Плюсы и минусы использования тепловых двигателей

Сложно себе представить современный мир без достижений науки и техники. Прогресс достиг небывалых высот. Особое место в развитии человечества занимает создание теплового двигателя. Вместе с ним человечество вошло в новую эпоху, в эпоху машин и электричества. Зародившись еще в XVIII веке, он и по сей день имеет огромное значение для нас.

Конечно, за это время наука шагнула вперед. Были изобретены новые разновидности двигателей, усовершенствованы старые, но основные принципы, применяющиеся в конструкции, остались неизменными. Существует множество разновидностей тепловых машин. Несмотря на это, можно выделить общие особенности работы, характерные для всех типов.

Движение создается за счет нагревание газов или жидкостей, что приводит к изменению их объема. Расширяясь или сужаясь, продукты теплового воздействия осуществляют давление на поршень или турбину, которые таким образом приводятся в движение.

Разновидностей тепловых двигателей

Двигатели внешнего сгорания:

1. Двигатель Стерлинга. Основной принцип заключается в процессе нагревания и охлаждения вещества в замкнутом пространстве при помощи внешних источников тепла.
2. Паровые машины. Используется сила давления пара, образующегося при нагревании воды. При этом камера для сгорания топлива находится отдельно от рабочей камеры.

Двигатели внутреннего сгорания:

1. Поршневой. Способом получения механической энергии является процесс сгорания топлива внутри рабочей камеры. В результате этого приводятся в движение поршни. Основное место применения – современные автомобили.
2. Роторный. В отличие от поршневого двигателя воздействие оказывается на ротор. Применяется в конструкции электростанций, а также в некоторых автомобилях.
3. Реактивный двигатель. Используется принцип тяги, возникающий при выбросе отработанных газов в процессе сгорания топлива. Применяется в ракетостроении.

Тепловые двигатели имеют как преимущества, так и недостатки.

Преимущества использования тепловых двигателей

• Простота. Работа тепловых механизмов основана на простых и понятных принципах. Используются физические явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни: процессы охлаждения и нагревания жидкостей, газов, что приводит к уменьшению или увеличению их объема. Как известно, чем проще механизм, тем он надежней, и, что немаловажно, его легче ремонтировать.
• Автономность. Одним из наиважнейших преимуществ является автономность. При помощи транспортных средств человек может не ограничивать себя в передвижении. Это возможно благодаря тому, что двигатель может быть установлен на любой платформе. Он самодостаточен и не требует постоянной связи с какими-либо дополнительными источниками энергии.
• Эффективность. На сегодняшний день это одна из самых эффективных разновидностей двигателей. Поэтому применение очень обширно: начиная с газонокосилки или бензопилы, и заканчивая современными автомобилями, электростанциями, космическими ракетами.
• Источник энергии. Тепловые машины используются в качестве источника электроэнергии. Это могут быть как маленькие генераторы, обеспечивающие электричеством отдельно взятый дом, так и большие электростанции, которые снабжают целые города. Поэтому можно сказать, что другие типы двигателей, например электродвигатели, в какой-то степени зависят от тепловых.
• Компактность. Благодаря высокой эффективности тепловые двигатели, при относительно небольших габаритах, обладают хорошими характеристиками. Это также послужило причиной их широкого распространения во всех сферах человеческой жизни.

Недостатки тепловых двигателей

Помимо плюсов тепловые машины имеют и недостатки.

Низкий КПД

Конструкция двигателей такого типа предполагает использование внутренней энергии топлива. Часть этой энергии переходит в механическое действие, то есть совершает полезную работу. Но большая часть расходуется впустую.

Отношение энергии потраченной в пустую к энергии совершающей полезную работу и называют коэффициентом полезного действия.

Постоянно ведущиеся разработки позволяют улучшать этот коэффициент. Однако до сих пор нет возможности преодолеть даже порог в 50%. Это значит, что более половины энергии, затраченной на функционирование двигателя, не совершает полезной работы.

Это приводит к тому, что топливо не может расходоваться максимально эффективно.

Загрязнение окружающей среды

Одним из самых больших недостатков в настоящее время является загрязнение окружающей среды. В процессе горения выделяются вредные вещества: азот, сера. Вместе с ними в атмосферу попадают и другие вредные вещества, а также металлы, которые добавляются в топливо, чтобы улучшить его качество.

Стоит обратить внимание и на то, что происходит выделение большого количества тепла. Это сильно влияет на изменение климата планеты. Такие изменения принято называть глобальным потеплением. К сожалению, глобальное потепление может грозить тяжелыми последствиями для экологии.

Немаловажно и то, что для своего функционирования двигатели поглощают большие объемы кислорода, взамен возвращая углекислый газ.

Если учесть, насколько тепловые машины распространены в мире, становится понятно как велико их негативное влияние на глобальную экологическую обстановку.

Для сохранения экологии начинают приниматься меры по ограничению применения тепловых двигателей. Например, в некоторых странах ограничивается использование автомобилей на определенных территориях. Ужесточаются требования к уровню экологического загрязнения теми или иными двигателями.

Вывод

В наши дни огромные усилия тратятся на то, чтобы улучшить положительные моменты и уменьшить негативное влияние тепловых машин. Несмотря на несовершенство конструкции, они по сей день остаются незаменимыми для нас, и останутся такими еще на долгое время.

Достоинство и недостатки тепловых двигателей

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1.

Достоинство и недостатки тепловых двигателей

2. Краткая история.

Ещё в давние времена люди старались
использовать энергию топлива для
превращения её в механическую. В XVIIв. был
изобретён тепловой двигатель, который в
последующие годы был усовершенствован, но
идея осталась той же. Во всех двигателях
энергия топлива переходит сначала в энергию
газа или пара, а газ (пар) расширяясь,
совершает работу и охлаждается,а часть его
внутренней энергии при этом превращается в
механическую энергию. К сожалению,
коэффициент полезного действия не высок.

3. Типы тепловых двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания.
Паровая турбина.
Ракетный двигатель

4. Двигатель внутреннего сгорания.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, тепловой двигатель, в котором
часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется
в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по
рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления
горючей смеси с внешним (напр. , карбюраторные) и внутренним (напр., дизели)
смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные,
реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5.
Первый двигатель внутреннего сгорания сконструирован Э. Ленуаром в 1860.
В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который
работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком
топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре
такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя
состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск.
Для усиления мощности и
лучшей системы обеспеченности
равномерности вращения вала,
используют 4,8 и более цилиндровых
двигателей. Особенно мощные
двигатели на теплоходах, тепловозах
и др.

5. Паровая турбина.

В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового
двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал
двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели
называют турбинами.
ПАРОВАЯ ТУРБИНА, турбина, преобразующая тепловую энергию
водяного пара в механическую работу. Подразделяются на стационарные (напр.,
на теплоэлектростанции) и транспортные (судовые). Выполняются одно- и
многокорпусными (обычно не более 4 корпусов), одновальными (валы всех
корпусов на одной оси) и с параллельным расположением 2-3 валов. В
Российской Федерации строят паровые турбины мощностью от нескольких кВт
до 1200 МВт.
В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а
несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых
электростанциях и на кораблях.

6. Ракетный двигатель

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, реактивный двигатель, не использующий для
работы окружающую среду (воздух, воду). Распространены химические ракетные
двигатели (разрабатывают и испытывают электрические, ядерные и другие
ракетные двигатели). Простейший ракетный двигатель работает на сжатом газе.
По назначению различают разгонные, тормозные, управляющие и др. Применяют
на ракетах (отсюда название), самолетах и др. Основной двигатель в
космонавтике.

7. Значение тепловых двигателей

Наибольшее значение имеет использование тепловых
двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят
в движение роторы генераторов электрического тока.
Тепловые двигатели- паровые турбины- устанавливают
также на всех АЭС для получения пара высокой
температуры. На всех основных видах современного
транспорта преимущественно используются тепловые
двигатели: на автомобильном- поршневые двигатели
внутреннего сгорания; на водном- ДВС и паровые турбины;
на ж/д- тепловозы с дизельными установками; в авиациипоршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.
Без тепловых двигателей современная цивилизация
немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую
электроэнергию и были бы лишены всех двигателей
скоростного транспорта.

8. Цикл Карно

КАРНО ЦИКЛ, обратимый
круговой процесс, состоящий
из двух изотермических и двух
адиабатных процессов;
впервые рассмотрен Н. Л. С.
Карно (1824) в связи с
определением кпд тепловых
машин. Кпд Карно цикла n не
зависит от свойств рабочего
тела (пара, газа и т. п.) и
определяется температурами
теплоотдатчика Т1 и
теплоприемника Т2, n = (Т1Т2)/Т1. Кпд любой тепловой
машины не может быть
больше кпд Карно цикла (при
тех же Т1 и Т2).

9. Вред наносимый окружающей среде

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду
связано с действием различных факторов.
Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы,
вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно
уменьшается.
Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу
углекислого газа.
В третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными
и серными соединениями, вредными для здоровья человека.
А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три
тонн свинца.
Выбросы вредных веществ в атмосферу- не единственная сторона
воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики
производство электрической и механической энергии в принципе не
может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных
количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному
повышению средней температуры на земле. Одно из направлений,
связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности
использования энергии, борьба за её экономию.

10. Уменьшение загрязнений окружающей среды.

Один из путей уменьшения загрязнения
окружающей среды- использование в
автомобилях вместо карбюраторных
бензиновых двигателей дизелей, в топливо
которых не добавляют соединения свинца.
Перспективными являются разработки
автомобилей, в которых вместо бензиновых
двигателей применяются электродвигатели или
двигатели, использующие в качестве топлива
водород.

English    
Русский
Правила

Плюсы и минусы тепловых двигателей

Тепловой двигатель — это система, преобразующая тепло в механическую энергию. Тепловая машина очень полезна для человека. Тепловой двигатель используется в реактивных самолетах. Тепловые двигатели сделали путешествия очень легкими и удобными. С помощью тепловой машины мы можем путешествовать по миру за несколько часов.

Существуют два типа тепловых двигателей: тепловые двигатели внешнего сгорания и тепловые двигатели внутреннего сгорания. Тепловая машина состоит из трех частей: горячего резервуара, системы и холодного резервуара. Тепловые двигатели также загрязняют окружающую среду, поэтому их чрезмерное использование очень вредно для человека.

Давайте обсудим, что такое тепловая машина, части тепловой машины, процесс тепловой машины, преимущества тепловой машины и недостатки тепловой машины.

Что такое тепловая машина?

С точки зрения инженерии и термодинамики тепловой двигатель представляет собой систему, преобразующую тепловую энергию в механическую. Механическая энергия может использоваться в машинах. Он работает как циклический процесс. Он работает по принципу тепловых и рабочих отношений. При преобразовании тепла в рабочую энергию двигатель или система также отбрасывают некоторую тепловую энергию. Энергия переходит от высокой температуры к низкой температуре.

Существует два типа тепловых двигателей. Первый – это внешнее сгорание, а второй – внутреннее сгорание. В тепловом двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндра. Этот тип двигателя распространен в автомобилях. В тепловом двигателе внешнего сгорания топливо воспламеняется вне цилиндра. Паровая машина является примером тепловой машины внешнего сгорания. Детали теплового двигателя следующие.

Детали теплового двигателя

• Горячий резервуар: Источник тепла известен как горячий резервуар. Тепло, необходимое системе, обеспечивается горячим резервуаром.

• Система: – В системе тепло смешивается с другими газами или воздухом, являющимся рабочим телом, и система нагревается. Для паровых двигателей рабочим телом является вода, а для бензиновых транспортных средств – бензин. Рабочее тело поглощает тепло и расширяет его. Тепло, произведенное в системе, может быть использовано в машинах для работы.

• Резервуар холода: Остаток тепла, который остается после использования тепла и направляется в слив, является резервуаром холода. Он работает так же, как двигатель велосипеда. Двигатель велосипеда выделяет тепло, заставляющее колеса двигаться, а остальное тепло уходит через глушитель. Раковина поглощает тепло, как в примере с велосипедом. Атмосферный воздух также поглощает тепло.

Работа, выполняемая в тепловом двигателе (W), можно рассчитать по

. Удачное тепло = Q ₁

Отклоненое тепло = Q ₂

W = Q ₁ — Q ₂

_{КПД тепловой машины можно рассчитать по формуле}

КПД тепловой машины = W/Q ₁

Теорема или принцип Карно ограничивает эффективность тепловой машины. Цикл Карно является наиболее эффективным циклом тепловой машины. Цикл состоит из двух адиабатических процессов и двух изотермических процессов.

Преимущества теплового двигателя

• Используется в реактивных, бензиновых, дизельных, газовых и паровых двигателях. Это очень полезно для человечества.

• Тепловые двигатели просты в использовании, и люди используют тепловые двигатели в своей повседневной жизни.

• Это требует меньше времени и энергии. Тепловой двигатель экономит энергию и время. Это позволило путешествовать по миру за несколько часов.

• Его циклический процесс делает его более эффективным, чем другие процессы. Двигатель преобразует теплоту в работу, а теплота, которая не может быть использована двигателем, расходуется.

• Также используется для регулирования температуры.

• Высокая температура обеспечивает высокую эффективность.

• Многие жизни спасены с помощью тепловых двигателей. Всякий раз, когда это необходимо, люди могут быстро перемещаться из одного места в другое.

Недостатки теплового двигателя

• КПД теплового двигателя ограничен и не может быть использован полностью.

• Топливо на Земле ограничено. Мы чрезмерно используем топливо с тепловыми двигателями. Тепловые двигатели необходимо сделать более эффективными, чтобы уменьшить использование топлива в тепловых двигателях.

• Тепловой двигатель стоит дорого, поскольку не использует твердое топливо, такое как уголь, который дешевле дизельного топлива и бензина.

• Как мы все знаем, загрязнение окружающей среды увеличивается день ото дня, а тепловые двигатели производят значительное количество загрязнений. Именно поэтому люди переходят на электромобили. Для снижения уровня загрязнения необходимы новые технологии.

• Тепловой двигатель нуждается в надлежащем обслуживании, так как он состоит из нескольких частей.

• Один из главных недостатков двигателя внешнего сгорания — он огромен.

Заключение

Тепловая машина очень полезна для человека. Это полезно во многих работах, например, дизельных и бензиновых двигателях, реактивных двигателях и паровых турбинах. Чрезмерное использование приводит к загрязнению воздуха. Необходимо разработать новую технологию, которая приведет к более эффективным тепловым двигателям и меньшему загрязнению окружающей среды. Ограниченное использование тепловых двигателей может улучшить жизнь людей.

Двигатели Стирлинга — преимущества и недостатки Theteche.com

Советы по обучению

11 марта 2021 г.

Преимущества двигателей Стирлинга

Они могут работать непосредственно на любом доступном источнике тепла, а не только на источнике сгорания, поэтому они могут работать на тепле солнечной, геотермальной, биологические, ядерные источники или отработанное тепло промышленных процессов.

Для подачи тепла можно использовать непрерывный процесс сжигания, что позволяет сократить большинство видов выбросов.

Большинство типов двигателей Стирлинга имеют подшипник и уплотнения на холодной стороне двигателя, они требуют меньше смазки и служат дольше, чем другие типы поршневых двигателей.

Механизмы двигателя в некотором роде проще, чем у других типов поршневых двигателей. Клапаны не требуются, а система горелки может быть относительно простой.

В двигателе Стирлинга используется однофазная рабочая жидкость, которая поддерживает внутреннее давление, близкое к расчетному давлению, поэтому для правильно спроектированной системы риск взрыва низок. Для сравнения, в паровом двигателе используется двухфазная рабочая жидкость газ/жидкость, поэтому неисправный предохранительный клапан может вызвать взрыв.

В некоторых случаях низкое рабочее давление позволяет использовать легкие баллоны.

Они могут быть построены так, чтобы работать тихо и без подачи воздуха, для использования на подводных лодках с независимым от воздуха двигателем.

Они легко запускаются (хотя и медленно, после прогрева) и более эффективно работают в холодную погоду, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, которые быстро запускаются в теплую погоду, но не в холодную.

Двигатель Стирлинга, используемый для перекачивания воды, может быть сконфигурирован так, чтобы вода охлаждала пространство сжатия. Наиболее эффективен
при перекачивании холодной воды.

Они очень гибкие. Их можно использовать как ТЭЦ (комбинированное производство тепла и электроэнергии) зимой и как охладители летом.

Отработанное тепло относительно легко улавливается (по сравнению с отходящим теплом двигателя внутреннего сгорания), что делает двигатели Стирлинга полезными для тепловых и энергетических систем с двойной мощностью.

Недостатки двигателей Стирлинга

В конструкции двигателей Стирлинга требуются теплообменники для подвода и отвода тепла, и они должны выдерживать давление рабочей жидкости, где давление пропорционально выходной мощности двигателя.