Tepelná účinnost tepelného motoru: co, vzorec, jak najít

Tento článek pojednává o tepelné účinnosti tepelného motoru. Téma rozdělíme na dvě části. Nejprve budeme studovat o tepelném motoru, poté o tepelné účinnosti a nakonec o tepelné účinnosti tepelného motoru.

Bez tepelného motoru si svůj život neumíme představit. Tepelné motory jsou součástí našich životů odedávna a velmi nám usnadňují život. V tomto článku budeme podrobně studovat tepelné motory a diskutovat o jejich účinnosti. Budeme také diskutovat o různých typech tepelných motorů.

Co je tepelný motor?

Tepelný motor je mechanické zařízení, které využívá principů termodynamiky k přeměně tepelné energie na mechanickou energii.

Tepelná energie pochází z pracovní tekutiny, kterou může být voda nebo pára nebo jakákoli jiná tekutina. Tepelná energie se po vstupu do turbíny přemění na mechanickou energii. Přeměněná mechanická energie může být použita v mnoha aplikacích, jako je řízení lokomotiv a dokonce i pro výrobu elektřiny.

Jaké jsou pracovní části tepelného motoru?

Tepelný motor je sestava čtyř hlavních částí, které společně vytvářejí pracovní výkon. Tyto díly jsou uvedeny v seznamu níže -

• Kotel - The kotel dodá teplo do prac tekutina. U parního stroje toto teplo přeměňuje kapalnou vodu na páru. Tato pára obsahuje vysoký tlak a má nejvyšší entalpii. Tato pára se v dalším stupni vede do turbíny.
• Turbína– Turbína je hlavní součástí tepelného motoru. Pracovní výkon se vyrábí v turbíně přeměnou tepelné energie na mechanickou energii. Během tohoto procesu se tlak páry snižuje. Fáze se však nemění.
• Kondenzátor– Kondenzátor změní nízkotlakou páru na nízkotlakou kapalinu. To znamená, že se plynná fáze změní na kapalnou fázi. Teplota pracovní tekutiny se nemění, lze tedy říci, že celý proces změny fáze je izotermický proces.
• Kompresor– Kompresor zvyšuje tlak kapaliny a čerpá ji do kotle. Tímto způsobem se pracovní tekutina po průchodu kompresorem stává vysokotlakou kapalinou.

Příklady cyklů tepelných motorů -

Uvnitř tepelného motoru může být použitá pracovní kapalina různá. I komponenty se mohou lišit podle typu aplikace. Odlišný typů a tedy nejběžněji používaným tepelným motorem cykly jsou diskutovány v části uvedené níže -

1. Plynové cykly– Plynové cykly mají pracovní tekutinu v plynné formě. Nejčastěji používanou pracovní kapalinou je pára. Fáze pracovní tekutiny se nemění pouze v cyklech plynu. Různé typy plynových cyklů jsou Carnotův cyklus, Braytonův cyklus, Stirlingův cyklus atd.
2. Kapalinové cykly– Jak již název sám napovídá, kapalinové cykly využívají jako pracovní kapalinu pouze kapalinu. Fáze pracovní tekutiny se nemění. Příklady kapalinových cyklů jsou Sterlingův cyklus a tepelně regenerační motor.
3. Elektronové cykly– Různá místa, kde se používají elektronové cykly, jsou termogalvanický článek, chlazení termotunelem a termionická emise.
4. Magnetické cykly- Termomagnetický motor využívá magnetický cyklus.

Co je tepelná účinnost?

Tepelná účinnost je jednoduše poměr vyrobené práce k teplu, které bylo přidáno do motoru.

Tepelná účinnost nám říká, jak účinný je tepelný motor. Abychom změřili množství práce vyrobené z daného množství tepelného příkonu, vypočítáme tepelné účinnost. Užitnou práci vyrábí turbína n tepelné motory. Matematicky je tepelná účinnost dána -

Tepelná účinnost = (Čistá vykonaná práce / Tepelný příkon)

Obrazové kredity: Wikipedia

Jaká je tepelná účinnost tepelného motoru

O tepelné účinnosti jsme již hovořili ve výše uvedené části. Tepelná energie tepelného motoru je poměrem dvou veličin.

První veličinou je čistá práce vykonaná turbínou a další je teplo přidané kotlem. Turbína vykonává určitou práci, z níž část práce slouží k provozu kompresoru. Zbývající práce se nazývá čistá práce vyrobená turbínou. Teplo přidané kotlem do pracovní kapaliny se nazývá tepelný příkon do systému nebo tepelného motoru.

Tepelná účinnost vzorce tepelného motoru

O vzorci týkajícím se tepelné účinnosti tepelného motoru jsme již diskutovali dost.

Tepelná účinnost tepelného motoru je dána následujícím vzorcem:

Kde eta znamená tepelnou účinnost

Wnet je síť produkovaná turbínou

Q1 je teplo přidané do tepelného motoru kotlem

Jak zjistit účinnost tepelného motoru?

O tom jsme již diskutovali ve výše uvedených částech. Účinnost neboli tepelná účinnost tepla motor je definován jako poměr prac výstup na tepelný vstup do systému. 

Abychom našli čistou práci vyrobenou v motoru, odečteme práci vykonanou turbínou a práci přenesenou na kompresor pro jeho provoz. Zbývající množství je čistá vykonaná práce.

Jak najít vytvořenou síť?

Není nutné, aby se čistá práce rovnala celkové práci vyrobené turbínou. Je to proto, že určité množství práce je přeneseno na kompresor pro jeho provoz.

Turbína je hlavní součástí tepelného motoru, který vyrábí práci. Kompresor je zařízení pohlcující práci, které běží po absorbování nějaké práce, která je vyrobena z turbíny. Rozdíl mezi celkovou prací vyrobenou turbínou a prací přenesenou do kompresoru se nazývá čistá práce vykonaná v systému nebo čistá práce vyrobená v systému.

Matematicky,

Práce vykonaná = Práce vykonaná turbínou – Práce absorbovaná kompresorem

Princip činnosti tepelného motoru

Tepelné motory fungují na jednoduchém principu odebírání tepla z tepelného zásobníku zvaného jako zdroj tepla, produkují z něj určitou práci a posílají zbývající teplo do jiného tepelného zásobníku zvaného jako chladič.

Energie, která se přenáší v tepelném motoru, se řídí zákonem zachování. Při tomto procesu nevzniká ani nezničí žádné další teplo. Tepelný stroj nebude schopen přeměnit všechny teplo pracovat. Nějaké množství se vždy ztratí do dřezu. Zde přichází faktor účinnosti, tedy to, kolik práce může motor vyvinout s daným množstvím tepelného příkonu.

Druhý termodynamický zákon pro tepelný motor

Každý tepelný motor se řídí některými zákony termodynamiky. Druhý termodynamický zákon pro tepelný motor je uveden níže -

Druhý zákon termodynamiky - Tepelný stroj nemůže odebírat teplo ze zdroje tepla a zcela ho přeměňovat na práci. Určité množství tepla se musí přenést do chladiče.

Co je Clausiova nerovnost?

Clausiova nerovnost říká, že pro termodynamický cyklus vyměňující teplo s externími zásobníky a podstupující termodynamický cyklus je přímkový integrál (Q/Tsurr) menší nebo roven nule.

Matematicky můžeme Clausiovu nerovnost napsat jako-

kde,

del Q je nekonečně malé množství tepla absorbovaného systémem

Tsurr je teplota okolí