थर्मल मशीन: सायकल, ऑपरेशन, कार्यक्षमता. थर्मल मशीनच्या पर्यावरणीय समस्या. आदर्श थर्मल मशीन म्हणजे काय?

यांत्रिक ऊर्जाच्या वापरासाठी उत्पादनाची आवश्यकता थर्मल मशीनच्या स्वरूपात होते.

थर्मल मशीनचे यंत्र

थर्मल मशीन (उष्णताचे इंजिन) अंतर्गत उर्जा मेमकेनिकल एनर्जीमध्ये परिवर्तित करण्यासाठी एक साधन आहे.

कोणतीही थर्मल मशीनमध्ये हीटर, कार्यरत शरीर (गॅस किंवा स्टीम) आहे, ज्यामुळे हीटिंग कार्यामुळे (टर्बाइन शाफ्ट चालविते, पिस्टन इत्यादी चालविते) आणि रेफ्रिजरेटर खालील आकृती उष्णता इंजिनची योजना दर्शविते.

थर्मल इंजिनच्या कार्यपद्धतींचे मूलभूत तत्त्वे

प्रत्येक थर्मल मशीन इंजिन द्वारे ऑपरेट आहे. नोकरी करण्यासाठी, त्याला इंजिन पिस्टन किंवा टर्बाइन ब्लेड्सच्या दोन्ही बाजूंमध्ये दबाव फरक असणे आवश्यक आहे. हा फरक सर्व थर्मल इंजिनांमध्ये खालील प्रमाणे आहे: वातावरणीय तापमानासह काम करणा-या द्रवांमध्ये तापमान शेकडो किंवा हजारो अंशांनी वाढते. गॅस टर्बाइन आणि अंतर्गत दहन इंजिन्स (आयसीई) मध्ये, तापमान हा इंधनामुळे येतो कारण इंजिनमध्ये इंधन जळते. रेफ्रिजरेटर वापरलेले स्टीम कंडन्सेंग आणि कूलिंगसाठी वातावरण किंवा विशिष्ट हेतू साधन असू शकते.

कार्नेट सायकल

चक्र (परिपत्रक प्रक्रिया) - गॅसच्या स्थितीत झालेल्या बदलांचा एक संच, ज्यामुळे ते त्याच्या मूळ स्थितीकडे परत येते (ते काम करू शकते). 1824 मध्ये, फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ साडी कार्नेट यांनी हे दाखवले की उष्णतेच्या इंजिनच्या (कार्नॉट सायकल) दोन प्रक्रियांचा समावेश आहे- इसोसोर्माल आणि एडिबॅटिक, फायदेशीर आहे. खालील आकृती कार्नेटच्या चक्राचा एक आलेख दर्शविते: 1-2 आणि 3-4 - isotherms, 2-3 आणि 4-1 - adiabats

ऊर्जा संवर्धनाच्या कायद्यानुसार, इंजिनद्वारे चालविले जाणारे थर्मल मशीनचे काम हा आहे:

अ = प्रश्न ₁ - प्रश्न ₂ ,

क्विंटल ₁ हे हीटरकडून प्राप्त होणारी उष्णता असते आणि रेझीजरला वितरीत केलेल्या उष्णतेची माहिती प्र. ₂ आहे.
उष्णता इंजिनची कार्यक्षमता ही ए च्या गुणोत्तर आहे, इंजिनद्वारे केली जाते, हीटरकडून प्राप्त होणारी उष्णता प्रमाणित करणे:

Η = एक / प्रश्न = (प्रश्न ₁ - प्रश्न ₂ ) / प्रश्न ₁ = 1 - प्रश्न ₂ / प्रश्न ₁

कार्बनने "आग लागलेल्या चाललेल्या शक्तीवर आणि या शक्तीचा विकास करणा-या विचारांवर विचार" कार्बनने एक थर्मल मशीनचे वर्णन केले ज्याला "आदर्श वायू असलेले एक आदर्श थर्मल मशीन कार्यरत द्रव आहे." उष्मप्रकल्पांचे नियमांमुळे धन्यवाद, उष्णता इंजिनच्या कार्यक्षमतेची गणना करणे शक्य आहे (ही शक्यतो सर्वाधिक तापमान) ज्यामध्ये तापमान T ₁ आणि एक तापमान T2 असलेले रेफ्रिजरेटर आहे. थर्मल मशीन कार्नेटची कार्यक्षमता आहे:

Η _कमाल = (टी ₁ - टी ₂ ) / टी ₁ = 1 - टी ₂ / टी _1.

साडी कार्नेटने सिद्ध केले आहे की कोणतीही थर्मल मशीन खरी आहे, जी तापमान ₁ हीटरसह एक हीटरसह काम करते आणि तपमान असलेल्या एक रेफ्रिजरेटर टी _{2 ही} कार्यक्षमता असण्यास सक्षम नाही जे थर्मल मशीन (आदर्श) ची कार्यक्षमता ओलांडतील.

अंतर्गत दहन इंजिन (ICE)

चार स्ट्रोक ICE एक किंवा अनेक सिलेंडर, एक पिस्टन, एक ओढणे यंत्रणा, एक सेवन आणि एक्झॉस्ट व्हॅल्व्ह, आणि एक मेणबत्ती बनलेला.

कर्तव्य सायकलमध्ये चार चक्र आहेत:

1) सक्शन - ज्वलनशील मिश्रण सिलेंडरमध्ये वाल्वमध्ये प्रवेश करते;
2) संक्षेप - दोन्ही वाल्व्ह बंद आहेत;
3) कार्यरत स्ट्रोक - एक ज्वालाग्राही मिश्रण स्फोटक ज्वलन;
4) विहिर रिकामी व्हायरस - वातावरणातील एक्झॉस्ट गॅसचा विस्फोट.

स्टीम टर्बाइन

स्टीम टर्बाईनमध्ये, इनलेट आणि आउटलेटमध्ये पाण्याच्या वाफेच्या दबावातील बदलामुळे ऊर्जा रूपांतरण उद्भवते.
आधुनिक स्टीम टर्बाइनची क्षमता 1300 मेगावॅटपर्यंत पोहोचते.

1200 मेगावॅट स्टीम टर्बाइनची काही तांत्रिक मापदंड

• वाफ दाब (ताजे) 23.5 एमपीए आहे
• वाफेवर तापमान 540 डिग्री सेल्सियस आहे
• टर्बाईनचा वाफे प्रवाह दर 3600 टी / एच असतो.
• रोटरची वेग 3000 rpm आहे
• कंडन्सेसरमध्ये बाष्पीभवनाचा दबाव 3.6 कि.पी.ए आहे.
• टर्बाईनची लांबी 47.9 मीटर आहे
• टर्बाईनचे वस्तुमान 1 9 00 टन आहे.

थर्मल मशीनमध्ये हवा कंप्रेसर, एक दहन चेंबर आणि गॅस टर्बाइनचा समावेश असतो. ऑपरेशनचे तत्त्व: हवाला अतिक्रमणात्मक कम्प्रंटरमध्ये शोषले जाते, त्यामुळे त्याचे तापमान 200 डिग्री सेल्सिअस किंवा त्यापेक्षा जास्त होते. आणखी संकुचित हवा ज्वलन चेंबरमध्ये प्रवेश करते, जेथे एकाच वेळी उच्च दाबाप्रमाणे, द्रव इंधन मध्ये प्रवेश करतो - केरोसिन, फोटोजन, इंधन तेल. जेव्हा इंधन वाचते तेव्हा हवा 1500-2000 डिग्री सेल्सियस तापमान वाढते, वाढते आणि त्याच्या हालचालीत वाढ होते. हवा उच्च वेगाने हलते आणि ज्वलन उत्पादने टरबाइनला पाठविली जातात. स्टेज पासून टप्प्यात संक्रमण केल्यानंतर, दहन उत्पादने त्यांच्या टर्बाइन त्यांच्या गतिज ऊर्जा blades द्या. टर्बाइनद्वारे मिळालेल्या ऊर्जेचा काही भाग कंप्रेसरच्या रोटेशनला जातो; उर्वरित भाग इलेक्ट्रिक जनरेटरचे रोटर, एक विमानातील जहाजे किंवा समुद्राचे जहाज, कारच्या चाके हलवत असतो.

एक जेट इंजिन म्हणून, कारच्या विदर्भांच्या रोटेशन आणि प्रोपेलर किंवा बोट स्क्रू व्यतिरिक्त एक गॅस टर्बाइनचा वापर केला जाऊ शकतो. वायू आणि ज्वलन उत्पादने गॅस टर्बाइनपासून उच्च वेगाने डिझर्श आहेत, त्यामुळे या प्रक्रियेत उदयास येणारे रिऍक्टिव्ह फेंकचा उपयोग हवा (विमान) आणि पाणी (जहाज) वाहत्ये, रेल्वे वाहतुकीसाठी केला जाऊ शकतो. उदाहरणार्थ, टर्बोप्रॉप इंजिनला अँ -24, एन -124 (रुस्लान), एन -225 (ड्रीम) आहेत. त्यामुळे 700 ते 850 किलोमीटर / फ्लायच्या वेगाने "स्वप्न" जवळजवळ 15,000 किलोमीटरच्या अंतरावर 250 टन कार्गो वाहतूक करण्यास सक्षम आहे. हे जगातील सर्वात मोठे वाहतूक विमाने आहेत.

थर्मल मशीनचे पर्यावरण समस्या

हवामानावरील एक मोठा प्रभाव म्हणजे वातावरणाची स्थिती, विशेषत: कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्याची वाफ यांची उपस्थिती. त्यामुळे कार्बन डायऑक्साईडच्या सामुग्रीत होणारी बदल ग्रीनहाऊस इफेक्टची गळती किंवा कमकुवत ठरते, ज्यामध्ये कार्बन डायऑक्साइड आंशिकपणे उष्णता शोषून करते ज्याने पृथ्वीला अंतराळात सोडले जाते, वातावरणात ते विलंब करते आणि त्यामुळे पृष्ठभागाचे तापमान वाढते आणि वातावरणाची निचरा थर वाढते. ग्रीनहाऊस इफेक्ट्सच्या घटनेमुळे हवामानाच्या उपसाधनामध्ये निर्णायक भूमिका बजावली जाते. त्याच्या अनुपस्थितीत, ग्रह सरासरी तापमान + 15 ° C असे नाही, परंतु 30-40 ° से कमी होईल

आता जगात 300 मिलियन पेक्षा जास्त कार आहेत, ज्यामध्ये वायू प्रदूषणाच्या निम्म्याहून अधिक प्रदूषित होतात.

1 वर्षासाठी, इंधन ज्वलनमुळे 15 दशलक्ष टन सल्फर ऑक्साइड, 50 दशलक्ष टन नायट्रोजन ऑक्साईड, 50 दशलक्ष टन राख, 200 दशलक्ष टन कार्बन मोनोऑक्साइड, 3 दशलक्ष टन फोनॉन हे थर्मल पॉवर प्लांटमधून वातावरणात सोडले जातात.

वातावरणाची रचना ओझोनमध्ये समाविष्ट असते, जी अल्ट्राव्हायोलेट किरणांच्या हानिकारक प्रभावांपासून पृथ्वीवरील सर्व जीवनाचे रक्षण करते. 1 9 82 मध्ये, जे. फार्मन, इंग्रजी संशोधकाने, अंटार्क्टिकावर ओझोन छिद्र शोधला - वातावरणातील ओझोनमध्ये तात्पुरती घट. 7 ऑक्टोबर 1 9 87 रोजी ओझोन छिद्रांच्या जास्तीत जास्त विकासाच्या वेळी त्यातील ओझोनची मात्रा 2 ची घट आली. ओझोन भोक कदाचित मानवजातजन्य घटकांमुळे उद्भवला, ज्यामध्ये क्लोरीन युक्त च्लॅडोन्स (फ्रीन्स) वापरण्यात येतो, ज्यामुळे ओझोन थर नष्ट होतो. तथापि, 1 99 0 च्या दशकातील अभ्यास. या दृष्टिकोणाची पुष्टी केली नाही. बहुधा, ओझोनचा छिद्र दिसणे मानवी क्रियाकलापांशी संबंधित नाही आणि एक नैसर्गिक प्रक्रिया आहे. 1 99 2 मध्ये आर्कटिकवर ओझोनचा एक छिद्र सापडला होता.

सर्व वातावरणातील ओझोन पृथ्वीच्या पृष्ठभागाजवळ एक थर मध्ये गोळा केले असल्यास आणि सामान्य वातावरणाचा दाब आणि 0 डिग्री सेल्सियस वाजता हवेच्या घनतेला जाड असेल तर ओझोन ढालची जाडी केवळ 2-3 मि.मी. असेल! ती संपूर्ण ढाल आहे

इतिहास थोडी ...

• जुलै 176 9 पॅरिसमधील मेउडॉन पार्कमध्ये सैन्य अभियंता एन.जे.कुनेओ यांनी "सिलिकॉन स्टीम इंजिन" असलेल्या "सिलिकॉन स्टीम इंजिन" असलेल्या "फिक्की कार्ट" वर हल्ला केला व अनेक मिहन्या दहापट केल्या.
• 1885 वर्ष. जर्मन अभियंक्टर कार्ल बेंझने मोटरव्हॉगनची पहिली गॅसोलीन चार-स्ट्रोक तीन-व्हील मोटर कारची निर्मिती केली व त्याची क्षमता 0.66 किलोवॅट इतकी होती, ज्याने 2 9 जानेवारी, 1886 रोजी पेटंट प्राप्त झाले. कारची गती 15-18 किमी / ताशी पोचली.
• 18 9 1 वर्ष Gottlieb Daimler, जर्मन आविष्कारक, कार पासून एक 2.9 किलोवॅट (4 अश्वशक्ती) इंजिन एक मालभाड ट्रॉली निर्मिती. कारची जास्तीत जास्त गती 10 किमी / ताशी पोहोचली, विविध मॉडेल्समध्ये वाहून क्षमता 2 ते 5 टन होती.
• 18 99 वर्षे बेल्जियन के. झेंनत्झी ही गाडी "जॅमे कंटेंट" ("नेहमी असंतुष्ट") मध्ये पहिल्यांदा 100 किलोमीटर वेगाने मर्यादा ओलांडली.

समस्या सोडवण्याचे उदाहरण

समस्या 1. हीटरचे तापमान 2000 के प्रमाणे एक आदर्श उष्णता मशीन आहे आणि रेफ्रिजरेटरचा तापमान 100 डिग्री सेल्सिअस आहे. कार्यक्षमता ठरवा.

ऊत्तराची :
सूत्र, जे थर्मल मशीनची कार्यक्षमता ठरवते (कमाल):

Ŋ = टी _1- टी ₂ / टी _1.
Ŋ = (2000के-373 क) / 2000 क = 0.81.

उत्तर: इंजिन कार्यक्षमता 81% आहे.

कार्य 2 उष्णतेच्या इंजिनमध्ये, जेव्हा इंधन जाळला गेला तेव्हा 200 केजे उष्णता प्राप्त झाली आणि 120 केजे उष्णता रेफ्रिजरेटरकडे हस्तांतरित करण्यात आला इंजिनची कार्यक्षमता काय आहे?

ऊत्तराची:
कार्यक्षमता निश्चित करण्यासाठी सूत्र खालीलप्रमाणे आहेत:

Ŋ = प्र 1 - प्रश्न 2 / प्रश्न 1.
Ŋ = (2 · 10 ⁵ J - 1.2 · 10 ⁵ J) / 2 · 10 ⁵ J = 0.4.

उत्तरः उष्णताचे इंजिन 40% आहे.

टाटा 3. गॅस इंजिनच्या कार्यक्षमतेत काय आहे, जर कामकाजाचे काम हेरेटरच्या उष्णतेच्या प्रमाणात मिळाले तर 1.6 एमजे 400 केजे वापरले? रेफ्रिजरेटरमध्ये किती गॅस हस्तांतरीत करण्यात आला?

ऊत्तराची:
कार्यक्षमता सूत्रानुसार निर्धारित केले जाऊ शकते

Ŋ = एक / प्रश्न ₁

Ŋ = 0.4 · 10 ⁶ जे / 1.6 · 10 ⁶ ज = 0.25.

रेफ्रिजरेटरला हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेची रक्कम सूत्रानुसार ठरवता येते

प्रश्न ₁ - ए = प्रश्न ₂
प्रश्न ₂ = 1.6 · 10 ⁶ जे-0.4 · 10 ⁶ ज = 1.2 · 10 ⁶ जम्मू
उत्तरः उष्णता मशीनमध्ये 25% कार्यक्षमता आहे; रेफ्रिजरेटरला हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेची मात्रा 1.2 × 10 ^{6 आहे}