الكفاءة الحرارية للمحرك الحراري: ماذا ، الصيغة ، كيف تجد


تتناول هذه المقالة الكفاءة الحرارية للمحرك الحراري. سنقسم الموضوع إلى قسمين. أولاً سوف ندرس عن المحرك الحراري ، ثم الكفاءة الحرارية ثم أخيرًا حول الكفاءة الحرارية للمحرك الحراري.

لا يمكننا تخيل حياتنا بدون محرك حراري. تعد المحركات الحرارية جزءًا من حياتنا منذ فترة طويلة الآن وقد جعلت حياتنا أسهل كثيرًا. في هذه المقالة سوف ندرس بالتفصيل المحركات الحرارية ونناقش كفاءتها. سنناقش أيضًا أنواعًا مختلفة من المحركات الحرارية.

ما هو المحرك الحراري؟

المحرك الحراري هو جهاز ميكانيكي يستخدم مبادئ الديناميكا الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.

تأتي الطاقة الحرارية من سائل العمل الذي يمكن أن يكون ماء أو بخارًا أو أي سائل آخر. سيتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بعد دخول التوربين. يمكن استخدام الطاقة الميكانيكية المحولة في العديد من التطبيقات مثل قاطرات القيادة وحتى لتوليد الكهرباء.

ما هي أجزاء عمل المحرك الحراري؟

المحرك الحراري عبارة عن تجميع لأربعة أجزاء رئيسية تعمل معًا لإنتاج مخرجات العمل. وترد هذه الأجزاء في القائمة أدناه-

  • المرجل سوف يضيف المرجل الحرارة للعمل سائل. بالنسبة للمحرك البخاري ، تحول هذه الحرارة الماء السائل إلى بخار. يحتوي هذا البخار على ضغط مرتفع وله أعلى محتوى داخلي. يتم تمرير هذا البخار إلى التوربين في المرحلة التالية.
  • التوربينات- التوربين هو المكون الرئيسي في المحرك الحراري. ينتج ناتج العمل في التوربين حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. ينخفض ​​ضغط البخار خلال هذه العملية. لكن المرحلة لا تتغير.
  • مكثف- سيغير المكثف بخار الضغط المنخفض إلى سائل منخفض الضغط. بمعنى أن المرحلة الغازية تتحول إلى مرحلة سائلة. لا تتغير درجة حرارة سائل العمل ومن ثم يمكننا القول أن عملية تغيير الطور بأكملها هي عملية متساوية الحرارة.
  • ضاغط- يزيد الضاغط من ضغط السائل ويضخه إلى المرجل. بهذه الطريقة يصبح سائل العمل سائلًا عالي الضغط بعد مروره عبر ضاغط.

أمثلة على دورات المحرك الحراري-

داخل المحرك الحراري ، يمكن أن يكون سائل العمل المستخدم مختلفًا. حتى المكونات يمكن أن تختلف حسب نوع التطبيق. المختلف الأنواع وبالتالي المحرك الحراري الأكثر استخدامًا تتم مناقشة الدورات في القسم الوارد أدناه-

  1. دورات الغاز- دورات الغاز لها سائل عامل في صورة غازية. سائل العمل الأكثر استخدامًا هو البخار. لا تتغير مرحلة مائع العمل في دورات الغاز فقط. الأنواع المختلفة لدورات الغاز هي دورة كارنو ، دورة برايتون ، دورة ستيرلينغ ، إلخ.
  2. الدورات السائلة- كما يوحي الاسم نفسه ، فإن الدورات السائلة تستخدم السائل فقط كسائل عملها. لا تتغير مرحلة سائل العمل. أمثلة الدورات السائلة هي دورة الجنيه الاسترليني ومحرك تجديد الحرارة.
  3. دورات الإلكترون- الأماكن المختلفة التي تستخدم فيها دورات الإلكترون هي الخلية الحرارية الجلفانية وتبريد الأنفاق الحرارية والانبعاثات الحرارية.
  4. الدورات المغناطيسية - يستخدم المحرك المغناطيسي الحراري دورة مغناطيسية.

ما هي الكفاءة الحرارية؟

الكفاءة الحرارية هي ببساطة نسبة الشغل الذي يتم إنتاجه إلى الحرارة التي تمت إضافتها إلى المحرك.

تخبرنا الكفاءة الحرارية عن مدى كفاءة المحرك الحراري. لقياس مقدار الشغل الناتج من كمية معينة من المدخلات الحرارية ، نحسب الحرارة نجاعة. يتم إنتاج العمل المفيد بواسطة التوربينات ن المحركات الحرارية. رياضيا ، الكفاءة الحرارية تعطى عن طريق-

الكفاءة الحرارية = (صافي العمل المنجز / مدخلات الحرارة)

الكفاءة الحرارية للمحرك الحراري
صورة: العمل المنجز دائمًا أقل من مدخلات الحرارة

اعتمادات الصورة: ويكيبيديا

ما هي الكفاءة الحرارية للمحرك

لقد ناقشنا بالفعل حول الكفاءة الحرارية في القسم أعلاه. الطاقة الحرارية للمحرك الحراري هي نسبة كميتين.

الكمية الأولى هي صافي العمل الذي تقوم به التوربين والأخرى هي الحرارة المضافة من خلال المرجل. يقوم التوربين ببعض الأعمال التي يتم من خلالها استخدام جزء من العمل لتشغيل الضاغط. يسمى العمل المتبقي بالشغل الصافي الناتج عن التوربين. يُطلق على الحرارة المضافة بواسطة المرجل إلى سائل العمل مدخلات حرارة في النظام أو المحرك الحراري.

الكفاءة الحرارية لصيغة المحرك الحراري

لقد ناقشنا بما فيه الكفاية حول الصيغة المتعلقة بالكفاءة الحرارية للمحرك الحراري.

يتم إعطاء الكفاءة الحرارية للمحرك الحراري من خلال الصيغة التالية-

حيث تعني إيتا الكفاءة الحرارية

Wnet هو صافي العمل الناتج عن التوربين

Q1 هي الحرارة المضافة إلى المحرك الحراري بواسطة المرجل

كيف تجد كفاءة المحرك الحراري؟

لقد ناقشنا هذا بالفعل في الأقسام أعلاه. الكفاءة أو الكفاءة الحرارية للحرارة يتم تعريف المحرك على أنه نسبة العمل الإخراج إلى مدخلات الحرارة في النظام. 

للعثور على صافي العمل الناتج في المحرك ، نطرح الشغل المنجز بواسطة التوربين ونُقل الشغل إلى الضاغط لتشغيله. الكمية المتبقية هي صافي العمل المنجز.

كيف تجد صافي العمل المنتجة؟

ليس من الضروري أن يكون صافي العمل الناتج مساويًا لإجمالي الشغل الناتج عن التوربين. هذا بسبب نقل قدر من العمل إلى الضاغط لتشغيله.

التوربين هو المكون الرئيسي في المحرك الحراري الذي ينتج الشغل. الضاغط هو جهاز امتصاص عمل يعمل بعد امتصاص بعض الأعمال التي ينتجها التوربين. يسمى الفرق بين إجمالي العمل الناتج عن التوربين والعمل المنقول إلى الضاغط على أنه صافي العمل المنجز في النظام أو صافي العمل المنتج في النظام.

رياضيا ،

العمل المنجز = العمل المنجز بواسطة التوربين - العمل الذي يمتصه الضاغط

مبدأ عمل المحرك الحراري

تعمل المحركات الحرارية على مبدأ بسيط لأخذ الحرارة من خزان حراري يسمى مصدر الحرارة ، مما ينتج عنه بعض العمل ويرسل الحرارة المتبقية إلى خزان حرارة آخر يسمى بالوعة الحرارة.

الطاقة التي يتم نقلها في المحرك الحراري تتبع قانون الحفظ. لا يتم إنشاء أو إتلاف أي حرارة إضافية في هذه العملية. لن يتمكن المحرك الحراري من تحويل جميع ملفات حرارة للعمل. دائمًا ما يتم فقد بعض المبلغ في الحوض. هنا يأتي عامل الكفاءة وهو مقدار العمل الذي يمكن أن ينتجه المحرك بكمية معينة من مدخلات الحرارة.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية للمحرك الحراري

هناك بعض قوانين الديناميكا الحرارية التي يتبعها كل محرك حراري. يرد القانون الثاني للديناميكا الحرارية لمحرك حراري أدناه -

القانون الثاني للديناميكا الحرارية- يستحيل على المحرك الحراري استخراج الحرارة من مصدر الحرارة وتحويلها بالكامل إلى عمل. يجب نقل قدر من الحرارة إلى المشتت الحراري.

ما هو كلاوزيوس عدم المساواة؟

تنص عدم المساواة Clausius على أنه بالنسبة للدورة الديناميكية الحرارية التي تتبادل الحرارة مع الخزانات الخارجية وتخضع لدورة ديناميكية حرارية ، فإن خط تكامل (Q / Tsurr) يكون أقل من أو يساوي الصفر.

رياضيا ، يمكننا كتابة Clausius عدم المساواة على النحو التالي-

أين،

del Q هي الكمية اللامتناهية للحرارة التي يمتصها النظام

تسر هي درجة حرارة المناطق المحيطة

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات