Wydajność (wydajność) jest terminem, który można zastosować, być może do każdego systemu i urządzenia. Nawet osoba ma wydajność, prawda prawdopodobnie nie jest jeszcze obiektywną formułą do znalezienia. W tym artykule opiszemy szczegółowo, jaką jest wydajność i jak można go obliczyć dla różnych systemów.
Kpd-definicja
Wydajność jest wskaźnikiem, który charakteryzuje skuteczność systemu dotyczące konwersji powrotu lub energii. Wydajność jest niezmierzona wartością i jest albo wartością liczbową w zakresie od 0 do 1 lub w procentach.
Ogólna formuła
Wydajność jest wskazana przez symbol ƞ.
Ogólna formuła matematyczna do znalezienia wydajności jest zapisana w następujący sposób:
Ƞ \u003d A / Q, gdzie jest przydatna energia / praca wykonywana przez system, a q jest energią zużywaną przez ten system, aby zorganizować proces uzyskania przydatnego wyjścia.
Wydajność, niestety, zawsze mniej niż jedna lub równa, ponieważ zgodnie z prawem ochrony energii nie możemy uzyskać więcej niż spędzony energię. Ponadto, w rzeczywistości wydajność jest bardzo rzadko równa, ponieważ przydatna praca zawsze towarzyszy obecność strat, na przykład, aby ogrzać mechanizm.
Wydajność silnika termalnego
Silnik ciepła jest urządzeniem, który konwertuje energię termiczną do mechanicznego. W silniku ciepła, praca jest określana przez różnicę w ilości ciepła otrzymanego z nagrzewnicy, a ilość ciepła, podane do chłodnicy, a zatem wydajność jest określona przez wzoru:
- Ƞ \u003d QH-QX / q N, gdzie q N oznacza ilość ciepła otrzymanego z nagrzewnicy, a QX jest ilością ciepła, podawanego chłodnicy.
Uważa się, że najwyższa wydajność zapewnia silniki działające na cyklu Carno. W tym przypadku wydajność jest określona przez wzór:
- Ƞ \u003d T1-T2 / T1, gdzie T1 jest temperaturą gorącego źródła, T2 - temperatura źródła zimnego.
Elektryczna wydajność silnika.
Silnik elektryczny jest urządzeniem, który konwertuje energię elektryczną do mechanicznego, więc wydajność w tym przypadku jest współczynnikiem wydajności urządzenia do transformacji energii elektrycznej do mechanicznego. Formuła znalezienia wydajności silnika elektrycznego wygląda tak:
- Ƞ \u003d P2 / P1, gdzie P1 jest zasilaniem elektrycznym, P2 jest użyteczną mocą mechaniczną generowaną przez silnik.
Moc elektryczna jest w postaci produktu i napięcia systemu (P \u003d UI) i mechaniczne - jako stosunek pracy do jednostki czasu (p \u003d A / T)
Transformator CPD.
Transformator jest urządzeniem, który konwertuje przemienny prąd jednego napięcia do prądu przemiennego innego napięcia, utrzymując częstotliwość. Ponadto transformatory mogą również przekształcić przemienny prąd w trwałe.
Wydajność transformatora jest we wzorze:
- Ƞ \u003d 1/1 + (P0 + PL * N2) / (P2 * N), gdzie p0 jest utratą trybu bezczynności, PL - straty obciążenia, P2 jest aktywną mocą podaną obciążeniem, n jest względnym stopniem Ładowanie.
Wydajność czy nie KPD?
Warto zauważyć, że oprócz wydajności nadal istnieje wiele wskaźników, które charakteryzują skuteczność procesów energetycznych, a czasami możemy spełnić opisy typu - wydajność około 130%, ale w tym przypadku musisz Zrozum, że termin nie jest całkowicie stosowany, a najprawdopodobniej autor lub producent rozumie nieco inną charakterystykę pod tym skrótem.
Na przykład pompy ciepła charakteryzują się faktem, że mogą dać więcej ciepła niż wydatki. W ten sposób lodówka może zająć więcej ciepła z chłodzonego obiektu niż wydana w energię równoważną do organizacji usuwania. Skuteczność maszyny chłodniczej nazywana jest współczynnikiem lodówki, oznaczony literą ɛ i jest określony przez wzór: ɛ \u003d Qx / A, gdzie QX jest ciepłem, który jest dostarczany z zimnego końca, a praca spędzona na proces wylotowy. Jednak czasami współczynnik chłodzenia nazywany jest skutecznością maszyny chłodniczej.
Interesujące jest również, że wydajność kotłów pracujących na paliwie organicznym jest zwykle obliczana wzdłuż najniższego ciepła spalania, podczas gdy może uzyskać więcej jednostek. Niemniej jednak wciąż jest tradycyjnie nazywany wydajnością. Możesz zdefiniować wydajność kotła wzdłuż najwyższego ciepła spalania, a następnie zawsze będzie mniej niż jeden, ale w tym przypadku jest to niewygodne porównanie parametrów kotłów z innymi instalacjami.
Stosunek wydajności (wydajność) - Jest to charakterystyczna dla efektywności systemu w odniesieniu do transformacji lub transmisji energii, która jest określona przez stosunek użytecznej energii do całkowitej energii uzyskanej przez system.
Kpd. - Wartość jest wymiarowa, zwykle wyrażona jako procent: 
Współczynnik użytecznych (wydajności) silnika termicznego zależy od wzoru: gdzie A \u003d Q1q2. Wydajność silnika ciepła jest zawsze mniejsza niż 1.
Carno Cycle. - Jest to odwracalny proces gazu kołowego, który składa się z konsekwentnie stojących dwóch izotermicznych i dwóch procesów adiabatycznych wykonywanych z płynem roboczym. 
Cykl okrągły, który obejmuje dwie izotermy i dwa adiabat, odpowiadają maksymalnej wydajności.
Francuski inżynier Sadi Carno w 1824 r. Przyniósł wzór maksymalnej wydajności idealnego silnika termicznego, gdzie płyn roboczy jest doskonały gaz, którego cykl składający się z dwóch izoterm i dwóch adiabat, tj. Cykl Carno. Cykl Carno jest prawdziwym cyklem roboczym silnika termicznego, który uderza w pracę z powodu ciepła dostarczanego przez płyn roboczy w procesie izotermicznym.
Formuła efektywności cyklu Carno, tj. Maksymalna wydajność silnika termicznego ma formularz: 
W przypadku gdy T1 jest absolutną temperaturą grzejnika, T2 jest absolutną temperaturą lodówki.
Silniki ciepła. - Są to struktury, w których energia termiczna zamienia się w mechaniczne.
Silniki termiczne są zróżnicowane zarówno w konstrukcji i zamierzonej konstrukcji. Należą do nich pojazdy parowe, turbiny parowe, silniki spalinowe, silniki odrzutowe.
Jednak pomimo różnorodności, w zasadzie działanie różnych silników termicznych ma wspólne funkcje. Główne składniki każdego silnika termicznego:
- podgrzewacz;
- ciało robocze;
- lodówka.
Podgrzewacz podkreśla energię termiczną, podczas gdy ogrzewa płyn roboczy, który znajduje się w komorze roboczej silnika. Płyn pracujący może być para lub gaz.
Biorąc ilość ciepła, gaz rozszerza się, ponieważ Jego ciśnienie jest bardziej zewnętrzne ciśnienie i przenosi tłok, wytwarzając pozytywną pracę. W tym przypadku jego spadki ciśnienia, a objętość wzrasta.
Jeśli ścisnąłeś gaz, przechodząc te same stany, ale w przeciwnym kierunku, będziemy wykonywać to samo przez wartość bezwzględną, ale negatywna praca. W rezultacie wszystkie prace na cykl będą zero.
W celu działania silnika ciepła różni się od zera, działanie kompresji gazowej powinno być mniejsze niż prace ekspansji.
Więc że praca kompresyjna stała się mniejsza niż dzieło ekspansji, konieczne jest, aby proces kompresyjny został upośledzony w mniejszej temperaturze, w tym korpus roboczy musi być chłodzony, dlatego lodówka zawiera projekt silnika termicznego. Lodówka Korpus roboczy daje z nim ilość ciepła w kontakcie.
Główną wartością otrzymanego wzoru Carno (5.12.2) dla wydajności idealnego samochodu jest to, że określa maksymalną efektywność dowolnej maszyny termicznej.
Carno okazało się na podstawie drugiej ustawy termodynamiki *, następujący twierdzenie: dowolna prawdziwa maszyna termiczna działająca z podgrzewaczem temperaturyT. 1 i lodówka temperatury.T. 2 nie może mieć użytecznego współczynnika przekraczającego wydajność idealnej maszyny termicznej.
* Carno faktycznie założył drugą ustawę termodynamiki do Clausiusa i Kelvina, gdy pierwsze prawo termodynamiki nie zostało opracowane ściśle.
Rozważmy najpierw maszynę termiczną działającą na cyklu odwracalnym z prawdziwym gazem. Cykl może być dowolnym, ważne jest tylko, aby temperatury grzejnika i lodówki były T. 1 i T. 2 .
Załóżmy, że wydajność innej maszyny ciepła (nie działa na cyklu Carno) η ’ > η . Maszyny działają ze wspólnym grzejnikiem i wspólną lodówką. Niech napęd samochodowy działa wzdłuż cyklu odwrotnego (jako lodówki), a druga maszyna znajduje się w cyklu bezpośredniego (rys. 5.18). Maszyna ciepła wykonuje zadanie zgodnie z formułami (5.12.3) i (5.12.5):
Lodówka może być zawsze skonstruowana tak, że wymaga ilości ciepła z lodówki P. 2
= |
|
Następnie, zgodnie z formułą (5.12.7), praca zostanie wykonana powyżej
(5.12.12)
Ponieważ pod warunkiem η "\u003e η , że A "\u003e A.Dlatego maszyna ciepła może działać jako lodówka, a nadal będzie nadmiar pracy. Ta nadmiarowa praca jest wykonywana z powodu ciepła pobranego z jednego źródła. W końcu lodówka w ramach działania na raz dwie maszyny ciepła nie są przesyłane. Ale jest to sprzeczne z drugim prawem termodynamiki.
Jeśli zakładamy, że η\u003e η ", możesz zmusić kolejną maszynę do pracy nad cyklem odwrotnym, a samochodem Carno - przez bezpośrednie. Ponownie przyjdziemy do sprzeczności z drugim prawem termodynamiki. W związku z tym dwie maszyny działające na cyklach odwracalnych mają taką samą wydajność: η " = η .
Inna firma, jeśli druga maszyna działa na nieodwracalnym cyklu. Jeśli pozwolisz η. "
>
η ,
ponownie przyjdziemy do sprzeczności z drugim prawem termodynamiki. Jednak założenie 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 lub. 
To jest główny wynik:
(5.12.13)
Efektywność prawdziwych maszyn ciepła
Wzór (5.12.13) podaje limit teoretyczny do maksymalnej wartości wydajności silników termicznych. Pokazuje, że silnik termiczny jest bardziej skuteczny niż wyższa temperatura grzejnika i poniżej temperatury lodówki. Tylko w temperaturze lodówki równej absolutnej zero, η \u003d 1.
Ale temperatura lodówki prawie nie może być znacznie niższa niż temperatura otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (stały) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci właściwości elastyczne, a w wystarczająco wysokiej temperaturze topi się.
Teraz główne wysiłki inżynierów mają na celu zwiększenie wydajności silników, zmniejszając tarcie ich części, straty paliwa ze względu na niekompletne spalanie itp realne możliwości zwiększenia efektywności tutaj są nadal duże. Tak więc dla turbiny parowej początkowe i końcowe temperatury pary są w przybliżeniu następujące: T. 1 = 800 k I. T. 2 = 300 K. W tych temperaturach maksymalna wartość wydajności sprawności jest:
Rzeczywista wartość wydajności dzięki różnym rodzajom strat energii wynosi około 40%. Maksymalna wydajność - około 44% - wewnętrzne silniki spalinowe.
Wydajność dowolnego silnika termicznego nie może przekraczać maksymalnej możliwej wartości. 
,
gdzie t. 1
-
absolutna temperatura grzejnika i t 2
-
absolutna temperatura lodówki.
Zwiększona wydajność silników termicznych i zbliża się do maksymalnego możliwego- najważniejsze zadanie techniczne.
Praca wielu rodzajów maszyn charakteryzuje taki ważny wskaźnik jako efektywność wydajności. Inżynierowie każdego roku starają się stworzyć bardziej zaawansowaną technikę, co przy niższych wydatkach paliwa dają maksymalny wynik z jego użycia.
Urządzenie do silnika termicznego.
Przed rozpoczęciem radzenia sobie z tym, że wydajność jest (współczynnik wydajności), konieczne jest zrozumienie, jak działa ten mechanizm. Bez wiedzy o zasadach jego działania niemożliwe jest dowiedzieć się istotę tego wskaźnika. Silnik termiczny nazywany jest urządzeniem, które wykonuje pracę z wykorzystaniem energii wewnętrznej. Każda maszyna cieplna, która przekształca energię termiczną w mechaniczne wykorzystuje rozszerzenie termiczne substancji ze wzrostem temperatury. W silnikach stałym, możliwe jest nie tylko zmianę objętości substancji, ale także kształt ciała. Efekt takiego silnika podlega prawom termodynamiki.
Zasada działania
Aby zrozumieć, jak działa silnik ciepła, konieczne jest rozważenie podstaw swojego projektu. W przypadku funkcjonowania urządzenia potrzebne są dwa ciała: Hot (nagrzewnica) i zimna (lodówka, chłodnica). Zasada działania silników termicznych (wydajność silników termicznych) zależy od ich typu. Często lodówka jest skraplaczem pary, a nagrzewnica jest dowolnym rodzajem paliwa paliwa w piecu. Wydajność idealnego silnika termicznego jest w takiej wzorze:
Wydajność \u003d (TNAgev. - Tolod.) / TNAgev. x 100%.
Jednocześnie wydajność rzeczywistego silnika nigdy nie będzie w stanie przekroczyć wartości uzyskanych zgodnie z tym wzorem. Również ten wskaźnik nigdy nie przekroczy wyżej wymienionej wartości. Aby zwiększyć wydajność, najczęściej zwiększa temperaturę grzejnika i zmniejsza temperaturę lodówki. Oba te procesy będą ograniczone do rzeczywistych warunków pracy.
Gdy silnik termiczny działa, wykonywana jest praca, ponieważ gaz rozpoczyna tracę energię i jest chłodzony do pewnej temperatury. Te ostatnie, z reguły, wynosi kilka stopni nad otaczającą atmosferą. Jest to temperatura lodówki. Takie specjalne urządzenie jest przeznaczone do chłodzenia z kolejną kondensacją zużytej pary. Tam, gdzie występują kondensatory, temperatura lodówki jest czasami niższa niż temperatura otoczenia.
W silniku ciepła ciało podczas ogrzewania i ekspansji nie jest w stanie dać całej swojej wewnętrznej energii do wykonywania pracy. Pewna część ciepła zostaną przeniesione do lodówki wraz z gazami spalinowymi lub parą. Ta część energii wewnętrznej termicznej jest nieuchronnie utracona. Płyn roboczy, gdy spalanie paliwa otrzymuje pewną ilość ciepła z nagrzewnicy Q 1. Jednocześnie nadal wykonuje pracę A, podczas której przenosi część lodówkę energii termicznej: Q 2 Wydajność charakteryzuje wydajność silnika w dziedzinie konwersji i transmisji energetycznej. Wskaźnik ten jest często mierzony jako procent. Wydajność formuły: η * A / QX100%, gdzie q jest energia wydana, ale jest przydatną pracą. Na podstawie prawa ochrony energii można stwierdzić, że wydajność zawsze będzie mniejsza niż jedna. Innymi słowy, użyteczne prace nigdy nie będą więcej niż na nią energia. Wydajność silnika jest stosunek przydatnych prac do energii zgłaszanej przez grzejnik. Może być reprezentowany jako taki formuła: η \u003d (Q 1 -Q2) / q 1, gdzie q1 oznacza ciepło otrzymane z nagrzewnicy, a q 2 jest dana lodówce. Prace wykonywane przez silnik termiczny jest obliczany przez ten wzór: A \u003d | q h | - | q x |, gdzie a jest pracą, q h jest ilością ciepła otrzymanego z nagrzewnicy, q x jest ilością ciepła podawanego do chłodnicy. | Q h | - | q x |) / | q h | \u003d 1 - | q x | / | q h | Równa się postawie silnika, który silnik wykonuje ilość uzyskanej ciepła. Część energii termicznej z tą transmisją jest tracona. Maksymalna wydajność silnika termicznego jest znana na urządzeniu Carno. Wynika to z faktu, że w określonym systemie zależy tylko od temperatury bezwzględnej grzejnika (TN) i chłodnicy (TX). Wydajność silnika termicznego działającego na cyklu Carno jest określona przez następujący wzór: (TX) / TN \u003d - TX. Obecnie istnieje wiele rodzajów silników termicznych, które działają zgodnie z różnymi zasadami i na różnych paliwo. Wszyscy mają własną wydajność. Należą do nich: Wewnętrzny silnik spalania (tłok), który jest mechanizmem, w którym część energii chemicznej paliwa spalania idzie do energii mechanicznej. Takie urządzenia mogą być gazem i płynem. Są silniki 2- i 4-suwowe. Mogą mieć cykl pracy ciągłego działania. Zgodnie ze sposobem wytwarzania mieszaniny paliwa, takie silniki są gaźnikiem (z powstawaniem mieszanki zewnętrznej) i oleju napędowego (z wewnętrznym). Przez typ konwertera energii są one oddzielone na tłoku, strumieniu, turbinie, połączonym. Wydajność takich maszyn nie przekracza 0,5. Silnik Stirling to urządzenie, w którym płyn roboczy jest w zamkniętym przestrzeni. Jest to różnorodność silnika zewnętrznego spalania. Zasada jego działania opiera się na okresowym chłodzeniu / ogrzewaniem ciała w celu wytworzenia energii z powodu zmian w jego objętości. Jest to jeden z najbardziej wydajnych silników. Silnik turbiny (obrotowy) z zewnętrznym spalaniem paliwa. Takie instalacje są najczęściej występują na stacjach elektrycznych termicznych. Turbina (Rotary) DVS stosuje się na stacjach elektrycznych termicznych w trybie Peak. Nie tak wiele powszechnych jak inni. Silnik turbunistyczny kosztem śruby stwarza część ciągu. Reszta dostaje kosztem spalin. Jego konstrukcją jest silnik obrotowy (turbina gazowa), na wale, którego śruba powietrza jest zasadzona. Rakieta, turbojet i silniki odrzutowe, które otrzymują przyczepność z powodu powrotu gazów spalinowych. Silniki stałe są stosowane jako stałe paliwo. Podczas pracy zmienia swoją głośność, ale formularz. Podczas obsługi urządzenia stosuje się niezwykle niewielką różnicę temperatur. Czy można zwiększyć wydajność silnika termicznego? Odpowiedź musi być poszukiwana w termodynamiki. Studiuje wzajemne przekształcenia różnych rodzajów energii. Ustalono, że niemożliwe jest przekształcenie całej dostępnej energii cieplnej w elektryczne, mechaniczne itp. W tym samym czasie transformacja ich do termicznego występuje bez żadnych ograniczeń. Jest to możliwe dzięki temu, że charakter energii termicznej opiera się na nieuprzejmowym (chaotycznym) ruchu cząstek. Im silniejsze ogrzewa się, tym szybciej składniki jego cząsteczki. Ruch cząstek będzie jeszcze bardziej nieuporządkowany. Wraz z tym wszyscy wiedzą, że zamówienie można łatwo przekształcić w chaos, co jest bardzo trudne do usprawnienia. Slajd 1. Clade 2. Slajd 3. Slajd 4. Slajd 5. Slajd 6. Slajd 7. Slajd 8. Slajd 9.Praca silnika termicznego
Silnik Carno.
Prawa termodynamiki pozwoliły obliczyć maksymalną wydajność, która jest możliwa. Po raz pierwszy liczba ta obliczyła francuski naukowiec i inżynier Sadi Carlo. Wpadł na maszynę termiczną, która prowadziła się na doskonałym gazie. Działa na cyklu 2 izotermy i 2 adiabat. Zasada jego pracy jest dość prosta: styk nagrzewnicy jest dostarczany do statku gazowego, w wyniku czego płyn roboczy rozszerza izotermilowo. Jednocześnie działa i otrzymuje pewną ilość ciepła. Po naczyniu jest izolowany termicznie. Mimo to gaz nadal się rozszerza, ale już adiabato (bez wymiany ciepła ze środowiskiem). W tym czasie jego temperatura zmniejsza się do wskaźników lodówki. W tym momencie styki gazu z lodówką, w wyniku czego zapewnia mu pewną ilość ciepła podczas kompresji izometrycznej. Następnie naczynie jest ponownie izolowane ciepło. Jednocześnie gaz jest adiabatycznie skompresowany do początkowej objętości i stanu.Odmiany
Inne typy silników termicznych
Jak mogę zwiększyć wydajność
Zadanie określania wydajności ciśnienia zależności ciśnieniowej od objętości. Oblicz wydajność maszyny ciepła, która wykorzystuje ten sam idealny gaz jako płyn roboczy i działający na cyklu, przedstawiony na rysunku. Wygląd nowych rysunków i rekordów jest dopiero po kliknięciu myszy.
Zadanie określania wydajności ciśnienia zależności ciśnieniowej od objętości. Oblicz wydajność maszyny ciepła za pomocą pojedynczego masła idealnego gazu jako płynu roboczego i działa na cyklu pokazanym na rysunku.
W konsekwencji Wskazówka W konsekwencji konieczna jest ustalenie w każdym procesie, aby zmienić temperaturę lub ilość ciepła. Obliczanie ilości ciepła opiera się na pierwszym prawie termodynamiki.
Wskazówka nr 2 Prace wykonywane w dowolnym procesie jest numerycznie równe obszarze liczby zawartej w ramach harmonogramu współrzędnych P (V). Obszar zacienionej liczby jest równy pracy w procesie 2-3, a obszar malowanej figury - pracuje w procesie 4-1, a to właśnie ta działanie gazu jest ujemna, ponieważ Od 4 do 1 objętość zmniejsza się. Praca na cykl jest równa sumie tych prac. W związku z tym działanie gazu dla cyklu jest numerycznie równa powierzchni tego cyklu.
Algorytm rozwiązywania problemów. 1. Wpisz formułę CPD. 2. Określ działanie gazu w obszarze figury procesowej we współrzędnych P, V. 3. Przeanalizuj, w którym z procesów jest absorbowany, a ilość ciepła wyróżnia się. 4. Korzystanie z prawa termodynamiki, oblicz wynikową ilość ciepła. 5. Oblicz wydajność.
1. Wpisz formułę CPD. 2. Określ działanie gazu w obszarze figury procesowej we współrzędnych P, V. Decyzja
1. PROCES1 -2. V \u003d Const, PTQ jest absorbowany 2. Proces 2 - 3. P \u003d CEST, V, TQ jest absorbowany 3. Proces 3 - 4. V \u003d CEST, P, TQ jest uwalniany 4. PROCES 4 - 1. P \u003d CEST, V, TQ Jest przeznaczony 3. Analiza, w którym z procesów jest absorbowany, a ilość ciepła jest wyróżniana.
W przypadku procesu 1-2 4. Używanie 1, Prawo termodynamiki, obliczając wynikową ilość ciepła. W związku z tym, dla procesu izochorycznego, górne równanie zostaną odjęte od niższego równania