Реферат: Тепловой двигатель с внешним подводом теплоты

РЕФЕРАТ

по физике

НА ТЕМУ

Тепловой двигатель

с внешним подводом теплоты

Выполнил учениr10 — “Б

”класса

средней школы № 33

ПЛАН

Введение

1.

Перспективныеразработки.

2.

Термодинамикатеплового двигателя

3.

Работа двигателя

4.

Схема двигателя

Заключение

Список литературы

Введение

Автомобильный двигатель прошел длительный путь развития и с техническойточки зрения является совершенным. Однако до настоящего времени наибольшеевнимание в процессе его совершенствования уделялось достижению максимальноймощности, малой массы и размеров двигателя, минимальных производственныхзатрат. Теперь на первый план как важнейший критерий оценки двигателя выступаетминимизация потребления им топлива. Снижения потребления топлива достичьнепросто, и, кроме того, оно может оказывать неблагоприятное влияние на рядпараметров двигателя.

Несмотря на постоянно сокращающиеся возможности совершенствования современныхдвигателей внутреннего сгорания, им по-прежнему уделяется большое внимание. Этосвязано, прежде всего, с трудностями перевооружения такой громадной отрасли какавтомобилестроение. Тем не менее, выполнение выдвигаемых на перспективу жесткихтребований к чистоте отработавших газов и экономичности, к бензиновым идизельным двигателям внутреннего сгорания не представляется возможным.

Поэтому целесообразно уделять внимание радикальному изменению силовыхустановок механических транспортных средств. Одним из вариантов такогорадикального изменения силовой установки является двигатель с внешним подводомтеплоты. Возможности совершенствования, такого двигателя еще не исчерпаны.Необходимо совершенствовать как его термодинамический цикл, так и саму силовуюустановку его использующую.

Перспективныеразработки

По данным агенства экономических новостей,наиболее перспективными разработками в настоящее время являются термомагнитный двигатель и тепловой двигательс внешним подводом теплоты.

Термомагнитный двигательвыгодно отличается простой конструкцией, в котором тепловая энергия горячихгазов, получаемых от сгорания топлива, переходит в механическую энергию за счетфазового перехода материала ротора из магнитного состояния в немагнитное иобратно. Двигатель может иметь коэффициент полезного действия выше, чем удвигателей внутреннего сгорания и для своей работы может даже использовать низкотемпературныегазы (порядка 100 град. С), которые другие двигатели не могут использоватьсовсем или использовать с меньшей эффективностью.

Используя горячие газы,полученные сжиганием жидкого или газообразного топлива, предложенный двигательможет заменять двигатели внутреннего сгорания. Однако новый двигатель гораздопроще по конструкции и работает без шума, что является его большимдостоинством.

Новый двигатель может такжеработать используя горячие газы, являющиеся отходами при работе различныхвысокотемпературных агрегатов: металлургических печей, котельных установок ит.п.

Рассматриваемый ниже двигатель с внешним подводом теплоты предназначендля утилизации тепловой энергии горячих газов, являющихся отходами различныхпроизводств и процессов. Извлеченное тепло двигатель превращает в механическуюработу, которая с помощью электрогенератора может быть превращена вэлектроэнергию. В современном производстве тепловых отходов в виде газовгорячих очень много. Это горячие газы, выходящие из металлургических печей,котельных установок разного рода, газы в трубах систем отопления.

Наиболее перспективнымприменением двигателя является использование его в частных домах в районах схолодным климатом (Север РФ, Сибирь, Аляска, Канадский Север, Скандинавия). Вэтом случае тепло отходящих газов системы отопления будет использовано дляобеспечения дома электроэнергией. Двигатель также может приводить в движениенасос для подачи в дом воды из реки.

Рассматриваемый двигательразработан в Екатеринбурге Конюховым ДмитриемЛеонидовичем и не имеет зарубежных аналогов.

Термодинамика тепловогодвигателя

В настоящий момент для двигателей с внешним подводом теплоты наиболееизвестен термодинамический цикл Стирлинга, состоящий из двух изотерм и двухизохор. Но возможно применение и других термодинамических циклов в подобныхдвигателях.

Рассмотрим идеальный термодинамический цикл с изотермическим сжатием иадиабатическим расширением некого гипотетического двигателя. На рис. 1 приведентакой идеальный термодинамический цикл, показанный в pV- и sT-координатах.

PRIVATE«TYPE=PICT;ALT=»

Рис. 1. Идеальныйтермодинамический цикл

В цикле принят изохорический процесс подвода теплоты так как, его термическийКПД больше изобарического. Для упрощения расчетов, изохорический процесс 2–3показан прямой линией.

Термический КПД цикла по sT-диаграмме рис. 1а:

PRIVATEPRIVATE «TYPE=PICT;ALT=»<img src="/cache/referats/8687/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

(1)

ТермическийКПД цикла по pV-диаграмме рис. 2б:

(2)

где:
P — степень повышениядавления;
Q – показательадиабаты;
T – степень сжатия.

Как видно из формулы (1) термический КПД такого цикла зависит ототношения температур холодильника и нагревателя, а формулы (2) – соответствиямежду необходимой производимой работой, степенью сжатия и количествомподводимой теплоты.

Например, при T3 = 1173K; T1 = 337K;? = 6,5;? =1,6 и? = 3,5 термический КПД цикла составит 0,55. Что, при прочих равныхусловиях, сопоставимо с термическим КПД цикла Стирлинга.

Но в реальном двигателе добиться, чтобы он работал по такому циклуконечно трудно, поэтому обобщенный термодинамический цикл реального двигателябудет выглядеть так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Реальный термодинамический цикл

Работа двигателя

Для объяснения принципа работы ДВПТ по циклу с изохорическим сжатием иадиабатическим расширением воспользуемся рис. 3.

Рис. 3. Принцип работы ДВПТ

Такт впуска (рис. 3а).

В верхней мертвой точке (ВМТ) открывается клапан расположенный в поршне ипри движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) рабочее тело, с давлением p1и температурой T1, поступает в цилиндр. В НМТ клапан в поршнезакрывается.

Такт сжатия (рис. 3б).

При движении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит сжатиерабочего тела, при этом выделяющаяся в процессе сжатия теплота Q1(см. рис. 1) рассеивается в окружающей среде, вследствие этого температурастенки цилиндра, а, следовательно, и температура рабочего тела поддерживаетсяпостоянной и равной T1. Давление рабочего тела возрастает и достигаетзначения p2.

Такт расширения (рис. 3в).

В процессе нагревания теплота через стенку цилиндра передается рабочемутелу. При мгновенном подводе теплоты Q2 к рабочему телу давление итемпература в цилиндре возрастают, соответственно до p3 и T3.Рабочее тело воздействует на поршень и перемещает его к НМТ. В процессеадиабатного расширения рабочее тело производит полезную работу, а давление итемпература уменьшаются до p1 и T1.

Такт выпуска (рис. 3г).

При движении поршня к ВМТ в цилиндре открывается клапан и через негоосуществляется выпуск рабочего тела из цилиндра, с давлением p1 итемпературой T1. В НМТ клапан в цилиндре закрывается.

Цикл замыкается.

Схема двигателя

Упрощенная схема двигателя представлена на рис. 4.

PRIVATE«TYPE=PICT;ALT=»

Рис. 4. Схемаработы ДВПТ

В двигателе такты сжатия и расширения осуществляются в разных цилиндрах,соответственно компрессионном 1 и расширительном 2. Цилиндры 1 и 2 связаны междусобой через компрессионную 3 и расширительную 4 магистрали. В компрессионноймагистрали 3 находится охладитель 5, а в расширительной магистрали 4 находитсянагреватель 6. Компрессионная магистраль 3 подключена к компрессионномуцилиндру 1 через выпускной клапан 7, а к расширительному цилиндру 2 черезвпускной клапан 8. Расширительная магистраль 4 подключена к расширительномуцилиндру 2 через выпускной клапан 9, а к компрессионному цилиндру 1 черезвпускной клапан 10. Поршни 11 и 12 цилиндров 1 и 2 связаны с валом двигателя 13через механизм преобразования движения 14.

Заключение

Главный вопрос – как технически реализовать рассмотренный выше цикл нареальном устройстве. Без сомнения существует несколько вариантов.

Автор предложил вариант реализации цикла в двигателе, содержащемкомпрессионные и расширительные цилиндры расположенные вокруг оси приводноговала с наклонной шайбой. Причем впускной орган компрессионных и выпускной органрасширительных цилиндров выполнены в поршнях.

Принятое автором техническое решение позволит сделать геометрическиехарактеристики впускных и выпускных органов максимально возможных размеров, ивследствие чего, максимально уменьшить сопротивление при впуске и выпускерабочего тела. Впускные и выпускные органы компрессионных и расширительныхцилиндров управляются электроникой. В качестве источника тепла применентепловой аккумулятор. К тепловому аккумулятору подключена камера сгорания,которая автоматически поддерживает в нем постоянную температуру.

Совокупность выше названных технических решений, по мнению автора,позволит:

Þ

беспринудительныйзапуск двигателя;

Þ

Список литературы

1.

ДвигателиСтирлинга: Сборник статей / Перевод с англ. Б.В. Сутугина; под ред. д.т.н.,проф. В.М. Бродянского. – М.: «Мир», 1975.

2.

ДвигателиСтирлинга / [В.Н. Даниличев, С.И. Ефимов, В.А. Звоноки др.]; под ред. М.Г. Круглова. – М.:«Машиностроение», 1977.

еще рефераты

Еще работы по транспорту

Реферат по транспорту