Олон төрлийн машинуудын ажиллагаа нь дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг гэх мэт чухал үзүүлэлтээр тодорхойлогддог. Жил бүр инженерүүд илүү дэвшилтэт тоног төхөөрөмж бий болгохыг эрмэлздэг бөгөөд энэ нь түлшний зардал багатай, ашиглалтаас хамгийн их үр дүнд хүрэх болно.
Дулааны хөдөлгүүрийн төхөөрөмж
Үр ашиг гэж юу болохыг ойлгохын өмнө энэ механизм хэрхэн ажилладагийг ойлгох хэрэгтэй. Түүний үйл ажиллагааны зарчмыг мэдэхгүй бол энэ үзүүлэлтийн мөн чанарыг олж мэдэх боломжгүй юм. Дулааны машин нь дотоод энерги ашиглан ажилладаг төхөөрөмж юм. Дулааны энергийг механик энерги болгон хувиргадаг аливаа дулааны хөдөлгүүр нь температур нэмэгдэх тусам бодисын дулааны тэлэлтийг ашигладаг. Хатуу төлөвт хөдөлгүүрт бодисын эзэлхүүнийг өөрчлөхөөс гадна биеийн хэлбэрийг өөрчлөх боломжтой. Ийм хөдөлгүүрийн ажиллагаа нь термодинамикийн хуулинд захирагддаг.
Үйл ажиллагааны зарчим
Дулааны машин хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд үндсэн ойлголтуудыг авч үзэх шаардлагатайтүүний загварууд. Төхөөрөмжийг ажиллуулахын тулд халуун (халаагч) ба хүйтэн (хөргөгч, хөргөгч) гэсэн хоёр бие хэрэгтэй. Дулааны хөдөлгүүрийн ажиллах зарчим (дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг) нь тэдгээрийн төрлөөс хамаарна. Ихэнхдээ уурын конденсатор нь хөргөгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд зууханд шатаж буй аливаа төрлийн түлш нь халаагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг дараах томъёогоор олно:
Үр ашигтай байдал=(Theating - Хөргөх)/ Theating. x 100%.
Үүний зэрэгцээ жинхэнэ хөдөлгүүрийн үр ашиг нь энэ томьёоны дагуу олж авсан утгаас хэзээ ч хэтэрч чадахгүй. Мөн энэ үзүүлэлт нь дээрх утгыг хэзээ ч хэтрүүлэхгүй. Үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд ихэвчлэн халаагчийн температурыг нэмэгдүүлж, хөргөгчийн температурыг бууруулдаг. Эдгээр хоёр процесс нь төхөөрөмжийн бодит ажиллагааны нөхцлөөр хязгаарлагдах болно.
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг (томъёо)
Дулааны машин ажиллах явцад хий нь эрчим хүчээ алдаж, тодорхой хэм хүртэл хөрдөг тул ажил хийгддэг. Сүүлийнх нь ихэвчлэн хүрээлэн буй орчны уур амьсгалаас хэдхэн градусаар дээш байдаг. Энэ бол хөргөгчийн температур юм. Ийм тусгай төхөөрөмж нь яндангийн уурын дараагийн конденсацаар хөргөх зориулалттай. Конденсатор байгаа тохиолдолд хөргөгчийн температур заримдаа орчны температураас бага байдаг.
Дулааны хөдөлгүүрт бие халааж тэлэх үед бүх дотоод энергийг ажил хийхэд зориулж чадахгүй. Дулааны зарим хэсгийг яндангийн хий эсвэл уурын хамт хөргөгчинд шилжүүлнэ. Энэ хэсэгдулааны дотоод энерги алдагдах нь гарцаагүй. Түлшний шаталтын үед ажлын хэсэг нь халаагчаас тодорхой хэмжээний дулаан Q1 авдаг. Үүний зэрэгцээ энэ нь А-г ажилласаар байгаа бөгөөд энэ хугацаанд дулааны энергийн нэг хэсгийг хөргөгчинд шилжүүлдэг: Q2<Q1.
ҮР АШИГТ Хөдөлгүүрийн эрчим хүчийг хувиргах, дамжуулах чиглэлээр үр ашгийг тодорхойлдог. Энэ үзүүлэлтийг ихэвчлэн хувиар хэмждэг. Үр ашгийн томъёо:
ηA/Qx100%, энд Q нь зарцуулсан энерги, A нь ашигтай ажил.
Энерги хэмнэлтийн хуульд үндэслэн үр ашиг нь үргэлж нэгээс бага байх болно гэж дүгнэж болно. Өөрөөр хэлбэл, түүнд зарцуулсан эрч хүчнээс илүү хэрэгтэй ажил хэзээ ч байхгүй.
Хөдөлгүүрийн үр ашиг гэдэг нь ашигтай ажлын болон халаагуураас гаргаж буй энергийн харьцаа юм. Үүнийг дараах томъёогоор илэрхийлж болно:
η=(Q1-Q2)/ Q1, энд Q 1 - халаагуураас авсан дулаан, Q2 - хөргөгчинд өгсөн.
Дулааны хөдөлгүүрийн ажиллагаа
Дулааны машины гүйцэтгэсэн ажлыг дараах томъёогоор тооцоолно:
A=|QH| - |QX|, энд А нь ажил, QH нь халаагуураас авсан дулааны хэмжээ, QX - хөргөгчинд өгөх дулааны хэмжээ.
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг (томьёо):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Хөдөлгүүрийн гүйцэтгэсэн ажлын харьцаатай тэнцүү байнадулаан. Энэ дамжуулалтын явцад дулааны энергийн нэг хэсэг алдагдана.
Карнотын хөдөлгүүр
Дулааны хөдөлгүүрийн хамгийн их үр ашгийг Карногийн төхөөрөмжид тэмдэглэсэн болно. Энэ нь энэ системд зөвхөн халаагч (Тн) ба хөргөгчийн (Тх) үнэмлэхүй температураас хамаардагтай холбоотой юм. Карногийн мөчлөгийн дагуу ажилладаг дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг дараах томъёогоор тодорхойлно:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Термодинамикийн хуулиуд нь хамгийн их үр ашгийг тооцоолох боломжийг бидэнд олгосон. Энэ үзүүлэлтийг анх удаа Францын эрдэмтэн, инженер Сади Карно тооцоолжээ. Тэрээр хамгийн тохиромжтой хий дээр ажилладаг дулааны машин зохион бүтээжээ. Энэ нь 2 изотерм ба 2 адиабатын цикл дээр ажилладаг. Түүний үйл ажиллагааны зарчим нь маш энгийн: халаагчийн контактыг хийтэй саванд авчирдаг бөгөөд үүний үр дүнд ажлын шингэн нь изотермоор өргөсдөг. Үүний зэрэгцээ энэ нь үйл ажиллагаа явуулж, тодорхой хэмжээний дулааныг хүлээн авдаг. Савыг дулаан тусгаарласны дараа. Гэсэн хэдий ч хий нь тэлсээр байгаа боловч аль хэдийн адиабат байдлаар (байгаль орчинтой дулаан солилцоогүй). Энэ үед түүний температур хөргөгчинд буурдаг. Энэ мөчид хий нь хөргөгчтэй харьцдаг бөгөөд үүний үр дүнд изометрийн шахалтын үед тодорхой хэмжээний дулааныг өгдөг. Дараа нь савыг дахин дулаанаар тусгаарлана. Энэ тохиолдолд хий нь анхны эзэлхүүн болон төлөв байдалд нь адиабатаар шахагдана.
Сортууд
Бидний цаг үед өөр өөр зарчим, өөр өөр түлшээр ажилладаг олон төрлийн дулааны хөдөлгүүрүүд байдаг. Тэд бүгд өөрийн гэсэн үр ашигтай байдаг. Үүнд:дараах:
• Дотоод шаталтат хөдөлгүүр (поршений) нь шатаж буй түлшний химийн энергийн нэг хэсгийг механик энерги болгон хувиргах механизм юм. Ийм төхөөрөмж нь хий, шингэн байж болно. 2 ба 4 шатлалт хөдөлгүүрүүд байдаг. Тэд тасралтгүй ажлын мөчлөгтэй байж болно. Түлшний хольц бэлтгэх аргын дагуу ийм хөдөлгүүрүүд нь карбюратор (гадаад хольц үүсэх), дизель (дотоод) юм. Эрчим хүчний хувиргагчийн төрлүүдийн дагуу тэдгээрийг поршений, тийрэлтэт, турбин, хосолсон гэж хуваадаг. Ийм машинуудын үр ашиг 0.5-аас хэтрэхгүй.
• Стирлинг хөдөлгүүр - ажлын шингэн нь битүү орон зайд байрладаг төхөөрөмж. Энэ нь нэг төрлийн гадаад шаталтат хөдөлгүүр юм. Түүний үйл ажиллагааны зарчим нь эзэлхүүний өөрчлөлтөөс болж эрчим хүч үйлдвэрлэх замаар биеийг үе үе хөргөх / халаахад суурилдаг. Энэ нь хамгийн үр ашигтай хөдөлгүүрүүдийн нэг юм.
• Шатахууны гадна шаталттай турбин (эргэдэг) хөдөлгүүр. Ийм суурилуулалт ихэвчлэн дулааны цахилгаан станцуудад байдаг.
• Турбин (эргэдэг) ICE нь оргил горимд байгаа дулааны цахилгаан станцуудад ашиглагддаг. Бусад шиг нийтлэг биш.
• Турбовинт хөдөлгүүр нь сэнсний улмаас зарим хүчийг үүсгэдэг. Үлдсэн хэсэг нь яндангийн хийнээс гардаг. Түүний хийц нь эргэдэг хөдөлгүүр (хийн турбин) бөгөөд гол дээр нь сэнс суурилуулсан.
Бусад төрлийн дулааны хөдөлгүүр
• Эргэлтийн үед түлхэгддэг пуужин, турбожет болон тийрэлтэт хөдөлгүүрүүдяндангийн хий.
• Хатуу төлөвт хөдөлгүүр нь хатуу бодисыг түлш болгон ашигладаг. Ажиллаж байх үед түүний хэмжээ өөрчлөгддөггүй, харин хэлбэр нь өөрчлөгддөг. Тоног төхөөрөмжийн ажиллагаа нь маш бага температурын зөрүүг ашигладаг.
Үр ашгийг хэрхэн сайжруулах вэ
Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжтой юу? Хариултыг термодинамикаас хайх ёстой. Энэ нь янз бүрийн төрлийн энергийн харилцан өөрчлөлтийг судалдаг. Боломжтой бүх дулааны энергийг цахилгаан, механик гэх мэт болгон хувиргах боломжгүй гэдгийг тогтоосон. Үүний зэрэгцээ тэдгээрийн дулааны энерги болгон хувиргах нь ямар ч хязгаарлалтгүйгээр явагддаг. Энэ нь дулааны энергийн шинж чанар нь бөөмсийн эмх замбараагүй (эмх замбараагүй) хөдөлгөөнд суурилдагтай холбоотой юм.
Бие хэт халах тусам түүнийг бүрдүүлдэг молекулууд хурдан хөдөлнө. Бөөмийн хөдөлгөөн улам тогтворгүй болно. Үүний зэрэгцээ эмх цэгц нь амархан эмх замбараагүй байдал болон хувирч, захиалахад маш хэцүү гэдгийг хүн бүр мэддэг.
