Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что в двигателе внутреннего сгорания называют рабочим телом

Что в двигателе внутреннего сгорания называют рабочим телом

§ 28. Условия, необходимые для работы теплового двигателя

Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую, называются тепловыми двигателями. К ним относятся: двигатели внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивные двигатели. Выясним, какие необходимы условия для того, чтобы в тепловом двигателе внутренняя энергия топлива превращалась в механическую энергию рабочего вала двигателя.

Вещество, которое совершает работу в тепловом двигателе, называется рабочим телом. В паровых двигателях таковым является пар, а в двигателе внутреннего сгорания, реактивном двигателе и в газовой турбине — газ. Как показывает теория тепловых двигателей, чтобы рабочее тело непрерывно совершало в них работу, необходимо наличие в двигателе нагревателя и холодильника. Устройство, в котором рабочее тело нагревается за счет энергии топлива, называется нагревателем (паровой котел, цилиндр). Устройство, в котором рабочее тело после совершения работы охлаждается, называется холодильником (атмосфера, конденсатор, в котором отработавший пар охлаждается проточной водой и превращается в воду).


Рис. 30 Принцип действия теплового двигателя

Проделаем следующий опыт (рис. 30). Возьмем U-образную трубку с водой. Одно колено трубки соединено с теплоприемником (в котором находится рабочее тело — газ), в другом колене имеется поплавок А. Попеременно теплоприемник будем нагревать спиртовкой и опускать в холодную воду. Спиртовка выполняет роль нагревателя рабочего тела, холодная вода — роль холодильника. Работа такой модели теплового двигателя заключается в повторяющемся процессе — поднятии и опускании воды вместе с поплавком. Это происходит так: рабочее тело (газ), нагреваясь в нагревателе и расширяясь, совершает работу по поднятию воды с поплавком; для того чтобы рабочее тело снова могло совершить работу, его охлаждают в холодильнике, а затем опять нагревают. Пока этот процесс будет повторяться — модель такого двигателя будет действовать.

Тепловой двигатель работает непрерывно. Так происходит, потому, что в нем процессы, происходящие с рабочим телом, периодически повторяются: оно нагревается, расширяясь, совершает работу, охлаждается, снова нагревается и т. д. (Проследите это в работе двигателя внутреннего сгорания. Значит, для работы теплового двигателя необходимо иметь: нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Для периодически повторяющихся процессов был открыт закон, по которому невозможно осуществить такой периодически повторяющийся процесс, единственным и конечным результатом которого было бы полное превращение количества теплоты, полученного от нагревателя, в работу. Применительно к тепловому двигателю это означает: количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя, не может быть полностью использовано для совершения работы, так как невозможен процесс полного перехода внутренней энергии беспорядочного движения большого числа молекул в механическую энергию движения тела (поршня двигателя, рабочего колеса турбины).


Рис. 31. Схема использования пара теплоэлектроцентрали

Чтобы в реальных тепловых двигателях рабочее тело снова и снова совершало работу, отработавшую порцию рабочего тела удаляют из двигателя в холодильник, т. е. в атмосферу, или в конденсатор для подогрева воды, или для отопления (рис. 31). При этом, чтобы на удаление была совершена как можно меньшая работа, в холодильнике температура и давление всегда меньше, чем в рабочей камере двигателя. Благодаря разнице работы пара и работы по его удалению двигатель и совершает полезную работу. С энергетической точки зрения процесс, происходящий в тепловых двигателях, сводится к следующему (рис. 32): рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты Qн, часть которого отдает холодильнику Qx, а за счет оставшейся части совершает работу А = Qн — Qx.


Рис. 32. Условия, необходимые для работы теплового двигателя

Многообразно применение тепловых двигателей. Карбюраторные двигатели, например, применяются в автомобилях, мотоциклах; дизели — в тракторах, автомобилях большой грузоподъемности, тепловозах, теплоходах, морских судах; паровые турбины — на электростанциях; газовые турбины — на электростанциях, газотурбовозах, в доменных печах для приведения в действие воздуходувок, являются частью одного из типов реактивного двигателя; реактивные двигатели — в авиации, в ракетах.

Рабочее тело

Рабо́чее те́ло — в теплотехнике и термодинамике условное несменяемое материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты и сжимающееся при охлаждении и выполняющее работу по перемещению рабочего органа тепловой машины. В теоретических разработках рабочее тело обычно обладает свойствами идеального газа.

На практике рабочим телом тепловых двигателей являются продукты сгорания углеводородного топлива (бензина, дизельного топлива и др.), или водяной пар, имеющие высокие термодинамические параметры (начальные: температура, давление, скорость и т. д. )
В холодильных машинах в качестве рабочего тела используются фреоны, аммиак, гелий, водород, азот. (См. Хладагенты)

Электрический ракетный двигатель в качестве рабочего тела использует ионизированное расходуемое вещество.

В лазерной технике рабочим телом называется оптический элемент лазера, в котором происходит формирование когерентного электромагнитного излучения.

См. также

  • Двигатель внутреннего сгорания
  • Двигатель внешнего сгорания
Читать еще:  Хундай старекс какое масло заливать в двигатель

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Керченский горсовет
  • Эмке, Фредерик

Полезное

Смотреть что такое «Рабочее тело» в других словарях:

РАБОЧЕЕ ТЕЛО — газообразное или жидкое вещество, с помощью которого какая либо энергия преобразуется в механическую работу, холод, теплоту. Наиболее распространенные рабочие тела: водяной пар в паровых турбинах, продукты сгорания органического топлива в… … Большой Энциклопедический словарь

Рабочее тело — вещество, изменение параметров и физико химического состояния которого, происходящее в элементах двигателя (компрессор, камера сгорания, турбина, входное и выходное устройства и др.) и в процессах, составляющих термодинамический цикл двигателя,… … Энциклопедия техники

рабочее тело — Газообразное или жидкое вещество, с помощью которого осуществляется преобразование какой либо энергии при получении холода, тепла или механической работы [ГОСТ 26883 86] Тематики внешние воздействующие факторы Обобщающие термины ВВФ специальных… … Справочник технического переводчика

РАБОЧЕЕ ТЕЛО — газообразное или жидкое вещество, с помощью которого в машинах осуществляются преобразования энергии, получение работы, теплоты или холода. В качестве Р. т. используют: водяной пар в паровых турбинах, воздух в воздушно реактивных двигателях,… … Большая политехническая энциклопедия

Рабочее тело — 38. Рабочее тело Газообразное или жидкое вещество, с помощью которого осуществляется преобразование какой либо энергии при получении холода, тепла или механической работы Источник: ГОСТ 26883 86: Внешние воздействующие факторы. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

рабочее тело — газообразное или жидкое вещество, с помощью которого какая либо энергия преобразуется в механическую работу, холод, теплоту. Наиболее распространённые рабочие тела: водный пар в паровых турбинах, продукты сгорания органического топлива в… … Энциклопедический словарь

рабочее тело — рабочая среда; рабочее тело Проводящая среда, движущаяся через МГД устройство, в котором она взаимодействует с магнитным полем То из участвующих в термодинамическом процессе тел, посредством которого осуществляется преобразование теплоты в работу … Политехнический терминологический толковый словарь

рабочее тело — darbinė medžiaga statusas T sritis chemija apibrėžtis Skystis arba dujos, naudojami mašinoje vienai energijos rūšiai pakeisti kita. atitikmenys: angl. working medium rus. рабочее тело … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

рабочее тело — darbinė medžiaga statusas T sritis Energetika apibrėžtis Medžiaga, naudojama šiluminei energijai versti mechanine, taikant kūnų šiluminio plėtimosi savybę. atitikmenys: angl. working fluid; working substance vok. Arbeitmittel, n rus. рабочее тело … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Рабочее тело — газообразное или жидкое вещество, с помощью которого осуществляется преобразование какой либо энергии при получении механической работы (в двигателях (См. Двигатель)), холода (в холодильных машинах (См. Холодильная машина)), теплоты (в… … Большая советская энциклопедия

Урок №11 (05.04.2006)
Тепловые машины.

1. Что такое тепловая машина.

Тепловая машина – машина, преобразующая внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента:

1 ° – рабочее тело, т.е. тело, которое в тепловом двигателе совершает работу (пар или газ);

2 ° – нагреватель, т.е. устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы, и

3 ° – холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела; холодильником может являться окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара.

2. КПД тепловой машины.

Работа любого теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов, каждый из которых включает в себя получение рабочим телом энергии от нагревателя, расширение рабочего тела и совершение им работы, передачу неиспользованной части энергии холодильнику и возвращение рабочего тела в исходное состояние. При этом работа, совершаемая рабочим телом за один цикл, складывается из работ, совершенных им при расширении и сжатии: . Учитывая, что при сжатии газ совершает отрицательную работу, последнее равенство можно переписать так:

.

Для того чтобы эта работа была положительной, и нужен холодильник. При наличии холодильника газ перед сжатием или в процессе сжатия охлаждается, и потому процесс совершения им работы при сжатии протекает в среднем при меньшем давлении, чем при расширении. Из-за этого и, следовательно, .

В процессе действия теплового двигателя его рабочее тело периодически получает от нагревателя количество теплоты , совершает работу A и передает холодильнику количество теплоты . Отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия тепловой машины:

.

Выразим КПД теплового двигателя через и . На основании первого начала термодинамики можно записать: . Но в конце каждого цикла рабочее тело возвращается в исходное состояние с прежней температурой и, следовательно, прежним значением внутренней энергии, так что . Количество же теплоты , полученное рабочим телом за весь цикл, равно разности между тем теплом, которое было им получено вначале от нагревателя, и модулем того количества теплоты, которое было отдано им холодильнику: .Таким образом, , и КПД оказывается равным

Читать еще:  Холостой ход не держит при холодном двигатели

.

Т.к. , то у любого теплового двигателя .

3. Двигатель внутреннего сгорания.

В качестве примера тепловой машины рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Цикл работы двигателя выглядит следующим образом (рис. 1):

Рис. 1 Принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

1°. Поршень всасывает в цилиндр горючую бензино-воздушную смесь.

2°. Поршень сжимает бензино-воздушную смесь.

3°. Смесь загорается.

4°. Смесь расширяется.

5°. Открывается наружный клапан.

6°. Поршень выталкивает отработанную смесь.

На участках 2 и 4 процесс происходит быстро, поэтому его можно считать адиабатическим. Подвод тепла происходит на участке 3 (выделение внутренней энергии топлива).

Найдем КПД двигателя внутреннего сгорания. По определению

.

Работу в данном цикле можно найти как разность работ на участках 4 и 2 (участки 1 и 6 не рассматриваем, а на участках 3 и 5 газ работу не совершает). Участки 4 и 2 – адиабаты. Вспоминая выражение для работы газа в адиабатическом процессе, можно записать:

.

Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

,

.

Подставляя это в выражение для работы, получим

.

Подведенное тепло по определению равно:

,

т.к. процесс, в котором подводится тепло – изохорический. Окончательно получаем:

. n

4. Машина Карно.

Рис. 2 Цикл Карно.

Машина Карно – это гипотетическая машина, цикл работы которой состоит из двух изотерм и двух адиабат (рис. 2).

КПД цикла Карно можно посчитать следующим образом. Заметим, что тепло подводится на изотерме ab и отводится на изотерме cd . Из первого начала термодинамики , следовательно на изотерме Используя определение КПД в виде , и вспоминая выражение для работы газа в изотермическом процессе, получим

,

,

.

Используем, что для изотерм , а для адиабат :

Перемножив эти четыре уравнения и сократив общие сомножители, получим

,

.

Следовательно КПД цикла Карно равен , или

.

Условия появления слеминга: волнение с встречных курсовых углов

Тепловые двигатели различают по роду рабочего тела, при рас­ширении которого теплота превращается в работу. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах рабочим телом служит смесь газов, получаемая при сгорании топлива. В паровых маши­нах и турбинах рабочим телом служит водяной пар.

Судовые дизели. Двигатель, в котором топливо сгорает непо­средственно внутри рабочего цилиндра, называется двигателем внутреннего сгорания. Если при этом воспламенение топлива осу­ществляется за счет температуры сжатия воздушного заряда, дви­гатель называется дизелем. Смесь газов, образующихся при сго­рании топлива, имеет высокое давление и температуру. Расширя­ясь внутри цилиндра, газы перемещают поршень и движение его передается через кривошипно-шатунный механизм коленчатому валу. Для получения большей мощности и равномерного вращения вала двигатели делаются многоцилиндровыми. Мощ­ность судовых дизелей бывает самой различной: от нескольких десятков лошадиных сил — на небольших катерах до 30—40 тыс. л. с.— на крупнотоннажных судах.

Основные достоинства дизеля перед другими двигателями — наименьший расход топлива (150—180 г/л с.-ч) и сравнительно небольшое вспомогательное оборудование. За счет меньших запа­сов топлива и меньших размеров машинного отделения увеличива­ется полезная грузоподъемность судна. Однако при мощности свы­ше 10—20 тыс. л. с. установка становится громоздкой и не всегда выгоднее турбинной.

Судовые паровые турбины работают на ином принципе. Свежий пар подводится в направляющий аппарат (сопло), где расширяется и приобретает большую скорость. Из сопла струя па­ра направляется на рабочие лопатки турбинного диска, который жестко закреплен на валу. Передавая лопаткам свою энергию, пар заставляет диск, а вместе с ним и вал вращаться со скоростью нескольких тысяч оборотов в минуту. Направляющий аппарат и диск с лопатками называются ступенью турбины. Рассмотренная простейшая турбина является одноступенчатой.

Главные турбины делаются многоступенчатыми. Ступени обыч­но размещают в двух корпусах — турбине высокого дав­ления (ТВД) и турбине низкого давления (ТНД). Отработав последовательно во всех ступенях, пар выпускается из ТНД в кон­денсатор. Полученная пресная вода снова направляется в глав­ные котлы для образования пара. Мощность обеих турбин пере­дается на гребной винт через зубчатый редуктор, с которым тур­бины образуют единый главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). Для осуществления реверса в корпусе ТНД установлена турбина заднего хода (ТЗХ).

Паротурбинные установки уступают дизельным в экономично­сти (расход топлива 180—250 г/л. с.-ч.), но могут быть построены на большую мощность при сравнительно небольших габаритах. Благодаря равномерному вращению вала турбины отличаются ис­ключительно малым износом деталей.

Паровые турбины применяют в основном на крупных судах, где требуется мощность более 10—20 тыс. л. с, а также на судах с атомными реакторами. Мощность существующих ГТЗА достигает 70—80 тыс. л. с, причем на судне иногда устанавливают до четы­рех таких агрегатов.

Судовые газовые турбины. Воздух из атмо­сферы засасывается компрессором, сжимается и затем подается в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Об­разующиеся при сгорании топлива газы поступают в турбину и приводят ее в движение. Турбина вращает компрессор и гребной винт.

Информация по теме:

Ремонт системы смазки
Повышенный расход масла в первую очередь зависит от двух вещей: состояния направляющих клапанов и поршневых колец. Если направляющие клапанов изношены, если есть слишком большой зазор между ними и штоками клапанов, или если маслоотражательные колпачки потеряли эластичность, имеют трещины, отсутству .

Читать еще:  Высокие обороты при запуске двигателя ваз 2115 инжектор

Неисправности двухосной тележки грузового вагона и их выявление неисправности тележек и их выявление
Естественные износы деталей тележек, как правило, вызываются трением одной детали о другую, например, пятника о подпятник, скользунов рамы вагона о горизонтальные скользуны тележки. При нормальной эксплуатации и своевременной смазке трущихся частей этот вид износа происходит сравнительно медленно и .

Организация труда и отдыха локомотивных бригад
Эффективность работы машиниста сегодня напрямую зависит от научно обоснованного режима труда и отдыха. Это связанно с тем, что, с одной стороны, он должен способствовать сохранению элиты машинистов. С другой стороны – режим труда и отдыха должен быть таким, чтобы до конца поездки у машинистов сохра .

Что в двигателе внутреннего сгорания называют рабочим телом

§ 31. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ.

Устройства, преобразующие часть внутренней энергии тел в механическую энергию, называют тепловыми двигателями.

Считается, что первым тепловым двигателем была игрушка, изобретённая около 2000 лет тому назад древнегреческим учёным Героном Александрийским, состоявшая из полой сферы с двумя загнутыми трубками, из которых вырывался разогретый пар, в результате чего сфера вращалась (рис. 31а). Пар подавался через специальные трубки в сферу из находящегося под ней сосуда, где кипела вода. Работу по вращению сферы производил пар, расширяясь и остывая.

Атмосфера — самый крупный тепловой двигатель на Земле. Солнце неодинаково нагревает различные участки поверхности Земли, и поэтому температура воздуха у земли тоже разная, в результате чего в атмосфере образуются зоны высокого и низкого давления, между которыми дуют ветра. Таким образом, ветер возникает из-за того, что часть количества теплоты, которую остывающая земля отдаёт воздуху, преобразуется в механическую энергию его движения.

Самыми распространёнными тепловыми двигателями являются бензиновые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), работа которых представляет собой повторяющийся процесс (цикл), состоящий из четырёх более коротких процессов, или тактов (рис. 31б). Во время одного из тактов (№3) горючая смесь паров бензина и воздуха, сжатая в цилиндре, воспламеняется электрической искрой, в результате чего температура и давление газовой смеси над поршнем возрастают, поршень начинает двигаться вниз, а газ, расширяясь, совершает работу, раскручивая массивное колесо маховика коленчатого вала. Во время следующего такта (№4) вращающийся по инерции маховик через кривошипно-шатунный механизм двигает поршень вверх, выталкивая продукты сгорания через выхлопной клапан. Энергии маховика хватает и на два следующих такта (№1 и №2), когда поршень сначала, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр очередную порцию горючей смеси, а потом сжимает её, после чего она воспламеняется, и цикл повторяется вновь.

Бензиновый ДВС, изобретённый Н. Отто, оказался недостаточно мощным, и в 1892 году Р. Дизель разработал двигатель, работающий на смеси нефтяных масел и воздуха, обладающий большей мощностью, который впоследствии был назван его именем. Работа дизельного ДВС отличается от бензинового только тем, что воспламенение смеси дизельного топлива и воздуха происходит без электрической искры, а в результате повышения температуры горючей смеси при сжатии. Количество теплоты, выделяющееся при горении дизельного топлива, больше, чем при горении такого же объёма бензина, а цена меньше. Поэтому наиболее мощные ДВС работают на дизельном горючем. Однако продукты горения дизельного топлива содержат гораздо больше экологически вредных веществ.

Работа тепловых двигателей содержит следующие общие для всех них черты:

(1) чтобы двигатель совершил цикл своей работы, ему надо передать некоторое количество теплоты, Q 1 ,

(2) внутри двигателя расширяется газ, совершающий работу A 1 ; этот газ называют рабочим телом,

(3) чтобы рабочее тело стало расширяться, его необходимо нагреть до температуры, которую называют температурой нагревателя, Т 1 ,

(4) рабочее тело, расширяясь, охлаждается до температуры, которую называют температурой холодильника, Т 2 (Т2 охлаждаясь до температуры холодильника, рабочее тело отдаёт ему количество теплоты Q 2 ( Q 2 Q 1 ).

Завершая каждый цикл работы, рабочее тело двигателя возвращается в исходное состояние, получив от нагревателя количество теплоты Q 1 , отдав холодильнику — Q 2 и совершив работу A 1 . Так как внутренняя энергия рабочего тела в исходных состояниях одна и та же, то согласно первому закону термодинамики (30.2)

Таким образом, тепловой двигатель преобразует в работу только часть теплоты, полученной от нагревателя. Отношение работы, совершённой двигателем к количеству теплоты, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия (КПД), h . Французский физик С. Карно доказал, что

где в правой части стоит КПД идеального теплового двигателя.

Вопросы для повторения:

· Какие двигатели называют тепловыми?

· Опишите работу ДВС.

· Что такое КПД, и какова его максимальная величина?

Рис. 31. (а) – паровая машина Герона Александрийского; (б) – схематическое изображение четырёх тактов работы бензинового ДВС.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector