Стоит ли использовать конденсационный котел для газового отопления?

Работа силы тяжести — разность потенциальной энергии

Рассмотрим теперь следующий пример. Яблоко массой 0,2 кг упало на садовый стол с ветки, находящейся на высоте 3 метра от поверхности земли. Столешница располагается на высоте 1 метр от поверхности (рис. 3). Найдем работу силы тяжести в этом процессе.

Рис. 3. На рисунке указано начальное 1 положение тела (яблока) и его конечное 2 положение, отмечены высоты для подсчета работы по вертикальному перемещению тела

Посчитаем потенциальную энергию яблока до его падения и энергию яблока на столешнице.

\( E_{p1} \left(\text{Дж} \right) \)  – начальная потенциальная энергия яблока;

\( E_{p2} \left(\text{Дж} \right) \)  – конечная потенциальная энергия яблока;

Примечание: Работу можно рассчитать через разность потенциальной энергии тела.

Потенциальную энергию будем вычислять, используя формулу:

\

\( m \left( \text{кг}\right) \) – масса яблока;

Величина \( \displaystyle g \approx 10 \left(\frac{\text{м}}{c^{2}} \right) \) – ускорение свободного падения.

\( h \left( \text{м}\right) \) – высота, на которой находится яблоко относительно поверхности земли.

Начальная высота яблока над поверхностью земли равна 3 метрам

\

Потенциальная энергия яблока на столе

\

Теперь найдем разницу потенциальной энергии яблока в конце падения и перед его началом.

\

\

Важно помнить: Когда тело падает на землю, его потенциальная энергия уменьшается. Сила тяжести при этом совершает положительную работу!. Чтобы работа получилась положительной, в правой части формулы перед \( \Delta  E_{p}\) дополнительно допишем знак «минус»

Чтобы работа получилась положительной, в правой части формулы перед \( \Delta  E_{p}\) дополнительно допишем знак «минус».

\

Значит, работа, которую потребовалось совершить силе тяжести, чтобы яблоко массой 0,2 кг упало с высоты 3 м на высоту 1 метр, равняется 4 Джоулям.

Примечания:

  1. Если тело падает на землю, работа силы тяжести положительна;
  2. Когда мы поднимаем тело над землей, мы совершаем работу против силы тяжести. Наша работа при этом положительна, а работа силы тяжести будет отрицательной;
  3. Сила тяжести относится к . Для консервативных сил перед разностью потенциальной энергии мы дописываем знак «минус»;
  4. Работа силы тяжести не зависит от траектории, по которой двигалось тело;
  5. Работа для силы \(\displaystyle F_{\text{тяж}}\) зависит только от разности высот, в которых тело находилось в конечный и начальный моменты времени.

Рисунок 4 иллюстрирует факт, что для силы \(\displaystyle F_{\text{тяж}}\) работа зависит только от разности высот и не зависит от траектории, по которой тело двигалось.

Рис. 4. Разность высот между начальным и конечным положением тела во всех случаях на рисунке одинакова, поэтому, работа силы тяжести для представленных случаев будет одинаковой

Какой максимальный КПД может иметь тепловой двигатель

Талантливый французский ученый и инженер Сади Карно в 1824 году придумал идеальную тепловую машину. В качестве рабочего тела в ней выступал идеальный газ. А сосуд, в который заключен газ, обернут теплоизоляцией, которую можно мысленно снять, когда возникнет такая необходимость.

Проведя мысленный эксперимент, Карно рассчитал, какую часть полученной энергии можно превратить в полезную работу при идеальных условиях. Другими словами, он рассчитал, какой максимально возможный КПД может иметь идеальный тепловой двигатель.

Для КПД идеального двигателя он получил такую формулу:

\(\large T_ \left(K\right) \) – температура нагревателя в градусах Кельвина;

\(\large T_ \left(K\right) \) – температура холодильника в градусах Кельвина;

Из формулы следует:

Если температура нагревателя сравняется с температурой холодильника, то полезной работы машина не совершит \(\large \eta = 0 \).

Температура холодильника не может равняться абсолютному нулю, так как достигнуть абсолютного нуля температуры не получается.

Примечание: В идеальном двигателе нет потерь энергии, так как полностью отсутствует трение между его движущимися частями. В реальных двигателях трение есть, поэтому КПД реальных двигателей всегда ниже, чем КПД идеального двигателя.

КПД реальных тепловых двигателей

КПД лучших образцов реальных двигателей, выпускаемых мировой промышленностью:

  • паровых машин — менее 10 процентов.
  • большинства двигателей внутреннего сгорания – до 30 процентов.
  • газовых турбин — примерно 40 процентов.
  • двигателя внутреннего сгорания Дизеля – около 44 процентов.

В настоящее время инженеры и ученые-физики работают над тем, чтобы в реальных двигателях уменьшить трение и потери тепловой энергии. Чтобы повысить давление в цилиндре, применяют дополнительные компрессоры и турбины. Это дает выигрыш еще в несколько процентов полезности, однако, сокращает срок службы таких двигателей.

Так называемые «атмосферники» — атмосферные двигатели внутреннего сгорания, в которых не применяются дополнительные турбины и компрессоры, повышающие рабочее давление в цилиндрах, могут без капитального ремонта прослужить на автомобилях весьма длительное время.

Некоторые автомобили, оснащенные особо удачными конструкциями двигателей, успевали без капитального ремонта двигателя проехать до 1 миллиона километров. Из-за этого, такие конструкции двигателей получили в народе название «миллионники». К сожалению, ныне выпуск подобных двигателей резко сокращен, из экономических соображений.

Источник

Конструкция керамических обогревателей

Основными узлами конструкции являются теплоотражающий экран и керамические нагреватели. Они объединены в монолитную конструкцию, поэтому их часто называют керамическими обогревательными панелями. От проявлений внешней среды и механических повреждений внутренние узлы устройства защищены цельнометаллическим корпусом.

Работа устройств может быть основана на принципе инфракрасного излучения или на конвекции воздуха. Керамические отопительные приборы греют воздух внутри помещения, а также предметы, которые расположены в непосредственной близости.

Выделяют инфракрасные и конвекторные обогреватели. Работа конвекторов основана на принципе конвекции воздуха. Нагретый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз. Корпус конвекционных конструкций имеет отверстия в нижней и верхней части, при этом нагревательный элемент расположен внизу корпуса. Холодный воздух засасывается через нижние отверстия, где нагревается, расширяется и выходит через верхние отверстия. Такой механизм работы позволяет обеспечить теплом большую площадь помещения. Керамические панели могут работать не только от электричества, но и от газа.

Керамический обогреватель на газу

Электрические модели больше распространены – такие керамические обогреватели чаще всего устанавливают дома. Устройства, использующие газовый источник тепла, пользуются спросом там, где отсутствует возможность подключения к электричеству.

Инфракрасные обогреватели, в отличие от конвекторных, нагревают не воздух в помещении, а поверхности – пол, стены, мебель, любые предметы, находящиеся в помещении. Те, в свою очередь, отдают тепло в окружающее пространство. Нагревательные элементы ИК-устройств представляют собой нихром-хромированную спираль, заключенную в керамическую трубку. Под действием тока спираль нагревается. Инфракрасные нагреватели бывают 3 видов газовые, объёмные и полые. По мнению экспертов, последние наиболее предпочтительнее. Полые конструкции быстро нагреваются и быстро охлаждаются.

Как работает инфракрасный обогреватель

Энергосберегающие керамические обогреватели

Многие керамические обогреватели для дома оснащены специальным блоком микропроцессорного управления, благодаря чему прибор приобретает энергосберегающие свойства. Как известно в моделях с механическим управлением температура регулируется ступенчато. А в бюджетных вариантах и того всего 2–3 температурных режима.

Используя современные конструкции нового поколения, вы сможете задавать требуемую температуру с точностью до градуса. На протяжении всей работы устройство поддерживает заданный температурный режим, погрешности и отклонения от заданных значений практически исключены. Функция таймера, реализованная в моделях среднего и высокого ценового диапазона, позволит заранее устанавливать время выключения и включения. Все эти функции позволяют существенно снизить расходы на электричество.

Керамические обогреватели для дачи и палатки

Иногда возникает потребность в обогреве дач, приусадебных участков, складских помещений, открытых балконов, террас. Увы, не везде есть возможность подключения к электросети. В других случаях источник электропитания расположен очень далеко. Использовать сетевые удлинители дорого и не всегда возможно.

Производители керамических обогревателей решили и эту проблему, создав газовый прибор. Если вы любитель зимней рыбалки или походов в холодное время года – без обогревателя также не обойтись. Конечно, можно воспользоваться дедовскими способами. Например, разжечь костер. Но эти способы малоэффективны и не обеспечат комфортных условий. Чтобы активный отдых радовал вас в любое время года, возьмите с собой керамический обогреватель газового типа. Такое устройство устанавливается прямо в палатку, что обеспечит комфортный сон.

Туристический обогреватель, работающий на газу

В таких приборах предусмотрен специальный выход для подключения газовой арматуры. В качестве источника энергии служит газовый баллон. Внутри конструкции происходит сгорание газа. Несмотря на это, открытое пламя при сгорании отсутствует, что обеспечивает безопасность эксплуатации. Некоторые модели способны нагреваться до 800–900 градусов по Цельсию.

Особой популярностью газовые инфракрасные обогреватели пользуется у туристов. Ведь компактные и функциональные приборы можно использовать в качестве кухонной плиты. Теперь разжигать костер вовсе необязательно.

Сгорание газа

Этот процесс превращает входящий газ в тепло для нагревания теплоносителя. При правильно организованной вентиляции повлиять на эффективность процесса уже нельзя – все зависит от модели котла и горелки. Самые экономные (не сами по себе, а в связке с другими узлами котла отопления) это горелки цилиндрического типа. Чтобы понимать, как увеличить КПД, надо знать, куда расходуется энергия, полученная в результате сгорания газа:

  • Прогрев теплообменника, который нагревает теплоноситель.
  • Испарение воды непосредственно из камеры сгорания котла – она там появляется вследствие химической реакции горения.
  • Потери выбрасываемые «в трубу» – если на улицу выбрасываются нагретые продукты сгорания (тот же водяной пар), то это значит, что часть теплоты израсходована не по назначению.

Общая схема работы котла

Чем качественнее котел, тем большая часть полученной от сжигания энергии расходуется на первый пункт, а остальные сводятся к минимуму. В котлах отопления последних моделей значения КПД достигают 90-98%.

Как рассчитать мощность

Перед покупкой отопительного оборудования для обслуживания частного дома необходимо рассчитать мощность, которой бы хватило для поддержания качественной работы котла. Если у вас нет достаточного опыта и знаний, обратитесь за помощью к профессионалам, так как ошибки на этом этапе обязательно скажутся на производительности и долговечности оборудования.

При расчёте мощности газового котла следует взять во внимание такие параметры:

  • средняя температура в зимние месяцы на данной территории;

  • из каких материалов построен дом;
  • какие материалы использовались для утепления дома, и использовались ли вообще;
  • площадь жилых помещений дома.

Вы можете воспользоваться специальными формулами для расчета мощности отопительного оборудования для частного дома.

Отвлекитесь

Успешные и прогрессивные компании создают для сотрудников зоны отдыха, в которых можно заняться спортом, развлечься играми или просто расслабиться в уголке с красивыми растениями, водопадом или аквариумом. Как это поможет мобилизовать мозговую активность? Переключение с поставленной задачи на другое занятие, не требующей мыслительного процесса, помогает быстрее найти лучшее решение. Вы отдыхаете, но подсознание активно работает над проблемой. Идеальный выход «всплывает» неожиданно и как будто рождается сам по себе. Если чувствуете, что не в состоянии продуцировать разумные решения и топчетесь на месте, отвлекитесь. Даже краткосрочный отдых позволит приступить к более продуктивной работе

КПД тепловых машин. КПД тепловой машины — формула

Современные реалии предполагают широкую эксплуатацию тепловых двигателей. Многочисленные попытки замены их на электродвигатели пока претерпевают неудачу. Проблемы, связанные с накоплением электроэнергии в автономных системах, решаются с большим трудом.

Все еще актуальны проблемы технологии изготовления аккумуляторов электроэнергии с учетом их длительного использования. Скоростные характеристики электромобилей далеки от таковых у авто на двигателях внутреннего сгорания.

Первые шаги по созданию гибридных двигателей позволяют существенно уменьшить вредные выбросы в мегаполисах, решая экологические проблемы.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Как устроен тепловой двигатель

Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей:

  • рабочего тела;
  • нагревателя;
  • холодильника.

В основе работы двигателя лежит циклический процесс.

Нагреватель с помощью, например, сгорания топливной смеси выделяет большое количество теплоты и передает ее рабочему телу.

Рабочее тело, например пар, газ или жидкость, при нагревании расширяется и совершает работу, к примеру, вращает турбину или перемещает поршень.

Холодильник нужен, чтобы вернуть рабочее тело в начальное состояние. Он поглощает часть энергии рабочего тела. Таким образом обеспечивается цикличность, и тепловой двигатель работает непрерывно.

Идеальный тепловой двигатель Карно

Модель двигателя Карно разработал французский физик С. Карно. 

Рабочая часть двигателя Карно — поршень в заполненном газом цилиндре. Двигатель Карно — идеальная машина, она возможна только в теории. Поэтому в ней силы трения между поршнем и цилиндром и тепловые потери считаются равными нулю.

Механическая работа максимальна, если рабочее тело выполняет цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. При изотермическом расширении работа газа совершается за счет внутренней энергии нагревателя. При адиабатном процессе — за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле нет контакта тел с разной температурой, поэтому исключена теплопередача без совершения работы. Такой цикл называют циклом Карно.

Адиабатический процесс — это термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q=0).

Изотермический процесс — это термодинамический процесс, происходящий при постоянной температуре. Так как у идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, то переданное газу количество тепла Q идет полностью на совершение работы A (Q=A).

Функционирует двигатель Карно следующим образом:

  1. Цилиндр вступает в контакт с горячим резервуаром, и газ расширяется при постоянной температуре. На этой фазе газ получает от горячего резервуара тепло.
  2. Цилиндр окружается теплоизоляцией, за счет чего количество тепла, имеющееся у газа, сохраняется. Газ продолжает расширяться, пока его температура не упадет до температуры холодного теплового резервуара.
  3. На третьей фазе теплоизоляция снимается. Газ в цилиндре, будучи в контакте с холодным резервуаром, сжимается, отдавая при этом часть тепла холодному резервуару.
  4. Когда сжатие достигает определенной точки, цилиндр снова окружается теплоизоляцией. Газ сжимается за счет поднятия поршня до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой горячего резервуара. После этого теплоизоляция удаляется, и цикл повторяется вновь с первой фазы.

Примечание

Чем больше разница между температурами нагревателя и холодильника, тем больше КПД двигателя Карно.

Для чего нужны фаза, ноль и заземление?

Правило успешной статистики

В чем же заключается смысл вывода танка на поле? Конечно же, в том, чтобы как можно дольше оставаться в боеспособном состоянии и при этом осуществить что-то полезное, к примеру, нанести невероятный урон, засветить танки противника, предупредить захват базы и так далее.

Не следует сразу же сливаться, даже если ваш ник располагается в конце списка. Нужно набраться терпения и подождать. Как только станет видно, какие позиции занимают танки, можно начинать планировать свои действия.

Случается и так, что игроки по команде сливаются, и приходиться оставаться один на один с вражескими машинами. Только не нужно сразу же сдаваться, даже если кажется, что вы не справитесь, продолжайте игру. Иногда такая тактика помогает добрать количество недобитых танков, отбить НР.

Вихревой индукционный нагреватель ВИН Полезное своими руками

Оказывается этот загадочный обогреватель ВИН устроен очень просто и его легко можно собрать прямо у себя дома. Рассмотрим вкратце принцип действия.

В основу работы таких нагревателей положен разогрев токопроводящих материалов токами Фуко, которые индуцируются высокочастотным магнитным полем. Полученная тепловая энергия забирается теплоносителем (вода, масло и т.п.) и используется, например, для обогрева помещения.

Как видите, ничего сложного. А теперь давайте посмотрим, как мне удалось реализовать все это на практике.

Чтобы не создавать ненужных сложностей, я решил использовать готовый высокочастотный сварочный инвертор с величиной сварочного тока 15А (у меня был образец с возможностью плавной регулировки тока). Можно взять, конечно, и помощнее. Все зависит от требуемой мощности обогревателя. Так как я всего лишь проводил эксперимент, то взял тот высокочастотный инвертор, который был в наличии.

В качестве материала, который будет нагреваться в высокочастотном поле, я решил использовать куски толстой стальной проволоки. Смог достать катанку диаметром 7 мм и покусал ее на отрезки примерно по 5 см. Если все делать на века и для себя, то можно раздобыть обрезки нержавейки, хотя если контур отопления будет всегда заполнен, то это необязательно. Даже обычное железо не будет ржаветь.

В качестве участка трубопровода, где вода будет разогреваться, я решил использовать толстую трубу из пластика. Внутренний диаметр надо выбрать чуть меньше, чем длина обрезков нашей проволоки. Крепим с одной стороны трубы переходник для соединения с остальной частью системы отопления, закладываем на дно металлическую сетку (чтобы куски катанки не проваливались дальше) и засыпаем внутрь нашу проволоку. Затем точно также закрываем свободный конец трубы вторым переходником. Насыпать надо столько проволочных обрезков, чтобы они там заняли все свободное пространство.

Теперь изготовим саму индукционную катушку: для этого просто обматываем середину нашей пластиковой трубы с обрезками катанки медным эмалированным проводом виток к витку (ПЭВ или подобным). Для моего инвертора достаточно будет 80-90 витков провода диаметром 1.5 мм.

Вот в общем-то и все. Осталось только включить наш девайс в разрыв контура отопления, залить все это дело водой, подключить к обмотке сварочный инвертор и включить насос (для обеспечения принудительной циркуляции воды в системе). Разумеется, крайне не рекомендуется включать инвертор без воды, так как в этом случае наша пластиковая труба гарантированно расплавится от разогретых кусочков проволоки внутри.

Таким образом я за считанные часы из подручных материалов смог собрать действующий вихре-индукционный нагреватель. Он, кстати, весьма экономичен — если верить тому, что говорят, его КПД достигает аж 98-99%!

На этом можно не останавливаться и, в целях дополнительного повышения КПД, организовать охлаждение нашего инвертора тем же теплоносителем из контура отопления. Правда, это имеет смысл лишь в том случае, если сама схема инвертора расположена вне отапливаемого помещения.

Можно также организовать автоматическую регулировку температуры. Для этого необходимо лишь раздобыть терморегулятор и включить его в разрыв линии питание инвертора, а датчик терморегулятора разместить в контролируемой зоне.

Делал все это давно, но пишу об этом только сейчас (по настоятельной просьбе одного товарища), поэтому никакого фотоотчета не будет. Скажу честно, что собрал я только сам нагреватель, никуда его не включал, ничего с помощью него не пытался отапливать. Да у меня и насоса-то не было. Я просто залил внутрь воды и включил устройство. Вода довольно быстро нагрелась до температуры кипения. Так что, как видите, описанная методика изготовления ВИН реально рабочая и в ней нет ничего сложного.

Особенности устройства электрокотла

Основные элементы конструкции электрического котла отопления – бак и нагревательный элемент. Приборы оборудованы системами контроля и автоматического управления.

Также в комплектацию различных моделей могут входить расширительные баки и циркуляционные насосы.

Электрокотлы имеют несколько достоинств:

  1. Пожаробезопасность. Благодаря системам автоматического контроля и отсутствию открытого огня приборы безопасны. Они не выделяют токсичных веществ и продуктов сгорания, не способны взорваться.
  2. Удобство монтажа. Для электрического оборудования не требуется ни дымохода, ни вентиляции, что облегчает монтаж.
  3. Высокий КПД. Независимо от типа нагревательного устройства все электрокотлы отличаются высокой эффективностью.
  4. Компактность. Электроприборы, особенно навесные, занимают мало места.
  5. Приятный дизайн. Большинство современных моделей стилистически универсальны и хорошо смотрятся в интерьере.

Электрокотлы почти идеальны – просты в эксплуатации, безопасны. Их единственный серьезный недостаток – высокая стоимость электроэнергии. Еще один нюанс: жителям регионов, где бывают частые перебои в работе энергосети, лучше выбрать котлы, работающие от других источников энергии, или позаботиться о покупке дополнительных приборов отопления.

Инертность нагрева

Скорость повышения температуры воды в трубах для электрических котлов достаточно высокая. Среднее время нагрева с 25 град до 60 составляет 15-20 мин в зависимости от объема системы. В этом плане отопление с помощью водонагревателя значительно уступает традиционному. Для того чтобы объем воды в бойлере емкостью 150 литров достиг нужного значения температуры необходимо ждать около часа. Основными критериями, влияющими на этот показатель, являются мощность ТЭНов, объем бака и всей системы в целом.

Однако когда электрический котел перестает работать – вода в трубах быстро остывает. В то же время в системе водонагревателя большой объем горячей жидкости находится в баке и потребуется несколько циклов циркуляции, чтобы она остыла. Т.е. в случае непредвиденного отключения электричества теплоноситель в бойлерной системе будет еще некоторое время горячим.

Резюмируя эти факторы можно определить основные условия использования электрического водонагревателя для отопления:

  • Площадь отапливаемого помещения должна быть относительно небольшой. Это обусловлено соотношением 1 кВт тепловой энергии на 10 м.кв;
  • Хорошее качество проточной воды для сохранения всех элементов отопления;
  • Для наполнения бака необходимо создать такой же напор, как и в водопроводе – 4 атм. Это касается только тех случаев, когда устанавливается обычный бойлер не предназначенный для отопления из водонагревателя. В специализированных моделях значение минимального давления значительно ниже – от 1,5 атм.

Можно использовать электрический водонагреватель для отопления дома с небольшой площадью до 80 м.кв. Прежде всего это относится к дачным постройкам.

Вторым способом использования проточного водонагревателя для отопления является обустройство системы теплый пол. Но даже в этом случае необходимо внимательно ознакомиться со схемой подключения прибора к трубопроводу.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Тепловая машина

Превращение внутренней энергии топлива в энергию движения частей машин и механизмов используется в тепловых машинах.

Основные части машин: нагреватель (система получения энергии извне), рабочее тело (совершает полезное действие), холодильник.

Нагреватель предназначен для того, чтобы рабочее тело накопило достаточный запас внутренней энергии для совершения полезной работы. Холодильник отводит излишки энергии.

Основной характеристикой эффективности называют КПД тепловых машин. Эта величина показывает, какая часть затраченной на нагревание энергии расходуется на совершение полезной работы. Чем выше КПД, тем выгоднее работа машины, но эта величина не может превышать 100%.

§ 24. КПД теплового двигателя

Любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только незначительную часть энергии, которая выделяется топливом. Большая часть энергии топлива не используется полезно, а теряется в окружающем пространстве.

Тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от нагревателя некоторое количество теплоты.

Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Часть энергии передаётся атмосфере — холодильнику — вместе с отработанным паром или выхлопными газами.

Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя — КПД.

Отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия обозначают η (греч. буква «эта»).

КПД теплового двигателя определяют по формуле

где Ап — полезная работа, Q1 — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 — количество теплоты, отданное холодильнику, Q1 — Q2 — количество теплоты, которое пошло на совершение работы. КПД выражается в процентах.

Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвёртую часть. Тогда коэффициент полезного действия двигателя равен ¼, или 25% .

КПД двигателя обычно выражают в процентах. Он всегда меньше единицы, т. е. меньше 100% . Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40%, паровых турбин — немногим выше 30%.

Вопросы

  1. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?
  2. Что называют КПД теплового двигателя?
  3. Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100%?
  4. Какой такт работы двигателя внутреннего сгорания изображён на рисунке 29?

Упражнение 17

  1. Можно ли за счёт внутренней энергии тела, равной 200 Дж, совершить механическую работу в 200 Дж?
  2. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 155 Дж, а холодильнику отдаёт количество теплоты, равное 85 Дж. Определите КПД машины.
  3. Определите количество теплоты, отданное двигателем внутреннего сгорания холодильнику, если его КПД равен 30%, а полезная работа равна 450 Дж.

Задание

Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору). История изобретения паровых машин.

  • История изобретения турбин.
  • Первые паровозы Стефенсона и Черепановых.
  • Достижения науки и техники в строительстве паровых турбин.
  • Использование энергии Солнца на Земле.

Источник

Вывод продуктов горения

Последние внедренные способы экономии касаются этого пункта. Логика решения – если на выходе из дымохода температура продуктов сгорания была 200-250 °С, то почему не использовать их для подогрева теплоносителя? Для этого на пути отработанных газов устанавливают дополнительные теплообменники из стали или чугуна (с большой инерцией нагревания).

Дополнительно идет работа по извлечению теплоты из испаренной воды, полученной в результате реакции горения – это делают «конденсационные» котлы, которые ставят рекорды в плане КПД – температура выбрасываемых газов около 50 °С, а количество используемой по назначению теплоты достигает 98%.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий