สูตรทั่วไปเพื่อประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน (ทฤษฎีบทของคาร์โนต์)

ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) - ลักษณะของประสิทธิภาพของระบบ (อุปกรณ์เครื่องจักร) ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงหรือการส่งผ่านพลังงาน กำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ระบบได้รับ มักจะแสดงแทนη (“ นี้”) η = Wpol/Wcym. ประสิทธิภาพเป็นปริมาณไร้มิติและมักวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ ในทางคณิตศาสตร์ คำจำกัดความของประสิทธิภาพสามารถเขียนได้เป็น:

เอ็กซ์ 100%

ที่ไหน ก- งานที่มีประโยชน์และ ถาม- พลังงานที่ใช้ไป

เนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน ประสิทธิภาพจึงน้อยกว่าหรือเท่ากับความสามัคคีเสมอ นั่นคือเป็นไปไม่ได้ที่จะได้งานที่มีประโยชน์มากกว่าพลังงานที่ใช้ไป

ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์- ทัศนคติที่สมบูรณ์แบบ งานที่มีประโยชน์เครื่องยนต์ให้เป็นพลังงานที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

โดยที่ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อนคือปริมาณความร้อนที่มอบให้กับตู้เย็น ประสิทธิภาพสูงสุดในบรรดาเครื่องจักรแบบวนที่ทำงานที่อุณหภูมิแหล่งความร้อนที่กำหนด ต 1 และเย็น ต 2 มีเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานในวงจรการ์โนต์ ประสิทธิภาพส่วนเพิ่มนี้เท่ากับ

ไม่ใช่ตัวบ่งชี้ทั้งหมดที่แสดงถึงประสิทธิภาพ กระบวนการพลังงานสอดคล้องกับคำอธิบายข้างต้น ถึงแม้จะเรียกกันทั่วไปว่า "ประสิทธิภาพ" หรือที่เข้าใจผิด แต่ก็สามารถมีคุณสมบัติอื่นๆ ได้ โดยเฉพาะที่เกิน 100%

ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ

บทความหลัก: สมดุลความร้อนของหม้อต้ม

ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลนั้นคำนวณแบบดั้งเดิมโดยพิจารณาจากค่าความร้อนที่ต่ำกว่า สันนิษฐานว่าความชื้นของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ออกจากหม้อไอน้ำในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในหม้อไอน้ำที่ควบแน่น ความชื้นนี้จะถูกควบแน่น และใช้ความร้อนของการควบแน่นอย่างมีประโยชน์ เมื่อคำนวณประสิทธิภาพตามค่าความร้อนที่ต่ำกว่า อาจมีค่ามากกว่าหนึ่งค่า ในกรณีนี้การคำนวณด้วยค่าความร้อนที่สูงขึ้นจะถูกต้องมากกว่าซึ่งคำนึงถึงความร้อนของการควบแน่นของไอน้ำ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำดังกล่าวนั้นยากต่อการเปรียบเทียบกับข้อมูลในการติดตั้งอื่น ๆ

ปั๊มความร้อนและเครื่องทำความเย็น

ข้อดีของปั๊มความร้อนในฐานะอุปกรณ์ทำความร้อนคือความสามารถในการรับความร้อนมากกว่าพลังงานที่ใช้ในการดำเนินงานในบางครั้ง ในทำนองเดียวกัน เครื่องทำความเย็นสามารถขจัดความร้อนออกจากปลายระบายความร้อนได้มากกว่าที่ใช้ในการจัดระเบียบกระบวนการ

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นมีลักษณะเฉพาะคือ ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ(สำหรับเครื่องทำความเย็น) หรือ อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง(สำหรับปั๊มความร้อน)

ความร้อนที่นำมาจากปลายเย็น (ในเครื่องทำความเย็น) หรือถ่ายโอนไปยังปลายร้อน (ในปั๊มความร้อน) อยู่ที่ใด - งาน (หรือไฟฟ้า) ที่ใช้ในกระบวนการนี้ วงจรคาร์โนต์ย้อนกลับมีตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องจักรดังกล่าว: มีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ

โดยที่ คืออุณหภูมิของปลายร้อนและเย็น เห็นได้ชัดว่าค่านี้สามารถมีขนาดใหญ่ได้ตามอำเภอใจ แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใกล้ในทางปฏิบัติ แต่ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพยังคงเกินเอกภาพได้ สิ่งนี้ไม่ได้ขัดแย้งกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ เนื่องจากนอกเหนือจากพลังงานที่นำมาพิจารณาด้วย ก(เช่น ไฟฟ้า) เพื่อให้ความร้อน ถามนอกจากนี้ยังมีพลังงานที่นำมาจากแหล่งความเย็นอีกด้วย

วรรณกรรม

• Peryshkin A.V.ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 - อีแร้ง, 2548. - 191 น. - 50,000 เล่ม - ไอ 5-7107-9459-7.

หมายเหตุ

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

ดูว่า "ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:

ประสิทธิภาพ- อัตราส่วนของพลังงานที่จ่ายต่อพลังงานที่ใช้งานอยู่ [OST 45.55 99] ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ การกระทำที่มีประสิทธิภาพปริมาณที่แสดงถึงความสมบูรณ์ของกระบวนการแปรรูป การแปลง หรือการถ่ายโอนพลังงาน ซึ่งเป็นอัตราส่วนของประโยชน์... ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค

หรือค่าสัมประสิทธิ์การส่งคืน (Efficiency) คือคุณลักษณะของคุณภาพการทำงานของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ใด ๆ ในแง่ของประสิทธิภาพ โดยประสิทธิภาพหมายถึงอัตราส่วนของปริมาณงานที่ได้รับจากเครื่องจักรหรือพลังงานจากอุปกรณ์ต่อจำนวน ... ... พจนานุกรมทางทะเล

- (ประสิทธิภาพ) ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของกลไกซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของงานที่ดำเนินการโดยกลไกต่องานที่ใช้ในการดำเนินงาน ประสิทธิภาพ มักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ กลไกในอุดมคติย่อมมีประสิทธิภาพ =... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

สารานุกรมสมัยใหม่

- (ประสิทธิภาพ) คุณลักษณะของประสิทธิภาพของระบบ (อุปกรณ์ เครื่องจักร) ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงาน ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้อย่างมีประโยชน์ (แปลงเป็นงานระหว่างกระบวนการแบบวนรอบ) ต่อปริมาณพลังงานทั้งหมด... ... ใหญ่ พจนานุกรมสารานุกรม

- (ประสิทธิภาพ) คุณลักษณะของประสิทธิภาพของระบบ (อุปกรณ์ เครื่องจักร) ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงหรือการส่งผ่านพลังงาน ถูกกำหนดโดยอัตราส่วน m) ของพลังงานที่ใช้อย่างมีประโยชน์ (Wtotal) ต่อปริมาณพลังงานทั้งหมด (Wtotal) ที่ระบบได้รับ h=Wชั้น… … สารานุกรมกายภาพ

- (ประสิทธิภาพ) อัตราส่วนของพลังงานที่ใช้อย่างมีประโยชน์ W p เป็นต้น ในรูปของงาน ต่อปริมาณพลังงาน W ที่ระบบได้รับ (เครื่องจักรหรือเครื่องยนต์) W p/W เนื่องจากการสูญเสียพลังงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้อันเนื่องมาจากแรงเสียดทานและกระบวนการที่ไม่สมดุลอื่นๆ ระบบจริง… … สารานุกรมกายภาพ

อัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ที่ใช้ไปหรือพลังงานที่ได้รับต่องานทั้งหมดที่ใช้ไปหรือตามลำดับพลังงานที่ใช้ไป ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าคืออัตราส่วนของกลไก พลังงานที่จ่ายให้กับไฟฟ้าที่จ่ายให้ พลัง; ถึง.… … พจนานุกรมเทคนิคการรถไฟ

คำนามจำนวนคำพ้องความหมาย: 8 ประสิทธิภาพ (4) ผลตอบแทน (27) ประสิทธิผล (10) ... พจนานุกรมคำพ้อง

ประสิทธิภาพ- เป็นปริมาณที่แสดงถึงความสมบูรณ์ของระบบใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนรูปหรือการถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นในระบบ ซึ่งหมายถึงอัตราส่วนของงานที่เป็นประโยชน์ต่องานที่ใช้ในการกระตุ้น.... ... สารานุกรมคำศัพท์ คำจำกัดความ และคำอธิบายวัสดุก่อสร้าง

ประสิทธิภาพ- (ประสิทธิภาพ) คุณลักษณะเชิงตัวเลขของประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอุปกรณ์หรือเครื่องจักรใด ๆ (รวมถึงเครื่องยนต์ความร้อน) ประสิทธิภาพถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้ให้เกิดประโยชน์ (เช่น เปลี่ยนเป็นงาน) ต่อปริมาณพลังงานทั้งหมด... ... พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ

พลังงานที่จ่ายให้กับกลไกในรูปของงาน แรงผลักดัน ดีวีเอส- และโมเมนต์ต่อรอบของการเคลื่อนไหวคงที่จะถูกใช้ไปกับการทำงานที่เป็นประโยชน์ และปล.- ตลอดจนการปฏิบัติงาน ฟุตเกี่ยวข้องกับการเอาชนะแรงเสียดทานในคู่จลนศาสตร์และแรงต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม

ลองพิจารณาการเคลื่อนไหวที่มั่นคง พลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้นเป็นศูนย์ เช่น

ในกรณีนี้ งานที่ทำโดยแรงเฉื่อยและแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับศูนย์ อาริ = 0, เอ ก = 0- จากนั้นสำหรับการเคลื่อนที่อย่างมั่นคง งานของแรงขับเคลื่อนจะเท่ากับ

และเรื่องของเครื่องยนต์ =ป.ล. + ฟุต.

ดังนั้นเพื่อ เต็มรอบการเคลื่อนที่คงที่ งานของแรงผลักดันทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของงานของแรงต้านทานการผลิตและความต้านทานที่ไม่เกิดการผลิต (แรงเสียดทาน)

ประสิทธิภาพทางกล η (ประสิทธิภาพ)– อัตราส่วนของการทำงานของแรงต้านทานการผลิตต่อการทำงานของแรงขับเคลื่อนทั้งหมดระหว่างการเคลื่อนไหวที่มั่นคง:

η = . (3.61)

ดังที่เห็นได้จากสูตร (3.61) ประสิทธิภาพแสดงให้เห็นว่าเศษส่วนของพลังงานกลที่จ่ายให้กับเครื่องจักรนั้นถูกใช้อย่างมีประโยชน์ในการปฏิบัติงานที่สร้างเครื่องจักรขึ้นมา

อัตราส่วนของการทำงานของแรงต้านทานที่ไม่เกิดผลต่อการทำงานของแรงผลักดันเรียกว่า ปัจจัยการสูญเสีย :

ψ = . (3.62)

ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียทางกลจะแสดงสัดส่วนของพลังงานกลที่จ่ายให้กับเครื่องจักรในที่สุดจะกลายเป็นความร้อนและสูญเสียไปอย่างไร้ประโยชน์ในพื้นที่โดยรอบ

ดังนั้นเราจึงมีความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพและปัจจัยการสูญเสีย

η =1- ψ.

ตามมาจากสูตรนี้ว่าไม่มีกลไกใดที่การทำงานของแรงต้านทานที่ไม่เกิดประสิทธิผลจะเท่ากับศูนย์ได้ดังนั้นประสิทธิภาพจึงน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ( η <1 - จากสูตรเดียวกันนี้ ประสิทธิภาพจะเป็นศูนย์ได้ถ้า A dv.s = A Ftr. การเคลื่อนไหวที่เรียกว่า A dv.s = A Ftr เดี่ยว - ประสิทธิภาพต้องไม่ต่ำกว่าศูนย์เพราะว่า ด้วยเหตุนี้จึงมีความจำเป็นเช่นนั้น ดีวีเอส<А Fтр . ปรากฏการณ์ที่กลไกอยู่นิ่งและมีสภาวะที่ A dv.s พอใจ<А Fтр, называется ปรากฏการณ์การเบรกตัวเองกลไก- กลไกที่เรียกว่า η = 1 เครื่องเคลื่อนไหวตลอด .

ดังนั้นประสิทธิภาพจึงอยู่ในขอบเขตจำกัด

0 £ η < 1 .

พิจารณาการกำหนดประสิทธิภาพสำหรับกลไกการเชื่อมต่อต่างๆ

3.2.2.1. การกำหนดประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

ให้มีกลไก n เครื่องเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม (รูปที่ 3.16)

และเรื่องของเครื่องยนต์ 1 1 2 2 3 3 n-1 n n

รูปที่ 3.16 - แผนภาพของกลไกการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

กลไกแรกขับเคลื่อนด้วยแรงขับเคลื่อนที่ทำงาน ดีวีเอส- เนื่องจากงานที่เป็นประโยชน์ของแต่ละกลไกก่อนหน้านี้ซึ่งใช้กับการต้านทานการผลิตเป็นงานของแรงผลักดันสำหรับกลไกแต่ละกลไกที่ตามมา ประสิทธิภาพของกลไกแรกจะเท่ากับ:

η 1 = เอ 1 /ดีวีเอส ..

สำหรับกลไกที่ 2 ประสิทธิภาพจะเท่ากับ:

η 2 = เอ 2 /เอ 1 .

และสุดท้าย สำหรับกลไกที่ n ประสิทธิภาพจะเป็น:

η n = ก /เอ-1

ประสิทธิภาพโดยรวมคือ:

η 1 n = А n /และเรื่องของเครื่องยนต์

มูลค่าของประสิทธิภาพโดยรวมสามารถหาได้โดยการคูณประสิทธิภาพของแต่ละกลไก ได้แก่

η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .

เพราะฉะนั้น, เครื่องกลทั่วไป ประสิทธิภาพเป็นอนุกรมของกลไกที่เชื่อมต่อกันเท่าๆ กัน งานประสิทธิภาพเชิงกลของกลไกแต่ละกลไกที่ประกอบเป็นระบบโดยรวมหนึ่งระบบ:

η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)

3.2.2.2 การกำหนดประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบผสม

ในทางปฏิบัติ กลไกการเชื่อมต่อมีความซับซ้อนมากขึ้น บ่อยครั้งที่การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะรวมกับการเชื่อมต่อแบบขนาน การเชื่อมต่อดังกล่าวเรียกว่าแบบผสม ลองดูตัวอย่างการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน (รูปที่ 3.17)

การไหลของพลังงานจากกลไกที่ 2 กระจายไปในสองทิศทาง ในทางกลับกัน จากกลไก 3 ¢¢ การไหลของพลังงานก็จะถูกกระจายไปในสองทิศทางเช่นกัน งานทั้งหมดของกองกำลังต้านทานการผลิตเท่ากับ:

และปล. = A¢n + A¢¢n + A¢¢¢n.

ประสิทธิภาพโดยรวมของทั้งระบบจะเท่ากับ:

η =ก /เอ ดีวีเอส =(¢n + A¢¢n + A¢¢¢n)/ดีวีเอส . (3.64)

ในการพิจารณาประสิทธิภาพโดยรวม จำเป็นต้องระบุการไหลของพลังงานที่กลไกเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม และคำนวณประสิทธิภาพของการไหลแต่ละครั้ง รูปที่ 3.17 แสดงเส้นทึบ I-I, เส้นประ II-II และเส้นประประ III-III สามพลังงานไหลจากแหล่งกำเนิดทั่วไป

และเรื่องของเครื่องยนต์ ก 1 ก ¢ 2 ก ¢ 3 … ก ¢ n-1 ก ¢ n

ครั้งที่สอง ¢¢ 2 II

A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n

III 3¢¢…

A ¢ dv.s = A ¢ n / η ¢ 1 น

A ¢¢ dv.s =A ¢ ¢ n /η ¢¢ 1 น (3.65)

เครื่องยนต์ ¢¢¢ =A ¢ ¢¢ n /η ¢¢¢ 1 น

งานรวมของแรงขับเคลื่อนของทั้งระบบจะเท่ากับผลรวม

A dv.s = A ¢ dv.s + A ¢¢ dv.s + A ¢¢¢ dv.s.

หรือ ดีวีเอส=(¢n / η ¢ 1n)+(¢¢n /η ¢¢ 1n)+(¢¢¢n /η ¢¢¢ 1n).

ลองแทนที่นิพจน์นี้เป็นสูตร (3.64) เราก็จะได้ สมการประสิทธิภาพสำหรับ ผสมการเชื่อมต่อ

สำหรับกลไกที่เชื่อมต่อแบบขนาน วิธีการกำหนดประสิทธิภาพจะคล้ายกับกรณีก่อนหน้า

ปัจจัยประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) คือค่าที่แสดงประสิทธิภาพของกลไกเฉพาะ (เครื่องยนต์ ระบบ) ในการแปลงพลังงานที่ได้รับเป็นงานที่มีประโยชน์เป็นเปอร์เซ็นต์

อ่านในบทความนี้

เหตุใดประสิทธิภาพดีเซลจึงสูงกว่า?

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำเนื่องจากมีการสูญเสียทางกลและความร้อนจำนวนมากที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของหน่วยกำลังประเภทนี้

ปัจจัยที่สองคือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานร่วมกันของชิ้นส่วนที่ผสมพันธุ์ การใช้พลังงานที่มีประโยชน์ส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบของเครื่องยนต์ รวมถึงการหมุนของชิ้นส่วนภายในมอเตอร์ซึ่งยึดติดกับโครงสร้างด้วยแบริ่ง พลังงานการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินประมาณ 60% ถูกใช้ไปเพื่อให้มั่นใจในการทำงานของหน่วยเหล่านี้เท่านั้น

การสูญเสียเพิ่มเติมเกิดจากการทำงานของกลไก ระบบ และสิ่งที่แนบมาอื่นๆ เปอร์เซ็นต์ของการสูญเสียความต้านทานในขณะที่รับประจุเชื้อเพลิงและอากาศถัดไปจากนั้นปล่อยก๊าซไอเสียออกจากกระบอกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายในก็ถูกนำมาพิจารณาด้วย

หากเราเปรียบเทียบหน่วยดีเซลกับเครื่องยนต์เบนซิน เครื่องยนต์ดีเซลจะมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับหน่วยน้ำมันเบนซิน หน่วยพลังงานน้ำมันเบนซินมีประสิทธิภาพประมาณ 25-30% ของปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ได้รับ

กล่าวอีกนัยหนึ่งจากน้ำมันเบนซิน 10 ลิตรที่ใช้ไปกับการทำงานของเครื่องยนต์ มีเพียง 3 ลิตรเท่านั้นที่ใช้ในการทำงานที่เป็นประโยชน์ พลังงานที่เหลือจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงก็สูญเสียไป

ด้วยการกระจัดที่เท่ากัน กำลังของเครื่องยนต์เบนซินแบบสำลักโดยธรรมชาติจะสูงขึ้น แต่จะทำได้ที่ความเร็วที่สูงกว่า เครื่องยนต์จะต้อง "หมุน" การสูญเสียเพิ่มขึ้น การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องพูดถึงแรงบิดซึ่งหมายถึงแรงที่ส่งจากเครื่องยนต์ไปยังล้อและเคลื่อนย้ายรถอย่างแท้จริง เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเบนซินให้แรงบิดสูงสุดที่ความเร็วที่สูงขึ้น

เครื่องยนต์ดีเซลแบบดูดอากาศตามธรรมชาติที่คล้ายกันจะให้แรงบิดสูงสุดที่ความเร็วต่ำ ในขณะที่ใช้เชื้อเพลิงดีเซลน้อยลงในการทำงานที่เป็นประโยชน์ ซึ่งหมายถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง

น้ำมันดีเซลให้ความร้อนมากกว่าน้ำมันเบนซิน อุณหภูมิการเผาไหม้ของน้ำมันดีเซลสูงกว่า และความต้านทานการระเบิดสูงกว่า ปรากฎว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลให้งานที่มีประโยชน์มากกว่ากับเชื้อเพลิงจำนวนหนึ่ง

ค่าพลังงานของน้ำมันดีเซลและน้ำมันเบนซิน

เชื้อเพลิงดีเซลประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าน้ำมันเบนซิน ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าของหน่วยน้ำมันเบนซินเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ดีเซลยังขึ้นอยู่กับองค์ประกอบพลังงานของน้ำมันเบนซินและลักษณะของการเผาไหม้ด้วย การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของน้ำมันดีเซลและน้ำมันเบนซินในปริมาณที่เท่ากันจะทำให้เกิดความร้อนมากขึ้นในกรณีแรก ความร้อนในเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลที่เป็นประโยชน์อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ปรากฎว่าเมื่อเผาผลาญเชื้อเพลิงต่อหน่วยเวลาเท่ากันก็เป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่จะทำงานได้มากขึ้น

นอกจากนี้ยังควรคำนึงถึงคุณสมบัติของการฉีดและการสร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเผาไหม้ส่วนผสมโดยสมบูรณ์ ในเครื่องยนต์ดีเซล เชื้อเพลิงจะถูกจ่ายแยกจากอากาศ โดยไม่ได้ฉีดเข้าไปในท่อร่วมไอดี แต่จะฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรงที่ปลายสุดของจังหวะการอัด ผลลัพธ์ที่ได้คืออุณหภูมิที่สูงขึ้นและการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ที่สุดของส่วนหนึ่งของส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศที่ใช้งานได้

ผลลัพธ์

นักออกแบบพยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มจำนวนวาล์วไอดีและไอเสียต่อกระบอกสูบ การใช้งานแบบแอคทีฟ การควบคุมการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบอิเล็กทรอนิกส์ วาล์วปีกผีเสื้อ และโซลูชั่นอื่นๆ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก สิ่งนี้ใช้ได้กับเครื่องยนต์ดีเซลในระดับที่มากขึ้น

ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่จึงสามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงดีเซลส่วนหนึ่งที่อิ่มตัวด้วยไฮโดรคาร์บอนในกระบอกสูบได้อย่างสมบูรณ์ และผลิตแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำ รอบต่อนาทีต่ำหมายถึงการสูญเสียแรงเสียดทานน้อยลงและส่งผลให้เกิดการลาก ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ดีเซลในปัจจุบันจึงเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทหนึ่งที่มีประสิทธิผลและประหยัดที่สุดซึ่งมักจะมีประสิทธิภาพเกิน 50%

อ่านด้วย

เหตุใดจึงควรอุ่นเครื่องก่อนขับขี่: การหล่อลื่น น้ำมันเชื้อเพลิง การสึกหรอของชิ้นส่วนที่เย็น วิธีอุ่นเครื่องเครื่องยนต์ดีเซลอย่างเหมาะสมในฤดูหนาว

ความสำคัญหลักของสูตร (5.12.2) ที่ Carnot ได้รับสำหรับประสิทธิภาพของเครื่องจักรในอุดมคติคือเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์ความร้อนใดๆ

การ์โนต์ได้รับการพิสูจน์ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์* โดยมีทฤษฎีบทต่อไปนี้: เครื่องยนต์ความร้อนจริงใด ๆ ที่ทำงานด้วยเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิต 1 และอุณหภูมิตู้เย็นต 2 ไม่สามารถมีประสิทธิภาพเกินกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติได้

* จริงๆ แล้ว การ์โนต์ได้กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ก่อนซานตาคลอสและเคลวิน ในเมื่อกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ยังไม่ได้กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานในวงจรที่ผันกลับได้โดยใช้ก๊าซจริง วงจรสามารถเป็นอะไรก็ได้สิ่งสำคัญคืออุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นเท่านั้น ต 1 และ ต 2 .

สมมติว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนอื่น (ไม่ได้ทำงานตามวัฏจักรการ์โนต์) η ’ > η . เครื่องทำงานโดยใช้เครื่องทำความร้อนทั่วไปและตู้เย็นทั่วไป ปล่อยให้เครื่องคาร์โนต์ทำงานในวงจรย้อนกลับ (เช่น เครื่องทำความเย็น) และปล่อยให้อีกเครื่องทำงานในวงจรเดินหน้า (รูปที่ 5.18) เครื่องยนต์ความร้อนทำงานเท่ากับตามสูตร (5.12.3) และ (5.12.5):

เครื่องทำความเย็นสามารถออกแบบให้ดึงปริมาณความร้อนจากตู้เย็นได้เสมอ ถาม 2 = ||

จากนั้นตามสูตร (5.12.7) งานก็จะเสร็จสิ้น

(5.12.12)

เนื่องจากตามเงื่อนไข η"> η , ที่ เอ">ก.ดังนั้นเครื่องยนต์ความร้อนจึงสามารถขับเคลื่อนเครื่องทำความเย็นได้และยังมีงานเหลืออยู่อีกด้วย งานที่มากเกินไปนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนที่นำมาจากแหล่งเดียว ท้ายที่สุดความร้อนจะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังตู้เย็นเมื่อเครื่องสองเครื่องทำงานพร้อมกัน แต่สิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

ถ้าเราถือว่า η > η ", จากนั้นคุณสามารถทำให้เครื่องจักรอื่นทำงานในวงจรย้อนกลับ และเครื่องคาร์โนต์ในรอบไปข้างหน้าได้ เราจะขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อีกครั้ง ดังนั้น เครื่องจักรสองเครื่องที่ทำงานด้วยวงจรแบบพลิกกลับได้จึงมีประสิทธิภาพเท่ากัน: η " = η .

จะเป็นอีกเรื่องหนึ่งหากเครื่องจักรเครื่องที่สองทำงานในวงจรที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ถ้าเราถือว่า η " > η , แล้วเราจะกลับมาขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อีกครั้ง อย่างไรก็ตาม สมมติฐาน t|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η หรือ

นี่คือผลลัพธ์หลัก:

(5.12.13)

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริง

สูตร (5.12.13) ให้ขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับค่าประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน มันแสดงให้เห็นว่ายิ่งอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนสูงขึ้นและอุณหภูมิของตู้เย็นต่ำลง เครื่องยนต์ความร้อนก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น เฉพาะที่อุณหภูมิตู้เย็นเท่ากับศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้นที่จะ η = 1

แต่อุณหภูมิของตู้เย็นไม่สามารถต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมได้มากนัก คุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิเครื่องทำความร้อนได้ อย่างไรก็ตาม วัสดุใดๆ (ตัวเครื่องที่เป็นของแข็ง) มีความต้านทานความร้อนหรือความต้านทานความร้อนจำกัด เมื่อถูกความร้อนจะค่อยๆสูญเสียคุณสมบัติความยืดหยุ่นและละลายที่อุณหภูมิสูงพอสมควร

ขณะนี้ความพยายามหลักของวิศวกรมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการลดแรงเสียดทานของชิ้นส่วน การสูญเสียเชื้อเพลิงเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ฯลฯ โอกาสที่แท้จริงในการเพิ่มประสิทธิภาพที่นี่ยังคงมีอยู่มาก ดังนั้น สำหรับกังหันไอน้ำ อุณหภูมิไอน้ำเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายจะเป็นดังนี้โดยประมาณ: ต 1 = 800 เค และ ต 2 = 300 K ที่อุณหภูมิเหล่านี้ ค่าประสิทธิภาพสูงสุดคือ:

ค่าประสิทธิภาพที่แท้จริงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานประเภทต่างๆ อยู่ที่ประมาณ 40% ประสิทธิภาพสูงสุด - ประมาณ 44% - มีมอเตอร์ สันดาปภายใน.

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจะต้องไม่เกินค่าสูงสุดที่เป็นไปได้
, ที่ไหน T 1 - อุณหภูมิสัมบูรณ์ของเครื่องทำความร้อนและ T 2 - อุณหภูมิสัมบูรณ์ของตู้เย็น

เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนและเข้าใกล้ระดับสูงสุดที่เป็นไปได้- ความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่สุด

เป็นที่รู้กันว่าเครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลานั้นเป็นไปไม่ได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสำหรับกลไกใด ๆ ข้อความต่อไปนี้เป็นจริง: งานทั้งหมดที่ทำด้วยความช่วยเหลือของกลไกนี้ (รวมถึงการทำความร้อนกลไกและ สิ่งแวดล้อมเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน) มีงานที่มีประโยชน์มากกว่าเสมอ

ตัวอย่างเช่น งานมากกว่าครึ่งหนึ่งที่ทำโดยเครื่องยนต์สันดาปภายในนั้นสูญเปล่าไปกับการให้ความร้อน ส่วนประกอบเครื่องยนต์; ความร้อนบางส่วนจะถูกพาออกไปโดยก๊าซไอเสีย

มักจำเป็นต้องประเมินประสิทธิผลของกลไกและความเป็นไปได้ในการใช้งาน ดังนั้นเพื่อที่จะคำนวณว่างานที่ทำไปส่วนไหนเสียเปล่าและส่วนไหนมีประโยชน์เป็นพิเศษ ปริมาณทางกายภาพซึ่งแสดงให้เห็นประสิทธิภาพของกลไก

ค่านี้เรียกว่าประสิทธิภาพของกลไก

ประสิทธิภาพของกลไกเท่ากับอัตราส่วนของงานที่เป็นประโยชน์ต่องานทั้งหมด แน่นอนว่าประสิทธิภาพจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ค่านี้มักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ โดยปกติจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก η (อ่านว่า "นี่") ปัจจัยประสิทธิภาพย่อว่าประสิทธิภาพ

η = (A_เต็ม /A_useful) * 100%,

โดยที่ η ประสิทธิภาพ A_total งานประจำ, A_งานที่เป็นประโยชน์

ในบรรดาเครื่องยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด (สูงถึง 98%) ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในอยู่ที่ 20% - 40% และประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำอยู่ที่ประมาณ 30%

โปรดทราบว่าสำหรับ เพิ่มประสิทธิภาพของกลไกมักจะพยายามลดแรงเสียดทานลง ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้สารหล่อลื่นหรือตลับลูกปืนแบบต่างๆ ซึ่งแทนที่แรงเสียดทานแบบเลื่อนด้วยแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

ตัวอย่างการคำนวณประสิทธิภาพ

ลองดูตัวอย่างนักปั่นจักรยานน้ำหนัก 55 กก. ขี่จักรยานหนัก 5 กก. ขึ้นไปบนเนินเขาสูง 10 ม. ทำงาน 8 กิโลจูล ค้นหาประสิทธิภาพของจักรยาน อย่าคำนึงถึงแรงเสียดทานจากการหมุนของล้อบนถนน

สารละลาย.ลองหามวลรวมของจักรยานและนักปั่น:

ม. = 55 กก. + 5 กก. = 60 กก

ลองหาน้ำหนักรวมของพวกเขา:

P = มก. = 60 กก. * 10 นิวตัน/กก. = 600 นิวตัน

มาดูงานยกจักรยานและนักปั่นกันดีกว่า:

ประโยชน์ = PS = 600 N * 10 m = 6 kJ

มาดูประสิทธิภาพของจักรยานกัน:

A_เต็ม / A_useful * 100% = 6 กิโลจูล / 8 กิโลจูล * 100% = 75%

คำตอบ:ประสิทธิภาพของจักรยานคือ 75%

ลองดูอีกตัวอย่างหนึ่งวัตถุที่มีมวล m ถูกแขวนไว้จากปลายแขนคันโยก แรง F ลงที่แขนอีกข้างหนึ่ง และปลายของแขนลดลงโดย h ค้นหาว่าตัวถังเพิ่มขึ้นเท่าใดหากประสิทธิภาพของคันโยกเป็น η%

สารละลาย.มาดูงานที่ทำโดยแรง F:

η% ของงานนี้ทำเพื่อยกวัตถุที่มีมวล m ดังนั้น Fhη / 100 จึงถูกใช้ไปกับการยกร่างกาย เนื่องจากน้ำหนักของร่างกายเท่ากับ mg ร่างกายจึงเพิ่มขึ้นเป็น Fhη / 100 / mg