ఏర్పాటు, సెకండరీ విద్య మరియు పాఠశాలలు
థర్మల్ సామర్ధ్యం. హీట్ ఇంజిన్ యొక్క సమర్థత - ఫార్ములా
ఆధునిక వాస్తవాలు థర్మల్ ఇంజిన్ల విస్తృత దోపిడీని కలిగి ఉంటాయి. ఎలెక్ట్రిక్ మోటార్లతో వాటిని భర్తీ చేయడానికి అనేక ప్రయత్నాలు ఇప్పటివరకు విఫలమయ్యాయి. స్వయంప్రతిపత్త వ్యవస్థలలో విద్యుత్ వృద్ధికి సంబంధించిన సమస్యలు చాలా క్లిష్టంగా పరిష్కారమవుతాయి.
ఎలక్ట్రిక్ ఎనర్జీ బ్యాటరీలను తయారుచేసే సాంకేతిక సమస్యల సమస్యలు ఇప్పటికీ వారి దీర్ఘకాలిక వినియోగాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి. అంతర్గత దహన ఇంజిన్లలో కార్ల నుండి చాలా వరకు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల వేగవంతమైన లక్షణాలు.
హైబ్రీడ్ ఇంజిన్లను సృష్టించే మొదటి చర్యలు పర్యావరణ సమస్యలను పరిష్కరించి, మెగాసిటీలలో హానికరమైన ఉద్గారాలను గణనీయంగా తగ్గిస్తాయి.
ఒక బిట్ చరిత్ర
ఆవిరి శక్తిని కదలిక శక్తిగా మార్చుకునే అవకాశం ప్రాచీన కాలంలో తెలుస్తుంది. 130 BC: అలెగ్జాండ్రియాకు చెందిన తత్వవేత్త హెరోన్ ప్రేక్షకులకు ఒక ఆవిరి బొమ్మ - ఐలిపిల్ అందించాడు. ఆవిరితో నిండిన గోళం, దాని నుండి వచ్చే జెట్ల చర్యలో భ్రమణంలోకి వచ్చింది. ఆ రోజుల్లో ఆధునిక ఆవిరి టర్బైన్ల నమూనా ఈ అనువర్తనాన్ని కనుగొనలేదు.
తత్వవేత్త యొక్క దీర్ఘకాలిక మరియు శతాబ్దాలు అభివృద్ధి మాత్రమే ఒక వినోదభరితమైన బొమ్మ భావిస్తారు. 1629 లో ఇటాలియన్ D. బ్రాంసీ ఒక క్రియాశీల టర్బైన్ను సృష్టించాడు. కదలికలో బ్లేడ్లు అమర్చిన డిస్క్లో ఆవిరి సెట్ చేయబడింది.
ఈ క్షణం నుండి, ఆవిరి యంత్రాల వేగవంతమైన అభివృద్ధి ప్రారంభమైంది.
థర్మల్ యంత్రం
ఇంధన అంతర్గత శక్తి యొక్క యంత్రాంగం మరియు యంత్రాంగాలు యొక్క భాగాల కదలిక శక్తి యొక్క శక్తిని ఉష్ణ యంత్రాల్లో ఉపయోగిస్తారు .
యంత్రాల యొక్క ప్రధాన భాగాలు ఒక హీటర్ (వెలుపల నుండి శక్తిని పొందే వ్యవస్థ), ఒక పని శరీరం (ఇది ఒక ఉపయోగకరమైన ప్రభావాన్ని చేస్తుంది), రిఫ్రిజిరేటర్.
హీటర్ పని శరీరం ఉపయోగకరమైన పని చేయడానికి అంతర్గత శక్తి యొక్క తగినంత సరఫరా పేరుకుపోవడంతో రూపొందించబడింది. రిఫ్రిజిరేటర్ దూరంగా అదనపు శక్తి పడుతుంది.
ఉష్ణ యంత్రాల సామర్ధ్యం యొక్క ప్రధాన లక్షణం. ఈ విలువ ఉపయోగపడే పనిని ఖర్చు చేయటానికి ఖర్చు చేయటానికి ఎంత ఖర్చు చేయబడిన శక్తిని చూపిస్తుంది. అధిక సామర్థ్యం, మెషీన్ యొక్క పనితీరు మెరుగైనది, కానీ ఈ విలువ 100% ని మించకూడదు.
సామర్థ్యం యొక్క గణన
హీటర్ బయట నుండి Q 1 కి సమానమైన శక్తిని పొందనివ్వండి . రిఫ్రిజిరేటర్కి ఇచ్చిన శక్తి Q 2 గా పని చేసేది A పనిచేసింది .
నిర్వచనం ఆధారంగా, సామర్థ్యం యొక్క విలువను లెక్కించండి:
Η = A / Q 1 . A = Q 1 - Q 2.
అందుచే, ఒక హీట్ ఇంజన్ యొక్క సామర్థ్యం, దీని సూత్రం రూపం η = (Q 1 - Q 2 ) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, మాకు ఈ కింది తీర్మానాలను గీయడానికి అనుమతిస్తుంది:
- సామర్థ్యం 1 (లేదా 100%) కంటే మించకూడదు;
- ఈ విలువను పెంచడానికి, హీటర్ నుండి పొందిన శక్తి లేదా రిఫ్రిజిరేటర్కి ఇచ్చిన శక్తి తగ్గింపు అవసరం ఎంత అవసరం?
- ఇంధన నాణ్యతలో మార్పును సాధించడానికి హీటర్ యొక్క శక్తిని పెంచండి;
- రిఫ్రిజిరేటర్కు ఇచ్చిన శక్తి యొక్క తగ్గింపు, ఇంజన్ల రూపకల్పన లక్షణాలను సాధించటానికి అనుమతిస్తాయి.
ఆదర్శ హీట్ ఇంజిన్
అటువంటి ఇంజిన్ను రూపొందించడం సాధ్యమేనా, దీని సామర్థ్యం గరిష్టంగా ఉంటుంది (ఆదర్శంగా - 100% సమానంగా ఉంటుంది)? ఒక ఫ్రెంచ్ సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్త మరియు ప్రతిభావంతులైన ఇంజనీర్ సది కార్నోట్ ఈ ప్రశ్నకు సమాధానాన్ని కనుగొన్నాడు. 1824 లో, వాయువుల్లో జరుగుతున్న ప్రక్రియల యొక్క అతని సిద్దాంతపరమైన ఖాతాలు బహిరంగపరచబడ్డాయి.
ఆదర్శవంతమైన యంత్రంలో పొందుపరచబడిన ప్రధాన ఆలోచనను ఒక ఆదర్శ వాయువుతో తిప్పికొట్టే ప్రక్రియలుగా భావిస్తారు. ఉష్ణోగ్రత T 1 వద్ద గ్యాస్ విస్తరణతో మనం మనము మొదలవుతున్నాము. దీనికి అవసరమైన వేడి మొత్తం Q తర్వాత వేడి మార్పిడి లేకుండా గ్యాస్ విస్తరిస్తుంది (నిశ్చల ప్రక్రియ). ఉష్ణోగ్రత T 2 ను చేరుకున్న తరువాత, వాయువు isothermally compressed, రిఫ్రిజిరేటర్ కు శక్తి Q 2 బదిలీ చేస్తుంది. దాని అసలు స్థితికి వాయువు తిరిగి రాగానే,
ఖచ్చితమైన గణన కోసం ఒక ఉత్తమ కార్నోట్ థర్మల్ ఇంజిన్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని హీటర్ కలిగి ఉన్న ఉష్ణోగ్రతకు వేడి మరియు శీతలీకరణ పరికరాల మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం నిష్పత్తి సమానంగా ఉంటుంది. ఇది ఇలా కనిపిస్తుంది: η = (T 1 - T 2 ) / T 1.
థర్మల్ మెషీన్ యొక్క సాధ్యం సామర్థ్యం, దీని యొక్క ఫార్ములా రూపం ఉంది: η = 1 - T 2 / T 1 , హీటర్ మరియు చల్లబడ్డ ఉష్ణోగ్రతపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు 100% కంటే ఎక్కువ ఉండకూడదు.
అంతేకాక, ఈ సంబంధం మాకు రిఫ్రిజిరేటర్ సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రతలు చేరినప్పుడు మాత్రమే థర్మల్ యంత్రాల సామర్ధ్యం ఐక్యతకు సమానంగా ఉంటుందని నిరూపించడానికి అనుమతిస్తుంది. మీకు తెలిసిన, ఈ విలువ లభించనిది.
కార్నోట్ యొక్క సిద్ధాంతపరమైన లెక్కలు ఏ డిజైన్ యొక్క ఉష్ణ యంత్రం యొక్క గరిష్ట సామర్ధ్యాన్ని గుర్తించటానికి అనుమతిస్తుంది.
కార్నోట్ నిరూపించిన సిద్ధాంతం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది. ఏదైనా పరిస్థితులలో ఏకపక్ష ఉష్ణ యంత్రం ఆదర్శవంతమైన హీట్ ఇంజిన్ కంటే ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండదు.
సమస్య పరిష్కారం యొక్క ఉదాహరణ
ఉదాహరణ 1. ఒక ఆదర్శ ఉష్ణ యంత్రం యొక్క సామర్ధ్యం ఏమిటి, హీటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 800 С అయితే, రిఫ్రిజిరేటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 500 తక్కువగా ఉంటుంది?
T 1 = 800 о С = 1073 К, ΔT = 500 о С = 500 К, η?
పరిష్కారం:
నిర్వచనం ప్రకారం: η = (T 1 - T 2 ) / T 1.
మేము రిఫ్రిజిరేటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఇవ్వలేదు, కానీ ΔT = (T 1 - T 2 ), అందుకే:
Η = ΔT / T 1 = 500 K / 1073 K = 0.46.
జవాబు: సమర్థత = 46%.
ఉదాహరణ 2. ఒక కిలోజౌల్ హీటర్ శక్తిని కొనుగోలు చేసినట్లయితే, ఆప్టికల్ థర్మల్ మెషిన్ యొక్క సామర్ధ్యాన్ని నిర్ణయించండి 650 జనుల ఉపయోగకరమైన పనిని తయారు చేస్తారు.చల్లని ఉష్ణోగ్రత 400 కిలో ఉన్నట్లయితే హీట్ ఇంజిన్ యొక్క హీటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఏమిటి?
Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 =?
పరిష్కారం:
ఈ సమస్యలో మేము థర్మల్ సంస్థాపన గురించి మాట్లాడుతున్నాము, దాని యొక్క సామర్ధ్యం ఫార్ములా నుండి లెక్కించబడుతుంది:
Η = A / Q 1.
హీటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత నిర్ణయించడానికి, మేము ఆదర్శ థర్మల్ మెషీన్ సామర్థ్యానికి ఫార్ములాను ఉపయోగిస్తాము:
Η = (T 1 - T 2 ) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.
గణిత పరివర్తనలు చేస్తూ, మనకు లభిస్తుంది:
T 1 = T 2 / (1 - η).
T 1 = T 2 / (1-A / Q 1 ).
మేము గణించడం:
Η = 650 J / 1000 J = 0.65.
T 1 = 400 K / (1 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.
సమాధానం: η = 65%, T 1 = 1142.8 K.
రియల్ పరిస్థితులు
ఆదర్శ హీట్ ఇంజిన్ ఖాతాలోకి ఆదర్శ ప్రక్రియలను తీసుకొని రూపొందించబడింది. ఐసోథల్ ప్రక్రియలలో మాత్రమే పని జరుగుతుంది, దాని పరిమాణం కార్నోట్ చక్రం యొక్క గ్రాఫ్ సరిహద్దులో ఉన్న ప్రాంతంగా నిర్వచించబడింది.
వాస్తవానికి, ఉష్ణోగ్రత మార్పులతో పాటుగా వాయువు స్థితిని మార్చడం కోసం పరిస్థితులను సృష్టించడం సాధ్యం కాదు. చుట్టుప్రక్కల వస్తువులతో వేడి మార్పిడిని తొలగించే పదార్థాలు లేవు. అడబియాటిక్ ప్రక్రియ అసాధ్యం. వేడి మార్పిడి విషయంలో, వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత తప్పనిసరిగా మారాలి.
నిజమైన పరిస్థితులలో సృష్టించబడిన ఉష్ణ యంత్రాల సామర్ధ్యం ఆదర్శ ఇంజిన్ల సామర్థ్యం నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. రియల్ ఇంజిన్లలోని ప్రక్రియ చాలా వేగంగా ఉంటుంది, దాని వాల్యూమ్ను మార్చుకునే సమయంలో పనిచేసే పదార్ధం యొక్క అంతర్గత ఉష్ణ శక్తి యొక్క వైవిధ్యం హీటర్ నుండి వేడిని మరియు రిఫ్రిజిరేటర్కు తిరిగి రావడం ద్వారా పరిహారం చేయలేదని గమనించండి.
ఇతర ఉష్ణ యంత్రాలు
ఇతర చక్రాలపై రియల్ ఇంజిన్లు పని చేస్తాయి:
- ఒట్టో చక్రం: మార్పు చెందని వాల్యూమ్ కోసం ప్రక్రియ నిదానంగా మారుతూ ఉంటుంది, ఒక క్లోజ్డ్ సైకిల్ను సృష్టించడం;
- డీజిల్ చక్రం: ఐసోబార్, adiabat, isochor, adiabat;
- గ్యాస్ టర్బైన్: ఒక స్థిరమైన పీడనం వద్ద జరుగుతున్న ఒక ప్రక్రియ, ఒక నిదానమైన ప్రక్రియ ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది, చక్రం మూసుకుంటుంది.
ఆధునిక సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క పరిస్థితులలో వాస్తవ ఇంజిన్లలో సమతుల్య ప్రక్రియలను (ఆదర్శంగా వాటిని సరిగ్గా చేయడానికి) సాధ్యపడదు. ఉష్ణ యంత్రాల సామర్ధ్యం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, ఆదర్శవంతమైన ఉష్ణ సంస్థాపనలో అదే ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది.
కానీ కార్నోట్ చక్రం యొక్క సామర్ధ్యం కోసం డిజైన్ ఫార్ములా పాత్రను తగ్గించవద్దు , ఎందుకంటే రియల్ ఇంజిన్ల సామర్ధ్యాన్ని పెంచే పనిలో ఇది సూచనగా మారుతుంది.
సామర్థ్యం మారుతున్న వేస్
ఆదర్శ మరియు వాస్తవ ఉష్ణ ఇంజిన్ల పోలికను తయారు చేయడం వల్ల, రిఫ్రిజిరేటర్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఎటువంటిది కాదని పేర్కొంది. సాధారణంగా రిఫ్రిజిరేటర్ ఒక వాతావరణం. వాతావరణం యొక్క ఉష్ణోగ్రత సుమారు లెక్కల ప్రకారం మాత్రమే ఆమోదించబడుతుంది. అంతర్గత దహన యంత్రాలు (ICE కు సంక్షిప్తరూపం) వలె ఇంజిన్లలో ఎగ్జాస్ట్ వాయువుల ఉష్ణోగ్రతకు చల్లగా ఉండే ఉష్ణోగ్రత సమానంగా ఉంటుందని అనుభవం చూపిస్తుంది.
ICE మా ప్రపంచంలో అత్యంత సాధారణ ఉష్ణ యంత్రం. ఈ సందర్భంలో హీట్ ఇంజన్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని బర్నింగ్ ఇంధనం సృష్టించిన ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ICE మరియు ఆవిరి ఇంజిన్ల మధ్య ఒక ముఖ్యమైన వ్యత్యాసం హీటర్ యొక్క పనితీరు మరియు వాయు-ఇంధన మిశ్రమానికి సంబంధించిన పరికరం యొక్క పని. బర్నింగ్, మిశ్రమం ఇంజిన్ కదిలే భాగాలపై ఒత్తిడిని సృష్టిస్తుంది.
పని వాయువుల ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, గణనీయంగా ఇంధన ధర్మాలను మారుస్తుంది. దురదృష్టవశాత్తు, దీన్ని పరిమితం చేయకుండా చేయడం అసాధ్యం. ఇంజిన్ యొక్క దహన చాంబర్ తయారు చేసిన ఏదైనా పదార్థం ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది. అలాంటి వస్తువుల వేడి నిరోధకత ఇంజిన్ యొక్క ముఖ్య లక్షణం, మరియు సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా ప్రభావితం చేసే అవకాశం.
ఇంజన్ సామర్ధ్యం యొక్క విలువలు
800 కిలోమీటర్ల పని చేసే ఆవిరి ఇన్లెట్ ఉష్ణోగ్రత మరియు 300 కిలోల ఎస్ట్హస్ట్ వాయువుతో ఒక ఆవిరి టర్బైన్ను మేము పరిగణించినట్లయితే, ఈ యంత్రం యొక్క సామర్ధ్యం 62%. వాస్తవానికి, ఈ విలువ 40% మించదు. టర్బైన్ షెల్ వేడి చేయబడినప్పుడు ఉష్ణ నష్టం వల్ల అలాంటి తగ్గింపు జరుగుతుంది.
అంతర్గత దహన ఇంజిన్ల సామర్థ్యం యొక్క అత్యధిక విలువ 44% కంటే ఎక్కువగా ఉండదు. ఈ విలువ పెరుగుతున్నది సమీప భవిష్యత్ యొక్క విషయం. పదార్థాల లక్షణాలను మార్చడం, ఇంధనాలు మానవజాతి యొక్క ఉత్తమ మనస్సులలో పని చేసే సమస్య.
Similar articles
Trending Now