Тема. Теплові машини (двигуни)

1. Теплова машина (ТМ) (тепловий двигун) – пристрій, який перетворює внутрішню енергію палива в механічну енергію двигуна.

До ТМ відноситься:

• парові машини;

• турбіни;

• парові і газові турбіни;

• ДВЗ (дизельні, карбюраторні, інжекторні);

• реактивні і турбореактивні двигуни.

Для того, щоб двигун виконував роботу, необхідна різниця тисків по обидва боки поршня двигуна або лопатей турбіни. Незважаючи на велику різноманітність видів теплових двигунів, усі вони мають загальний принцип дії. У роботі двигунів можна виділити такі загальні ознаки:

1) у будь-якому тепловому двигуні відбувається перетворення енергії палива в механічну енергію;

2) для роботи теплового двигуна потрібні нагрівник, охолоджувач і робоче тіло. У процесі роботи теплового двигуна робоче тіло забирає від нагрівника певну кількість теплоти Q₁ і перетворює частину цієї теплоти в механічну енергію, а неперетворену частину теплоти Q₂ передає охолоджувачу. За законом перетворення і збереження енергії

Q₁ = Q₂ + A;

3) робота будь-якого теплового двигуна полягає у повторюванні циклів зміни стану робочого тіла.

2. Принцип будови і роботи теплової машини

Схема будови і роботи ТМ Цикл роботи двигуна

р

1

2

0 V

Нагрівник (тепловіддавач) – тіло, що віддає ТДС енергію у формі деякої кількості теплоти Q_1.

Робоче тіло – ТДС, яка здійснює круговий процес (цикл), обмінюючись енергією з іншими тілами (нагрівником і холодильником) і виконуючи роботу:

Охолоджувач (теплоприймач) – тіло, тіло що приймає від робочого тіла частину енергії у формі деякої кількості теплоти Q_1.

Паливо згоряє, виділяючи кількість теплоти Q₁ , і передає її робочому тілу. Внаслідок отриманого тепла газ (або пара) значно розширюється, виконуючи роботу (н.п. піднімає поршень у циліндрі ДВЗ). За ІІ ЗТД неможливо, щоб , обов’язково частина енергії втрачається (на тертя, на теплообмін із зовнішнім середовищем, тощо).

Крім того ТМ, як правило, працюють циклічно. Для забезпечення додатної роботи циклу (А > 0) необхідно знизити температуру, що пройти зворотній процес (2→1) через ті самі об’єми, що і в прямому процесі (1→2), але з меншими тисками. Для цього необхідно відібрати у робочого тіла частину енергії Q₂, для чого і служить охолоджувач.

Ефективність використання енергії палива тепловою машиною визначається її ККД, тобто часткою теплоти Q₁, яку вона перетворила у роботу А.

₍₁₈₎