziej wydajny, im wyższa temperatura grzałki, a niższa temperatura lodówki. Tylko wtedy, gdy temperatura lodówki jest równa zeru bezwzględnemu, η = 1.
Ale temperatura lodówki praktycznie nie może być znacznie niższa niż temperatura otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (ciało stałe) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci swoje właściwości sprężyste i topi się w wystarczająco wysokiej temperaturze.
Teraz główne wysiłki inżynierów mają na celu zwiększenie Sprawność silnika poprzez zmniejszenie tarcia ich części, strat paliwa w wyniku jego niecałkowitego spalania itp. Realne możliwości zwiększenia sprawności są tutaj wciąż duże. Tak więc dla turbiny parowej początkowa i końcowa temperatura pary jest w przybliżeniu następująca: T 1 = 800 K i T 2 = 300 K. W tych temperaturach maksymalna wartość sprawności wynosi:
Prawdziwy wartość wydajności z powodu różnego rodzaju strat energii wynosi w przybliżeniu 40%. Maksymalną sprawność - około 44% - mają silniki spalinowe.
Sprawność dowolnego silnika cieplnego nie może przekroczyć maksymalnej możliwej wartości 
,
gdzie t 1
-
bezwzględna temperatura grzejnika i T 2
-
bezwzględna temperatura lodówki.
Zwiększenie sprawności silników cieplnych i zbliżenie jej do maksimum- najważniejsze wyzwanie techniczne.
