Magna sħana: ċiklu, l-effiċjenza tax-xogħol. problemi ambjentali ta 'magni termali. X'inhu - magna sħana ideali?

Il-ħtieġa għall-użu ta 'enerġija mekkanika fil-produzzjoni wassal għall-ħolqien ta' magni termali.

L-unità ta 'magni tas-sħana

magna sħana (magna sħana), - apparat għall-konverżjoni intern tal-enerġija fil-enerġija mekkanika.

Kull magna sħana jkollhom heater, il-fluwidu operattiv (gass jew fwar), li twettaq xogħol bit-tisħin (li jirriżulta rotazzjoni tax-xaft tat-turbini, il-fornitur imur piston, u l-bqija) u friġġ. Il-figura hawn taħt turi dijagramma tal-magna sħana.

passi bażiċi ta 'magni tas-sħana

Kull funzjonament tal-magni sħana minħabba l-magna. Biex jagħmlu x-xogħol hu meħtieġ biex fuq kull naħa tal-magna bil-pistuni jew turbina xfafar kien differenza fil-pressjoni. Din id-differenza jinkiseb fil-search kollha tas-sħana kif ġej: it-temperatura fluwidu operattiv tiżdied għal mijiet jew eluf ta 'lawrji meta mqabbla mat-temperatura ambjentali. Fil turbini tal-gass u magni tal-kombustjoni interna (ICE) huwa żieda fit-temperatura minħabba l-fatt li l-karburant huwa maħruq fil-magna. Friġġ jistgħu jaġixxu atmosfera jew apparat skop speċjali għat-tkessiħ u jikkondensaw il-fwar jintefqu.

ċiklu Carnot

Ċiklu (proċess ċikliku) - sett ta 'bidliet kundizzjoni gass, li jirriżultaw fiha jingħata lura lill-istat inizjali (jista' jwettaq ix-xogħol). Fil 1,824, fiżiċista Franċiż Sadi Karno wera li huwa ta 'vantaġġ li ċiklu tal-magna sħana (iċ-ċiklu Carnot), li tikkonsisti f'żewġ proċessi - l iżotermali u adjabatika. Il-figura hawn taħt turi graff taċ-ċiklu Carnot: 1-2 u 3-4 - isoterm, 2-3 u 4-1 - adjabatika.

Skond il-liġi ta 'konservazzjoni ta' enerġija tax-xogħol ta 'magni tas-sħana li twettaq magna hija:

A = M ₁ - Q _2,

₁ fejn Q - ammont ta 'sħana li huwa riċevut mill-heater, u ₂ Q - ammont ta' sħana li huwa kkunsinnati lill-friġġ.
Effiċjenza huwa l-proporzjon tal-magna sħana operazzjoni A li tesegwixxi l-magna għall-kwantità ta 'sħana li huwa miksub mill-heater:

η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂₎ / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q _1.

Fil- "Ħsibijiet dwar il-potenza tal-mixi ta 'nar u fuq il-magni li huma kapaċi li jiżviluppaw din il-forza" (1824) deskritti magna sħana Carnot taħt l-isem "magna sħana ideali ma' gass ideali, li huwa korp tax-xogħol." Minħabba l-liġijiet ta 'termodinamiċità jistgħu jikkalkolaw l-effiċjenza (il-massimu possibbli) mal-heater magna sħana li jkollhom temperatura T _1, u friġġ li jkollhom temperatura T _2. Carnot effiċjenza magna sħana huwa:

η _max = (T ₁ - T ₂₎ / T ₁ = 1 - T ₂ / T _1.

Sadi Karno ppruvat li mixtieq termali reali magna, li jopera bi heater b'temperatura T ₁ u l-kondensatur f'temperatura T ₂ jiġifieri ma tista 'jkollha effiċjenza li jaqbżu l-effiċjenza tas-sħana magna (ideali).

magna ta 'kombustjoni interna (ICE)

Four-stroke magna ta 'kombustjoni interna jikkomprendi wieħed jew aktar ċilindri, ta' pistun, ta 'mekkaniżmu crank, valvi teħid u exhaust, spark.

-Ċiklu operattiv jikkonsisti f'erba 'puplesiji:

1) il irdigħ - taħlita kombustibbli tgħaddi mill-valv fiċ-ċilindru;
2) Kompressjoni - kemm valvoli magħluqa;
3) puplesija --kombustjoni ta splussiv tat-taħlita kombustibbli;
4) exhaust - rilaxx gassijiet tal-exhaust fl-atmosfera.

turbina tal-fwar

Il-konverżjoni ta 'enerġija turbina tal-fwar iseħħ minħabba d-differenza tal-pressjonijiet tal-fwar ilma fil-bokka u iżbokk.
Qawwa tal turbini tal-fwar moderni jilħqu 1300 MW.

Xi parametri tekniċi tal-turbina tal-fwar 1,200 MW

• pressjoni tal-fwar (friski) - 23.5 MPa.
• temperatura fwar - 540 ° C
• turbina fluss tal-fwar - 3600 m / s.
• veloċità tar-rotor - 3000 rev / min.
• Il-pressjoni tal-fwar fil-kondensatur - 3.6 kPa.
• It-tul tat-turbina - 47.9 m.
• Massa tat-turbini - 1900 m.

magna termali tikkonsisti turbina kompressur arja, combustor u l-gass. OPERAZZJONI: adiabatically arja tinġibed fil-kompressur, hekk temperatura tiegħu togħla sa 200 ° C jew aktar. Sussegwentement, l-arja kompressata jidħol fil-kompartiment tal-kombustjoni fejn il-pressjoni għolja fl-istess ħin fornuti karburant likwidu - kerosin żejt karburanti photogen. Waqt il-ħruq tal-karburant arja jissaħħnu sa temperatura ta '1500-2000 ° C, hija tespandi u żidiet veloċità tagħha. L-arja jiċċaqlaq b'veloċità għolja, u l-prodotti ta 'kombustjoni huma diretti fil-turbina. Wara t-tranżizzjoni minn stadju għall-istadju kombustjoni turbina xfafar jagħtu tagħha kinetika enerġija. Parti mill-enerġija riċevut mill-turbina huwa l-rotazzjoni kompressur; il-parti li jifdal huwa kkunsmat fuq ir-rotor ġeneratur, ajruplani skrun jew bastiment tal-baħar, rota vettura.

-Turbina tal-gass jista 'jintuża, minbarra l-pjan rotazzjonali u r-roti tal-vettura jew skrejjen tal-bastiment, bħala magna bil-ġett. gassijiet arja u tal-kombustjoni huma jinbeżqu b'veloċità għolja mill-turbina tal-gass, sabiex l-ispinta ġett li tqum f'dan il-proċess jista 'jintuża biex imexxi' ajruplani (ajruplan) u ilma (vapur) vapuri, it-trasport ferrovjarju. Per eżempju, magni turboprop jkollhom pjani AN-24, AN-124 ( "Ruslan"), Ru-225 ( "Dream"). Għalhekk, il- "Dream" b'veloċità titjira ta '700-850 km / siegħa hija kapaċi jġorru 250 tunnellata ta' merkanzija fuq distanza ta 'kważi 15,000 kilometru. Hija l-ajruplan tat-trasport akbar fid-dinja.

problemi ambjentali ta 'magni termali

impatt kbir fuq il-klima hija kondizzjonijiet atmosferiċi, b'mod partikolari l-preżenza ta 'dijossidu tal-karbonju u fwar. Għalhekk, il-bidla fil-kontenut dijossidu karboniku twassal għal żieda jew tnaqqis fil-effett serra, f'liema dijossidu tal-karbonju jassorbi xi wħud mill-sħana li radiates fl-ispazju art, dewmien fl-żidiet atmosfera u għalhekk it-temperatura tal-wiċċ u l-atmosfera aktar baxx. Il-fenomenu tal-effett serra għandu rwol kruċjali fil-mitigazzjoni tal-klima. Fin-nuqqas tagħha, it-temperatura medja tal-pjaneta ma tkunx + 15 ° C jew inqas minn 30-40 ° C.

fid-dinja issa hemm aktar minn 300 miljun tipi differenti ta 'vetturi, li joħolqu aktar minn nofs ta' tniġġis tal-arja kollha.

Aktar minn sena 1 fl-atmosfera mill-termali enerġija mill-kombustjoni ta 'karburant huwa allokat 150 miljun tunnellata ta' kubrit ossidi, 50 miljun tunnellata ta 'nitroġenu ossidu, 50 miljun tunnellata ta' rmied, 200 miljun tunnellata ta 'karbonju monossidu, it-3 miljun tunnellata Feona.

Il-kompożizzjoni tal-atmosfera jinkludi ożonu, li jipproteġi l-ħajja fuq l-art mill-effetti dannużi ta 'raġġi ultravjola. . Fl-1982, John Farman, l-esploratur Ingliż, ġiet skoperta matul toqba tal-ożonu Antartika - tnaqqis temporanju tal-kontenut ożonu fl-atmosfera. Fil-quċċata tat-toqba tal-ożonu 7 Ottubru, 1987 l-ammont ta 'ożonu fiha naqas fi 2 darbiet. Ożonu toqba probabbilment irriżultaw minn antropoġeniku fatturi, inkluż l-użu fl-industrija tal-klorin li fihom freons (CFC), li jeqirdu l-ożonu saff. Madankollu, l-istudju 1990. ma kkonfermatx din il-fehma. Ħafna probabbli, it-tfaċċar ta 'l-toqba tal-ożonu mhix relatata ma' attivitajiet tal-bniedem, u huwa proċess naturali. Fl-1992, il-toqba tal-ożonu ġiet skoperta matul l-Artiku.

Jekk ġbir l-ożonu atmosferiku fil-wiċċ tad-Dinja u jeħxien lill-densità ta 'l-arja fi pressjoni atmosferika u temperatura ta' 0 ° Ċ, imbagħad ħxuna tarka ożonu huwa biss 2-3 mm! Dik hija l-ilqugħ kollu.

Ftit storja ...

• Lulju 1769. Ġewwa Pariġi Meudon militari park inġinier NZ Kyunyo għal "vagun nar", li kienet mgħammra magna tal-fwar żewġ ċilindru, saq ftit għexieren ta 'metri.
• 1885. Karl Benz, inġinier Ġermaniż, mibnija l-ewwel qawwa b'erba 'roti Motorwagen karozza petrol ta' 0.66 kW, li Jan 29, 1886 kisbet privattiva. veloċità magna kienet 15-18 km / siegħa.
• 1891. Gottlieb Daimler, inventur Ġermaniż, tròli manifatturati issuq qawwa 2.9 kW (4 horsepowers) tal-karozza. Il-veloċità massima tal -vettura jilħaq 10 km / h, il-kapaċità fil-mudelli differenti hija minn 2 sa 5 tunnellati.
• 1899. Belġjan K. Zhenattsi fil-karozza tiegħu, "Jamet CONTANT" ( "qatt sodisfatta") għall-ewwel darba qasmu l-veloċità tal-linja 100-kilometru.

Eżempji ta 'soluzzjoni ta' problemi

Problema 1. It-temperatura tal-magna sħana ideali heater hija ugwali għal 2,000 K, u t-temperatura friġġ - 100 ° C Biex tiddetermina l-effiċjenza.

soluzzjoni:
Il-formula li jiddetermina l-effiċjenza ta 'magna sħana (massimu):

n = T ₁ T ₂ / T _1.
n = (2000K - 373K) / 2000 K = 0.81.

Tweġiba: L-effiċjenza tal-magna - 81%.

Problema 2. Il magna sħana 200 kJ ta 'sħana inkiseb permezz ta' kombustjoni ta 'fjuwil, u trasferiti lill jkessaħ 120 sħana kJ. X'inhu l-effiċjenza tal-magna?

soluzzjoni:
Il-formula għad-determinazzjoni tal-effiċjenza huwa tal-formola:

N = Q1 - Q2 / Q1.
n = (2 · 10 ⁵ J - 1.2 x 10 ⁵ J) / 2 · 10 ⁵ J = 0.4.

A: L-effiċjenza termali tal-magna - 40%.

Problema 3. X'inhu l-effiċjenza tal-magna sħana, meta l-fluwidu operattiv mill-heater wara li jirċievi l-ammont ta 'sħana ta' 1.6 MJ mwettqa operazzjoni 400 kJ? X'inhu l-ammont ta 'sħana ġie trasferit għall-friġġ?

soluzzjoni:
Effiċjenza jista 'jiġi determinat bil-formula

N = A / Q _1.

n = 0,4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25.

Trasmessa kwantità sħana friġġ jista 'jiġi determinat bil-formula

M ₁ - A = M _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J - 0.4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
A: Il-magna sħana għandu effiċjenza ta '25%; l-ammont ta 'sħana trasferita lill-friġġ - 1.2 x 10 ⁶ J.