థర్మల్ యంత్రం: చక్రం, ఆపరేషన్, సమర్థత. ఉష్ణ యంత్రాల పర్యావరణ సమస్యలు. ఆదర్శ ఉష్ణ యంత్రం అంటే ఏమిటి?

ఉత్పత్తిలో యాంత్రిక శక్తిని ఉపయోగించడం, ఉష్ణ యంత్రాల రూపాన్ని దారితీసింది.

ఉష్ణ యంత్రాల పరికరం

యాంత్రిక శక్తికి అంతర్గత శక్తిని మార్చడానికి ఒక ఉష్ణ యంత్రం (ఉష్ణ యంత్రం).

ఏదైనా ఉష్ణ యంత్రం ఒక హీటర్, ఒక పని శరీరం (వాయువు లేదా ఆవిరి) కలిగి ఉంది, తద్వారా తాపన పనిని (టర్బైన్ షాఫ్ట్ని నడిపిస్తుంది, పిస్టన్ను మరియు దానిపైకి తరలిస్తుంది) మరియు రిఫ్రిజిరేటర్. క్రింది రేఖాచిత్రం హీట్ ఇంజన్ యొక్క పథకాన్ని చూపుతుంది.

థర్మల్ ఇంజిన్ల చర్య యొక్క ఫండమెంటల్స్

ప్రతి ఉష్ణ యంత్రం ఇంజిన్ చేత నిర్వహించబడుతుంది. ఉద్యోగం చేయడానికి, అతను ఇంజిన్ పిస్టన్ లేదా టర్బైన్ బ్లేడ్లు ఇరువైపులా ఒత్తిడి తేడాను కలిగి ఉండాలి. ఈ తేడాలు అన్ని ఉష్ణ ఇంజిన్లలో ఈ క్రింది విధంగా సాధించబడతాయి: పని ద్రవం యొక్క ఉష్ణోగ్రత పరిసర ఉష్ణోగ్రతతో పోలిస్తే వందల లేదా వేలాది డిగ్రీలతో పెరుగుతుంది. గ్యాస్ టర్బైన్లు మరియు అంతర్గత దహన ఇంజిన్లలో (ICE), ఇంధనం ఇంజిన్లో కూడా ఇంధనం మండుతుంది కనుక ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. రిఫ్రిజిరేటర్ ఉపయోగించిన ఆవిరిని శీతలీకరణ మరియు శీతలీకరణ కోసం ఒక వాతావరణం లేదా ఒక ప్రత్యేక ప్రయోజన పరికరం కావచ్చు.

కార్నోట్ చక్రం

సైకిల్ (వృత్తాకార ప్రక్రియ) - గ్యాస్ రాష్ట్రాల్లో మార్పుల సమితి, దాని అసలు స్థితికి ఇది తిరిగి వస్తుంది (ఇది పని చేయవచ్చు). 1824 లో ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త సాది కార్నోట్ ఒక ఉష్ణ యంత్రం యొక్క చక్రం (కార్నోట్ చక్రం), ఇది రెండు ప్రక్రియలు కలిగి ఉంటుంది - సమతాపరాలైన మరియు అడామైటిక్, ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. కార్నోట్ చక్రం: 1-2 మరియు 3-4 - ఐసోటోమ్స్, 2-3 మరియు 4-1 - adiabats.

శక్తి పరిరక్షణ చట్టం ప్రకారం, ఇంజిన్ ప్రదర్శించిన థర్మల్ యంత్రాల పని:

A = Q ₁ - Q ₂ ,

ఎక్కడ హీటర్ నుండి అందుకున్న వేడి మొత్తం Q ₁ మరియు Q ₂ రిఫ్రిజిరేటర్కు అందించే వేడి మొత్తం.
ఒక హీట్ ఇంజిన్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని, ఇంజిన్ నిర్వహిస్తున్న పని A యొక్క నిష్పత్తి, హీటర్ నుండి లభించే వేడి మొత్తం:

Η = A / Q = (Q ₁ - Q ₂ ) / Q ₁ = 1 - Q ₂ / Q ₁ .

తన పనిలో "అగ్నిమాపక శక్తిని మరియు ఈ శక్తిని అభివృద్ధి చేసే యంత్రాలపై ఆలోచనలు" (1824) కార్నోట్ "పనిచేసే ద్రవం ఒక ఆదర్శ వాయువుతో ఒక ఆదర్శ ఉష్ణ యంత్రం" అని పిలిచే ఒక ఉష్ణ యంత్రాన్ని వివరించాడు. థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క చట్టాల కృతజ్ఞతలు, ఒక హీటర్తో ఒక ఉష్ణోగ్రత ఇంజిన్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని (అత్యధిక సాధ్యమయ్యే) ఒక ఉష్ణోగ్రత T ₁ మరియు ఉష్ణోగ్రత T ₂ తో రిఫ్రిజిరేటర్తో లెక్కించవచ్చు. థర్మాల్ మెషిన్ కార్నోట్ ఒక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది:

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

Sadi కార్నోట్ ఏ ఉష్ణ యంత్రం వాస్తవమైనది, ఇది ఉష్ణోగ్రత T ₁ తో హీటర్తో పని చేస్తుంది మరియు ఉష్ణోగ్రత T ₂ తో రిఫ్రిజిరేటర్ థర్మల్ మెషిన్ (ఆదర్శ) యొక్క సామర్థ్యాన్ని మించిన సామర్థ్యం కలిగి ఉండదు.

అంతర్గత దహన యంత్రం (ICE)

నాలుగు స్ట్రోక్ ICE ఒకటి లేదా అనేక సిలిండర్లు, ఒక పిస్టన్, క్రాంక్ మెకానిజం, ఒక తీసుకోవడం మరియు ఎగ్సాస్ట్ వాల్వ్ మరియు ఒక కొవ్వొత్తి ఉన్నాయి.

విధి చక్రం నాలుగు చక్రాలను కలిగి ఉంటుంది:

1) చూషణ - దహన మిశ్రమం వాల్వ్ ద్వారా సిలిండర్లోకి ప్రవేశిస్తుంది;
2) కుదింపు - రెండు కవాటాలు మూసుకుని ఉంటాయి;
3) పని స్ట్రోక్ - మండే మిశ్రమం యొక్క పేలుడు దహనం;
4) ఎగ్సాస్ట్ - ఎగ్సాస్ట్ ఎగ్జాస్ట్ వాయుస్ అఫ్ ది వర్జిన్.

ఆవిరి టర్బైన్

ఒక ఆవిరి టర్బైన్లో, ఇన్లెట్ మరియు అవుట్లెట్లో నీటి ఆవిరి ఒత్తిడిలో వ్యత్యాసం కారణంగా శక్తి మార్పిడి జరుగుతుంది.
ఆధునిక ఆవిరి టర్బైన్ల సామర్థ్యాలు 1300 మె.వా.

1200 MW ఆవిరి టర్బైన్ యొక్క కొన్ని సాంకేతిక పారామితులు

• ఆవిరి ఒత్తిడి (తాజా) 23.5 MPa.
• ఆవిరి ఉష్ణోగ్రత 540 ° C.
• టర్బైన్ యొక్క ఆవిరి ప్రవాహం రేటు 3600 t / h.
• రోటర్ వేగం 3000 rpm.
• కండెన్సర్లో ఆవిరి పీడనం 3.6 kPa.
• టర్బైన్ యొక్క పొడవు 47.9 మీటర్లు.
• టర్బైన్ ద్రవ్యరాశి 1900 టన్నులు.

థర్మల్ యంత్రంలో గాలి కంప్రెసర్, దహన గది మరియు గ్యాస్ టర్బైన్ ఉన్నాయి. ఆపరేషన్ ప్రిన్సిపల్: గాలి కంప్రెసర్లోకి పీల్చుకుంటుంది, కాబట్టి దాని ఉష్ణోగ్రత 200 ° C లేదా అంతకంటే ఎక్కువ. మరింత సంపీడన వాయువు దహన చాంబర్లోకి ప్రవేశిస్తుంది, అదే సమయంలో, అధిక పీడనం కింద, ద్రవ ఇంధనం ప్రవేశిస్తుంది - కిరోసిన్, ఫోటోజెన్, ఇంధన చమురు. ఇంధనం కాల్చేసినప్పుడు, గాలి 1500-2000 ° C ఉష్ణోగ్రత వరకు వేడెక్కుతుంది, దాని విస్తరణ వేగవంతం అవుతుంది. గాలి అధిక వేగంతో కదులుతుంది, మరియు దహన ఉత్పత్తులు టర్బైన్కు పంపబడతాయి. రంగస్థలం నుండి వేదిక వరకు పరివర్తనం చేసిన తరువాత, దహన ఉత్పత్తులు వారి టర్బైన్ బ్లేడ్లు వాటి గతి శక్తినిస్తాయి. టర్బైన్ ద్వారా పొందిన శక్తిలో భాగం కంప్రెసర్ యొక్క భ్రమణకు వెళుతుంది; మిగిలిన భాగం ఒక విద్యుత్ జనరేటర్ యొక్క రోటర్, ఒక విమానం స్క్రూ లేదా సముద్రపు ఓడ, కారు చక్రాలు తిప్పడం కోసం ఖర్చు చేయబడుతుంది.

ఒక జెట్ ఇంజిన్ వలె, కారు చక్రాలు మరియు ప్రొపెల్లర్ లేదా పడవ మరలు యొక్క భ్రమణకు అదనంగా వాయు టర్బైన్ని ఉపయోగించవచ్చు. గాలి మరియు దహన ఉత్పత్తులు గ్యాస్ టర్బైన్ నుండి అధిక వేగంతో డిస్చార్జ్ చేయబడతాయి, అందువలన ఈ ప్రక్రియలో ఉత్పన్నమయ్యే రియాక్టివ్ థ్రస్ట్ గాలి (విమానం) మరియు నీటి (ఓడ) ఓడలు, రైల్వే రవాణా కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, టర్బోప్రాప్ ఇంజిన్లకు An-24, An-124 (Ruslan), An-225 (డ్రీమ్) ఉన్నాయి. ఈ విధంగా, 700-850 km / h ఫ్లైట్ వేగంతో "డ్రీమ్" దాదాపు 15,000 కిలోమీటర్ల దూరంలో 250 టన్నుల సరకు రవాణా చేయగలదు. ఇది ప్రపంచంలో అతిపెద్ద రవాణా విమానం.

ఉష్ణ యంత్రాల పర్యావరణ సమస్యలు

శీతోష్ణస్థితిలో గొప్ప ప్రభావము వాతావరణము యొక్క స్థితి, ముఖ్యంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు నీటి ఆవిరి యొక్క ఉనికి. అందువలన, కార్బన్ డయాక్సైడ్ యొక్క విషయంలో మార్పు అనేది గ్రీన్హౌస్ ప్రభావం యొక్క తీవ్రతను లేదా బలహీనపడటానికి దారితీస్తుంది, దీనిలో కార్బన్ డయాక్సైడ్ భూమిని అంతరిక్షంలోకి విడుదల చేస్తున్న ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది, వాతావరణంలో ఇది ఆలస్యం చేస్తుంది మరియు తద్వారా ఉపరితల ఉష్ణోగ్రత మరియు వాతావరణంలోని తక్కువ పొరలను పెంచుతుంది. గ్రీన్హౌస్ ప్రభావం యొక్క దృగ్విషయం శీతోష్ణస్థితి తగ్గింపులో నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తుంది. లేకపోయినా, గ్రహం యొక్క సగటు ఉష్ణోగ్రత + 15 ° C గా ఉండదు, అయితే 30-40 ° C

ఇప్పుడు ప్రపంచంలో 300 మిలియన్ల కంటే ఎక్కువ రకాలు ఉన్నాయి, ఇవి అన్ని వాతావరణ కాలుష్యం కంటే సగానికి పైగా ఉన్నాయి.

1 సంవత్సరం, 150 మిలియన్ టన్నుల సల్ఫర్ ఆక్సైడ్, 50 మిలియన్ టన్నుల నత్రజని ఆక్సైడ్, 50 మిలియన్ టన్నుల బూడిద, 200 మిలియన్ టన్నుల కార్బన్ మోనాక్సైడ్, 3 మిలియన్ టన్నుల ఫోనోను ఇంధన దహన ఫలితంగా థర్మల్ పవర్ ప్లాంట్ల నుండి వాతావరణంలో విడుదల చేయబడ్డాయి.

వాతావరణంలోని కూర్పు ఓజోన్ కలిగి ఉంటుంది, ఇది అతినీలలోహిత కిరణాల హానికరమైన ప్రభావాల నుండి భూమిపై అన్ని జీవితాలను రక్షిస్తుంది. 1982 లో, ఆంగ్ల పరిశోధకుడు అయిన J. ఫార్మాన్ అంటార్కిటికాపై ఒక ఓజోన్ రంధ్రం కనుగొన్నాడు - వాతావరణంలో ఓజోన్లో తాత్కాలిక క్షీణత. అక్టోబరు 7, 1987 న ఓజోన్ రంధ్రం యొక్క గరిష్ట అభివృద్ధి సమయంలో, దానిలో ఓజోన్ పరిమాణం 2 కారకం తగ్గింది. ఓజోన్ రంధ్రం ఓజోన్ పొరను నాశనం చేసే పరిశ్రమలో క్లోరిన్-కలిగిన చ్లాడోన్స్ (ఫ్రీన్స్) వాడకంతో సహా మానవజన్య కారకాల ఫలితంగా ఏర్పడింది. అయితే, 1990 ల అధ్యయనాలు. ఈ అభిప్రాయాన్ని నిర్ధారించలేదు. చాలా మటుకు, ఓజోన్ రంధ్రం కనిపించడం మానవుల కార్యకలాపాలకు సంబంధించినది కాదు, సహజ ప్రక్రియ. 1992 లో, ఆర్కిటిక్ మీద ఓజోన్ రంధ్రం కనుగొనబడింది.

అన్ని వాతావరణ ఓజోన్ భూమి ఉపరితలం సమీపంలో ఒక పొర సేకరించి సాధారణ వాతావరణ పీడనం మరియు 0 ° సి వద్ద గాలి సాంద్రత మందమైన ఉంటే, ఓజోన్ కవచం యొక్క మందం మాత్రమే 2-3 mm ఉంటుంది! ఇది మొత్తం డాలు.

చరిత్ర యొక్క ఒక బిట్ ...

• 1769 జూలై. ప్యారిస్లోని మీడోన్ పార్కులో సైనిక ఇంజనీర్ ఎన్.జే.కన్యో ఒక "ఆవేశ కార్ట్" లో రెండు సిలిండర్ల ఆవిరి యంత్రం కలిగి ఉన్నాడు, ఇది అనేక పదుల మీటర్ల మందను నడిపింది.
• 1885 సంవత్సరం. జర్మన్ ఇంజనీర్ అయిన కార్ల్ బెంజ్, మోటారువాజెన్ యొక్క మొదటి గ్యాసోలిన్ మూడు చక్రాల మోటారు వాహన కారును 0.66 kW సామర్థ్యంతో నిర్మించాడు, జనవరి 29, 1886 న ఇది పేటెంట్ పొందింది. కారు వేగం 15-18 కిలోమీటర్లు చేరుకుంది.
• 1891 సంవత్సరం. జర్మన్ ఆవిష్కర్త అయిన గాట్లిబ్బ్ డైమ్లెర్ కారు నుండి ఒక 2.9 kW (4 హార్స్పవర్) ఇంజిన్తో ఒక సరుకు రవాణా ట్రాలీని ఉత్పత్తి చేశాడు. కారు యొక్క గరిష్ట వేగాన్ని 10 km / h చేరుకుంది, వివిధ మోడళ్లలో మోసుకెళ్ళ సామర్ధ్యం 2 నుంచి 5 టన్నులు.
• 1899 సంవత్సరము. తన కారు "జమే కాంటెంట్" ("ఎల్లప్పుడు అసంతృప్తి") లో బెల్జియం కె. జొనాట్జి 100 కిలోమీటర్ వేగ పరిమితిని అధిగమించాడు.

సమస్య పరిష్కారం యొక్క ఉదాహరణలు

సమస్య 1. హీటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 2000 కి సమానమైన ఆదర్శ ఉష్ణ యంత్రం, రిఫ్రిజిరేటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 100 ° C సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయించండి.

పరిష్కారం :
ఉష్ణ యంత్రం (గరిష్ట) యొక్క సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయించే సూత్రం:

Ŋ = T ₁ -టి ₂ / టి _1.
Ŋ = (2000K-373К) / 2000 К = 0.81.

జవాబు: ఇంజిన్ సామర్ధ్యం 81%.

టాస్క్ 2. ఇంధనం దహనం చేయబడినపుడు, ఒక వేడి ఇంజిన్లో, 200 కి.జె. వేడిని అందుకుంది, మరియు రిఫ్రిజిరేటర్కు 120 కిలోల వేడిని బదిలీ చేశారు. ఇంజిన్ యొక్క సామర్ధ్యం ఏమిటి?

పరిష్కారం:
ఈ కింది విధంగా సమర్థతను నిర్ధారించడానికి సూత్రం:

Ŋ = Q1 - Q2 / Q1.
Ŋ = (2 · 10 ⁵ J - 1.2 · 10 ⁵ J) / 2 · 10 ⁵ J = 0.4.

జవాబు: హీట్ ఇంజిన్ యొక్క సామర్ధ్యం 40%.

టాస్క్. హీటర్ యొక్క ఉష్ణ పరిమాణం తర్వాత పనిచేసిన పని 1.6 MJ 400 kJ ను సాధించినట్లయితే, హీట్ ఇంజిన్ యొక్క సామర్ధ్యం ఏమిటి? ఎంత రిఫ్రిజిరేటర్కు ఉష్ణాన్ని బదిలీ చేసారు?

పరిష్కారం:
సమర్థత సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది

Ŋ = A / Q _1.

Ŋ = 0.4 · 10 ⁶ J / 1.6 · 10 ⁶ J = 0.25.

రిఫ్రిజిరేటర్కి బదిలీ చేయబడిన ఉష్ణాన్ని సూత్రం నుండి నిర్ణయించవచ్చు

Q ₁ - A = Q _2.
Q ₂ = 1.6 · 10 ⁶ J-0.4 · 10 ⁶ J = 1.2 · 10 ⁶ J.
జవాబు: వేడి యంత్రం 25% సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది; రిఫ్రిజిరేటర్కి బదిలీ చేయబడిన ఉష్ణ పరిమాణం 1.2 × 10 ⁶ జౌల్స్.