Mchakato adiabatic ni nini?

Kujenga joto injini, ambayo unaweza kufanya kazi kwa kutumia joto, unahitaji kujenga mazingira fulani. Kwanza kabisa, injini joto kufanya kazi katika hali ya mzunguko, ambapo idadi ya michakato mfululizo thermodynamic kujenga kitanzi. Kutokana na mzunguko gesi iliyoambatanishwa katika silinda kwa piston zinazohamishika, je kazi. Lakini mzunguko mmoja kwa kundi mashine kidogo, ni lazima iterate tena na tena kwa muda fulani. kazi jumla kufanyika katika muda predetermined katika hali halisi kugawanywa na wakati anatoa dhana nyingine muhimu - nguvu.

Katikati ya karne ya XIX, injini joto kwanza ziliundwa. Ni kazi, lakini kutumia zaidi ya kiasi cha joto zinazozalishwa na mwako wa mafuta. Hapo ndipo Fizikia ya kinadharia ni kuuliza, "Je, kazi gesi katika injini joto? Jinsi ya kupata kazi zaidi na kiwango cha chini ya mafuta? "

Kufanya uchambuzi wa kazi ya gesi , ilibidi kuanzisha mfumo mzima wa ufafanuzi na dhana. ujumla wa maamuzi yote na kuundwa utafiti eneo lote, inayoitwa "Engineering Thermodynamics". Katika thermodynamics, ilipitishwa na idadi ya mawazo, hauwezi kuzuia kutoka hitimisho kuu. Vyombo vya mwili - gesi ephemeral (si wa sasa katika asili) ambayo inaweza kuwa Komprimerade na sifuri kiasi ambao molekuli wala kuingiliana. Katika mazingira ya asili zipo tu gesi halisi, ambayo mali kichele kutofautishwa kutoka gesi bora.

Kuangalia mfano wa mienendo ya maji ya kazi, imekuwa alipendekeza sheria ya Thermodynamics, ambayo kuelezea taratibu za msingi thermodynamic kama vile:

• isochoric mchakato - mchakato ambao ni kazi bila kubadilisha kiasi cha maji ya kufanya kazi. Masharti isochoric mchakato, v = const;
• isobaric mchakato - mchakato ambao ni kazi bila kubadilisha shinikizo katika maji kazi. Masharti isobaric mchakato, P = const;
• isothermal (isothermal) mchakato - mchakato ambao ni kazi na kudumisha hali ya joto katika ngazi ya predetermined. Masharti isothermal mchakato, T = const;
• adiabatic mchakato (adiabatic, hivyo ni wito kisasa Thermal Engineering) - mchakato, kutumbuiza katika nafasi bila kubadilishana joto na mazingira. Masharti ya mchakato adiabatic, q = 0;
• polytropic mchakato - ni mchakato wa jumla kwamba inaelezea taratibu thermodynamic yote yaliyotajwa hapo juu, pamoja na uwezekano nyingine kwa ajili ya kutimiza katika silinda kwa piston movable.

Wakati wa kuundwa kwa injini joto kwanza searched mzunguko ambao kupata ufanisi wa juu (mgawo wa utendaji). Sadi Carnot, akichunguza seti ya taratibu thermodynamic, juu ya whim akaenda kwa maendeleo ya mzunguko wake, jina lake - Carnot mzunguko. Ni sequentially kazi isothermal, basi adiabatic compression mchakato. maji ya kazi baada ya utekelezaji wa taratibu hizi ina akiba ya nishati ya ndani, lakini mzunguko haijawahi kukamilika, hivyo maji ya kazi imepanuliwa na hufanya isothermal mchakato upanuzi. Kukamilisha mzunguko na kurudi awali kazi vigezo maji, adiabatic mchakato wa upanuzi ni kazi.

Carnot imeonekana kuwa ufanisi katika mzunguko wake kufikia kiwango cha juu, na tu inategemea joto la isotherms mbili. juu tofauti kati yao, ufanisi na alama za juu ya mafuta. Majaribio ya kujenga joto injini ya Carnot mzunguko na zimekuwa dafu. Ni mzunguko bora ambayo hayawezi kufanywa. Lakini imeonekana kanuni kuu za sheria ya pili ya Thermodynamics, kuhusu haiwezekani ya kupata kazi, sawa na gharama ya nishati ya joto. idadi ya ufafanuzi walikuwa yaliyoandaliwa sheria ya pili (sheria) ya sheria ya thermodynamics, kulingana na ambayo Rudolf Clausius ilianzisha dhana ya entropy. hitimisho kuu ya utafiti wake - entropy ni kuongeza, ambayo inaongoza kwa mafuta "kifo".

mafanikio muhimu ilikuwa ufahamu Clausius ya adiabatic mchakato katika utekelezaji wake wa maji ya kazi entropy haibadiliki. Kwa hiyo, mchakato adiabatic Clausius - ni s = const. Hapa s - ni entropy, ambayo inatoa jina lingine la mchakato unafanywa bila kusambaza au kuondoa joto, - mchakato isentropic. Wanasayansi wa kutafuta kama mzunguko joto injini, popote kulikuwa na ongezeko la entropy. Lakini, kwa bahati mbaya, hii hakuweza kuunda. Kwa hiyo Inatokea kwamba injini joto haiwezi kutengenezwa hata kidogo.

Lakini si wote watafiti wamekuwa kimeundwa hivyo tamaa. Walikuwa wakitafuta mzunguko halisi kwa mashine joto la mwili. Kutokana na utafutaji wao Nikolaus Agosti Otto iliyoundwa mzunguko joto yake injini, ambayo sasa unatekelezwa katika injini mbio juu ya petroli. Hapa, mchakato kufanywa na compression adiabatic ya mwili kazi na isochoric joto ugavi (mafuta mwako kwa sauti ya mara kwa mara), basi kuna watu adiabatic upanuzi (kazi inafanywa na wa kati kufanya kazi katika mchakato wa kuongeza kiasi yake), na isochoric joto kuondolewa. kwanza injini mwako ya Otto mzunguko ilitumika kama mafuta gesi inayoweza kuwaka. Baadaye sana ilizuliwa carburetors ambao wamekuwa benzovozdushnoy kujenga mchanganyiko wa hewa kwa mivuke ya petroli na kuwalisha kwa silinda injini.

Katika Otto mzunguko mafuta mchanganyiko ni USITUMIE, hivyo kiasi cha compression ya kiasi kidogo wake - mafuta mchanganyiko ana tabia ya kulipua (kulipuka wakati shinikizo muhimu na joto). Kwa hiyo, kazi katika adiabatic mchakato compression ni duni. Hapa sisi kuanzisha dhana nyingine: compression uwiano - uwiano wa jumla ya kiasi na kiasi compression.

Kutafuta njia za kuongeza ufanisi wa mafuta ya nishati aliendelea. Kuongezeka ufanisi kuonekana katika kuongeza uwiano compression. Rudolf Diesel maendeleo mzunguko wake ambao ugavi joto unafanywa katika shinikizo mara kwa mara (katika mchakato isobaric). mzunguko yake yalikuwa msingi wa injini ya kutumia dizeli (pia inajulikana kama mafuta ya dizeli). Katika mzunguko wa mchanganyiko mafuta ya dizeli ni si USITUMIE, na hewa. Kwa hiyo, kusema kwamba kazi ni kazi katika mchakato adiabatic. joto na shinikizo katika mwisho wa compression ya juu, hivyo kwa njia ya sindano pua mafuta unafanywa. Ni kuchanganywa na hewa ya moto na kuunda mchanganyiko kuwaka. Ni nzito, hii inaongeza nguvu ya ndani ya maji ya kazi. gesi zaidi kwa upanuzi adiabatic yaani, walifanya kazi kiharusi.

Kujaribu kutekeleza Dizeli mzunguko injini joto wameshindwa, hivyo Gustav Trinkler kuundwa pamoja mzunguko Trinklera. Na kutumia katika injini za dizeli ya leo. Katika mzunguko wa joto zinazotolewa na Trinklera isochore, na kisha juu ya isobars. Tu baada ya hili hufanywa mchakato adiabatic upanuzi wa maji kazi.

Kwa mlinganisho na injini piston joto na kazi turbine. Lakini mchakato wao wa kuondolewa joto katika mwisho wa muhimu adiabatic upanuzi wa gesi ni kazi kwa isobars. Kwenye ndege, injini ya gesi turbine, na utaratibu turboprop adiabatic hutokea mara mbili wakati wa compression na upanuzi.

Kuhalalisha dhana zote za msingi za mchakato adiabatic zimependekezwa fomula ya malipo. Kuna inaonekana thamani muhimu, aitwaye adiabatic index. thamani yake kwa gesi diatomic (oksijeni na nitrojeni - ni kuu diatomic gesi sasa katika hewa) sawa na 1.4. Mahesabu ya index adiabatic kutumika ina sifa mbili ya kuvutia, yaani, isobaric na isochoric joto uwezo wa maji kazi. uwiano wa k = Cp / Cv - ni adiabatic index.

Kwa kutumia utaratibu adiabatic katika mzunguko wa nadharia ya injini joto? Kwa kweli walifanya mchakato polytropic, lakini kutokana na ukweli kwamba kutokea katika kiwango cha juu, ni kukubaliwa kudhani kutokana na kukosekana kwa fedha za joto na mazingira.

90% ya umeme yanayotokana na mitambo ya mafuta nguvu. Ndani yao kama maji ya kufanya kazi kutumika mvuke. Ni zinazozalishwa wakati kuchemsha. Kuongeza uwezo wa kufanya kazi ya mvuke, ni superheated. Kisha, shinikizo superheated mvuke ni hutolewa kwa turbine mvuke. Pia unafanyika adiabatic upanuzi mchakato mvuke. Turbine anapata rolling, ni kupitishwa kwa jenereta ya umeme. Kwamba, kwa upande wake, inazalisha umeme kwa watumiaji. Steam mitambo kazi kwa Rankine mzunguko. Kimsingi ufanisi pia kuhusishwa na kuongezeka kwa joto na shinikizo mvuke.

Kama inavyoonekana kutoka juu, mchakato adiabatic ni kawaida sana katika uzalishaji wa nguvu mitambo na umeme.