КПД тепловых машин

1. Тема: Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

2.

Развитие техники зависит от умения
использовать громадные запасы внутренней
энергии. Использовать эту энергию - это
значит совершать за ее счет полезную работу.
Рассмотрим источники, которые совершают
работу за счет внутренней энергии.

3.

4.

Вся
ли тепловая энергия превращается в
тепловых двигателях в механическую энергию?
Любой тепловой двигатель превращает в
механическую энергию только часть той
энергии, которая выделяется топливом.
Для характеристики экономичности различных
двигателей введено понятие КПД
(коэффициент полезного действия) двигателя.

5.

Нагреватель
Передает количество
теплоты Q1 рабочему телу
Q1
Совершает работу:
рабочее
тело
Q2
холодильник
A=Q1 −|Q 2|
Потребляет часть полученного
количества теплоты Q2

6.

КПД замкнутого цикла
|Q 2|
A Q 1 −|Q 2|
η=
=
=1−
|Q 1|
Q1
Q1
Q1 – количество теплоты полученное от нагревания
Q1>Q2
Q2 - количество теплоты отданное холодильнику
Q 2<Q 1
A’ = Q 1- |Q 2| - работа совершаемая двигателем за цикл
η<1

7.

Цикл C. Карно
T 1 −T 2
T2
η max =
=1−
T1
T1
¿
T1 – температура нагревания
Т2 – температура холодильника

8.

Виды тепловых двигателей
Паровой
двигатель
Двигатель
внутреннего
сгорания
Паровая
турбина
Дизельный
двигатель
Газовая
турбина
Реактивный
двигатель

9.

Характеристики тепловых двигателей
Двигатели
Мощность, кВт
КПД, %
ДВС:
карбюраторный
дизельный
1 – 200
15 - 2200
25
35
Турбины:
паровые
газовые
3 105
12 105
30
27
Реактивный
3 107
80

10.

КПД теплового двигателя
= (А / Q1 ) 100%
= А п/ Аз
= ( Q1-Q2 / Q1 ) 100%
= А п/ Аз
ВСЕГДА!
Почему?
= А п/ Аз
00%

11.

Качественные задачи:
1. Один из учеников при решении
получил ответ, что КПД теплового
двигателя равен 200%. Правильно ли
решил ученик задачу?
2. КПД теплового двигателя 45%. Что
означает это число?

12.

Ответы:
1. Нет. КПД теплового двигателя не
может быть равен 200%, т. к. он всегда
00%.
2. КПД теплового двигателя 45%
означает, что только 45% от теплоты,
переданной рабочему телу (газу), идет
на совершение полезной работы.

13.

Задачи:
1.Тепловой
двигатель за цикл
получает от нагревателя энергию,
равную
1000
Дж,
и
отдаёт
холодильнику энергию 800 Дж. Чему
равен КПД теплового двигателя?

14.

Решение:
1.Тепловой
двигатель за цикл
получает от нагревателя энергию,
равную
1000
Дж,
и
отдаёт
холодильнику энергию 800 Дж. Чему
равен КПД теплового двигателя?
= ( Q1-Q2 / Q1 ) 100%= ( 1000-800 / 1000) 100%
= 20%

15.

Определение полезной работы тепловой машины и КПД по графику:
P,
*10^5,
Па
1
4
2
3
V,м^3
Пусть тепловая машина работает в циклическом режиме 1-2-3-4. В
процессе 1-2 газ совершает работу, равную площади под графиком
(закрашено синим). В процессе 2-3 и 4-1 работа равна нулю. В процессе
3-4 внешние силы совершают работу, равную меньшей площади
(закрашено красным). Значит полезная работа численно равна площади
фигуры, ограниченной графиком 1-2-3-4 (закрашено зеленым). А КПД
рассчитывается по процентному отношению этой работы к общей
площади графика.

16.

Индивидуальная работа по графику:
Рассмотрим дату рождения, например: 29.07.2006. Из этих цифр можно
составить ряд по убыванию, исключая нули, получится: 97622. По
аналогии с предыдущим слайдом возьмем четыре цифры: 9762 и
распределим их по циклическому процессу в координатах p(v).
P,
*10^5
Па
9
1
8
2
7
6
5
4
3
2
3
4
1
0
1
2
3
4
5
Рассчитаем затраченную
работу газа в процессе 1-2
(площадь под графиком):
А1=(7*4+(9-7)*4/2)*10^5=
=32 *10^5 Дж
Рассчитаем полезную работу за
весь цикл (площадь фигуры 1-23-4:
А2=(2*4/2+1*4+(6-2)*4/2)*10^5=
=16*10^5 Дж
КПД=(А2/А1)*100%=
=(16*10^5/ 32 *10^5)*100%=50%
V,м^3

17.

Спасибо за внимание!