Siltuma dzinējs
Inženierzinātnēs un termodinamikā siltuma dzinējs pārvērš siltuma enerģiju mehāniskajā darbā, izmantojot temperatūras starpību starp karstu "avotu" un aukstu "izlietni". Siltums no avota caur dzinēja "darba korpusu" tiek nodots "izlietnei", un šajā procesā daļa siltuma, izmantojot gāzes vai šķidruma īpašības dzinēja iekšienē, pārvēršas darbā.
Ir daudz siltuma dzinēju veidu. Katram no tiem ir termodinamiskais cikls. Siltuma dzinēju nosaukums bieži tiek dots pēc termodinamiskā cikla, ko tie izmanto, piemēram, Karno cikls. Bieži vien tiem tiek lietoti ikdienišķi nosaukumi, piemēram, benzīna/ benzīna, turbīnu vai tvaika dzinēji.
Iekšdedzes dzinēji rada siltumu pašā dzinējā. Citi siltuma dzinēji var absorbēt siltumu no ārēja avota. Siltuma dzinēji var būt atvērti gaisam vai hermētiski noslēgti un slēgti no ārpuses (to sauc par atvērtu vai slēgtu ciklu).
1. attēls: Siltuma dzinēja shēma. TH ir siltuma avots un TC ir aukstuma uztvērējs. QH ir siltums, kas ieplūst dzinējā. QC ir izplūdes siltums, kas nonāk aukstajā uztvērējā. W ir lietderīgais darbs, kas iziet no dzinēja.
Pārskats
Kad zinātnieki pēta siltuma dzinējus, viņi nāk klajā ar idejām par dzinējiem, kurus faktiski nevar uzbūvēt. Tos sauc par ideālajiem dzinējiem vai cikliem. Reālos siltuma dzinējus bieži jauc ar ideālajiem dzinējiem vai cikliem, kurus tie mēģina atdarināt.
Raksturojot fizisko ierīci, parasti lieto terminu "dzinējs". Aprakstot ideālo variantu, lieto terminu "cikls".
Varētu teikt, ka termodinamiskais cikls ir ideāls mehāniskā dzinēja gadījums. Tāpat varētu teikt, ka modelis ne gluži ideāli atbilst mehāniskajam dzinējam. Tomēr daudz priekšrocību dod vienkāršotie modeļi un ideālie gadījumi, ko tie var pārstāvēt.
Vispārīgi runājot, jo lielāka ir temperatūras starpība starp karsto avotu un auksto uztvērēju, jo efektīvāks ir cikls vai dzinējs. Uz Zemes jebkura siltuma dzinēja aukstā puse ir ierobežota ar gaisa temperatūru vietā, kur atrodas dzinējs.
Lielākā daļa centienu uzlabot siltuma dzinēju efektivitāti tiek veltīti siltuma avota temperatūras paaugstināšanai, taču ļoti augstā temperatūrā dzinēja metāls sāk kļūt mīksts.
Dažādu šobrīd ierosināto vai izmantoto siltumdzinēju efektivitāte svārstās no 3 % (97 % izlietotā siltuma) OTEC okeāna enerģijas priekšlikumā, 25 % lielākajā daļā automobiļu dzinēju, 45 % superkritiskā ogļu spēkstacijā līdz aptuveni 60 % tvaika dzesētā kombinētā cikla gāzes turbīnā. Visi šie procesi iegūst savu efektivitāti (vai tās trūkumu), pateicoties temperatūras pazeminājumam tajos.
Vismazāk efektīvā OTEC izmanto okeāna ūdens virsmas un dziļumā esošā ūdens temperatūras starpību, kas ir neliela, iespējams, 25 grādu pēc Celsija, tāpēc efektivitātei jābūt zemai.
Visefektīvākā ir kombinētā cikla gāzturbīna, kas sadedzina dabasgāzi, lai gaisu uzsildītu līdz gandrīz 1530 grādiem pēc Celsija, kas ir liela temperatūras starpība - 1500 grādi pēc Celsija, tāpēc, pievienojot tvaika dzesēšanas ciklu, efektivitāte var būt ļoti liela.
Ikdienas piemēri
Cilvēki lielākoties izmanto siltuma dzinējus, kuros siltums tiek iegūts no uguns, kas paplašina darba šķidrumu (parasti ūdeni vai gaisu), un siltuma uztvērējs ir vai nu ūdens tilpne, vai atmosfēra, piemēram, dzesēšanas tornis.
Pazīstamie dzinēji, kuros izmanto sakarsētu gāzu izplešanos, ir tvaika dzinējs, dīzeļdzinējs un benzīna (benzīna) dzinējs automašīnā.
Stirlinga dzinējs ir daudz retāk sastopams, taču to var atrast nelielos modeļos, kas var darboties, izmantojot rokas siltumu.
Viens no rotaļlietu siltuma dzinēju veidiem ir dzeramais putns.
Bimetāla sloksne ir ierīce, kas pārvērš temperatūru mehāniskā kustībā un tiek izmantota termostatos, lai kontrolētu temperatūru. Tas ir siltuma dzinējs, kas neizmanto šķidrumu vai gāzi.
Saistītās lapas
- Siltumsūknis
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas inženierzinātnē un termodinamikā ir siltuma dzinējs?
A: Siltumdzinējs ir ierīce, kas pārvērš siltuma enerģiju mehāniskajā darbā, izmantojot temperatūras starpību starp karstu "avotu" un aukstu "izlietni".
J: Kā darbojas siltuma dzinējs?
A: Siltums no avota caur dzinēja darba korpusu tiek pārnests uz uztvērēju, un šajā procesā daļa siltuma tiek pārvērsta darbā, izmantojot gāzes vai šķidruma īpašības dzinējā.
J: Kādi ir termodinamiskie cikli, kas saistīti ar siltuma dzinējiem?
A: Ir daudz siltuma dzinēju veidu, un katram no tiem ir īpašs termodinamiskais cikls. Tos sauc pēc termodinamiskā cikla, ko tie izmanto, piemēram, Karno cikls.
J: Kādi ir daži piemēri siltuma dzinējiem, kas nosaukti pēc ikdienā sastopamu priekšmetu nosaukumiem?
A.: Daži piemēri, kad siltuma dzinēju nosaukumi ir saistīti ar ikdienā sastopamiem priekšmetiem, ir benzīna/ benzīna dzinēji, turbīnu dzinēji un tvaika dzinēji.
J: Kā iekšdedzes dzinēji ražo siltumu?
A: Iekšdedzes dzinēji rada siltumu pašā dzinējā.
J: Vai siltuma dzinēji var būt atvērti gaisam?
A: Jā, siltuma dzinēji var būt atvērti gaisam vai hermētiski noslēgti un slēgti no ārpuses. To sauc par atvērtu vai slēgtu ciklu.
J: Vai visi siltuma dzinēji absorbē siltumu no ārēja avota?
A.: Nē, lai gan daži siltuma dzinēji var absorbēt siltumu no ārēja avota, citi var ražot siltumu pašā dzinējā.
