Le fonctionnement de nombreux types de machines est caractérisé par un indicateur aussi important que l'efficacité d'un moteur thermique. Chaque année, les ingénieurs s'efforcent de créer des équipements plus avancés qui, à moindre coût en carburant, donneraient le meilleur résultat de leur utilisation.
Moteur thermique
Avant de comprendre ce qu'est l'efficacité, il est nécessaire de comprendre comment fonctionne ce mécanisme. Sans connaître les principes de son action, il est impossible de connaître l'essence de cet indicateur. Un moteur thermique est un appareil qui fonctionne en utilisant de l'énergie interne. Tout moteur thermique qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique utilise la dilatation thermique des substances à température croissante. Dans les moteurs à semi-conducteurs, il est possible non seulement de modifier le volume de matière, mais également la forme du corps. Le fonctionnement d'un tel moteur est soumis aux lois de la thermodynamique.
Principe de fonctionnement
Pour comprendre le fonctionnement d'un moteur thermique, il est nécessaire de considérer les basesses dessins. Pour le fonctionnement de l'appareil, deux corps sont nécessaires: chaud (chauffage) et froid (réfrigérateur, refroidisseur). Le principe de fonctionnement des moteurs thermiques (l'efficacité des moteurs thermiques) dépend de leur type. Souvent, le condenseur de vapeur agit comme un réfrigérateur et tout type de combustible qui brûle dans le four agit comme un appareil de chauffage. L'efficacité d'un moteur thermique idéal se trouve par la formule suivante:
Efficiency=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100 %.
En même temps, l'efficacité d'un vrai moteur ne peut jamais dépasser la valeur obtenue selon cette formule. De plus, cet indicateur ne dépassera jamais la valeur ci-dessus. Pour augmenter l'efficacité, augmentez le plus souvent la température de l'appareil de chauffage et réduisez la température du réfrigérateur. Ces deux processus seront limités par les conditions de fonctionnement réelles de l'équipement.
Efficacité du moteur thermique (formule)
Pendant le fonctionnement d'un moteur thermique, le travail est fait, car le gaz commence à perdre de l'énergie et se refroidit jusqu'à une certaine température. Ce dernier est généralement à quelques degrés au-dessus de l'atmosphère environnante. C'est la température du réfrigérateur. Un tel dispositif spécial est conçu pour le refroidissement avec condensation ultérieure de la vapeur d'échappement. En présence de condenseurs, la température du réfrigérateur est parfois inférieure à la température ambiante.
Dans un moteur thermique, le corps, lorsqu'il est chauffé et détendu, n'est pas en mesure de donner toute son énergie interne pour effectuer un travail. Une partie de la chaleur sera transférée au réfrigérateur avec les gaz d'échappement ou la vapeur. Cette partiel'énergie thermique interne est inévitablement perdue. Pendant la combustion du carburant, le corps de travail reçoit une certaine quantité de chaleur Q1 du réchauffeur. En même temps, il effectue toujours le travail A, pendant lequel il transfère une partie de l'énergie thermique au réfrigérateur: Q2<Q1.
EFFICIENCY caractérise l'efficacité du moteur dans le domaine de la conversion et de la transmission d'énergie. Cet indicateur est souvent mesuré en pourcentage. Formule d'efficacité:
ηA/Qx100%, où Q est l'énergie dépensée, A est le travail utile.
Se basant sur la loi de conservation de l'énergie, nous pouvons conclure que l'efficacité sera toujours inférieure à un. En d'autres termes, il n'y aura jamais de travail plus utile que l'énergie dépensée.
Le rendement du moteur est le rapport entre le travail utile et l'énergie fournie par le chauffage. Il peut être représenté par la formule suivante:
η=(Q1-Q2)/ Q1, où Q 1 - chaleur reçue du radiateur, et Q2 - donnée au réfrigérateur.
Fonctionnement du moteur thermique
Le travail fourni par un moteur thermique est calculé selon la formule suivante:
A=|QH| - |QX|, où A est le travail, QH est la quantité de chaleur reçue du radiateur, QX - la quantité de chaleur donnée au refroidisseur.
Efficacité du moteur thermique (formule):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Il est égal au rapport entre le travail effectué par le moteur et la quantité dechaleur. Une partie de l'énergie thermique est perdue lors de ce transfert.
Moteur Carnot
Le rendement maximal d'un moteur thermique est noté au dispositif Carnot. Cela est dû au fait que dans ce système, cela ne dépend que de la température absolue du réchauffeur (Тн) et du refroidisseur (Тх). Le rendement d'un moteur thermique fonctionnant selon le cycle de Carnot est déterminé par la formule suivante:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Les lois de la thermodynamique nous ont permis de calculer l'efficacité maximale possible. Pour la première fois, cet indicateur a été calculé par le scientifique et ingénieur français Sadi Carnot. Il a inventé un moteur thermique fonctionnant au gaz parfait. Il fonctionne sur un cycle de 2 isothermes et 2 adiabats. Le principe de son fonctionnement est assez simple: un contact chauffant est amené au récipient avec du gaz, à la suite de quoi le fluide de travail se dilate de manière isotherme. En même temps, il fonctionne et reçoit une certaine quantité de chaleur. Après que le navire est isolé thermiquement. Malgré cela, le gaz continue de se dilater, mais déjà de manière adiabatique (sans échange de chaleur avec l'environnement). A ce moment, sa température descend au réfrigérateur. A ce moment, le gaz est en contact avec le réfrigérateur, ce qui lui confère une certaine quantité de chaleur lors de la compression isométrique. Ensuite, le récipient est à nouveau isolé thermiquement. Dans ce cas, le gaz est comprimé de manière adiabatique jusqu'à son volume et son état d'origine.
Variétés
À notre époque, il existe de nombreux types de moteurs thermiques qui fonctionnent selon différents principes et avec différents carburants. Ils ont tous leur propre efficacité. Ceux-ci inclusce qui suit:
• Moteur à combustion interne (piston), qui est un mécanisme dans lequel une partie de l'énergie chimique du combustible en combustion est convertie en énergie mécanique. De tels dispositifs peuvent être gazeux et liquides. Il existe des moteurs 2 temps et 4 temps. Ils peuvent avoir un cycle de service continu. Selon la méthode de préparation d'un mélange de carburant, ces moteurs sont à carburateur (avec formation de mélange externe) et diesel (avec interne). Selon les types de convertisseurs d'énergie, ils sont divisés en piston, jet, turbine, combiné. L'efficacité de ces machines ne dépasse pas 0,5.
• Moteur Stirling - un appareil dans lequel le fluide de travail se trouve dans un espace clos. C'est une sorte de moteur à combustion externe. Le principe de son fonctionnement repose sur un refroidissement/échauffement périodique du corps avec production d'énergie due à une variation de son volume. C'est l'un des moteurs les plus efficaces.
• Moteur à turbine (rotatif) à combustion externe de carburant. De telles installations se trouvent le plus souvent dans les centrales thermiques.
• Turbine (rotative) ICE est utilisé dans les centrales thermiques en mode de pointe. Pas aussi courant que les autres.
• Un turbopropulseur génère une partie de la poussée due à l'hélice. Le reste provient des gaz d'échappement. Sa conception est un moteur rotatif (turbine à gaz), sur l'arbre duquel une hélice est montée.
Autres types de moteurs thermiques
• Les moteurs de fusée, de turboréacteur et d'avion à réaction sont propulsés par le reculgaz d'échappement.
• Les moteurs à semi-conducteurs utilisent des solides comme carburant. Lors du travail, ce n'est pas son volume qui change, mais sa forme. Le fonctionnement de l'équipement utilise une différence de température extrêmement faible.
Comment améliorer l'efficacité
Est-il possible d'augmenter le rendement d'un moteur thermique ? La réponse doit être cherchée dans la thermodynamique. Il étudie les transformations mutuelles de différents types d'énergie. Il a été établi qu'il est impossible de convertir toute l'énergie thermique disponible en énergie électrique, mécanique, etc. Dans le même temps, leur conversion en énergie thermique se produit sans aucune restriction. Ceci est possible en raison du fait que la nature de l'énergie thermique est basée sur le mouvement désordonné (chaotique) des particules.
Plus le corps se réchauffe, plus les molécules qui le composent se déplacent rapidement. Le mouvement des particules deviendra encore plus erratique. Parallèlement à cela, tout le monde sait que l'ordre peut facilement se transformer en chaos, ce qui est très difficile à ordonner.
