کارایی موتور احتراق داخلی چه مقدار تقریبا برابر است، و همچنین قدرت به عنوان درصد. تابه و دیگ

امروز به شما خواهیم گفت که کارایی (ضریب کارایی) چیست، چگونه آن را محاسبه کنید و این مفهوم در کجا کاربرد دارد.

انسان و مکانیسم

چیزی که متحد می کند ماشین لباسشوییو یک کارخانه کنسروسازی؟ تمایل یک فرد برای رهایی از نیاز به انجام هر کاری به تنهایی. قبل از اختراع موتور بخارمردم فقط عضلات خود را در اختیار داشتند. آنها همه کارها را خودشان انجام دادند: شخم زدند، کاشتند، پختند، ماهی گرفتند، کتان بافتند. برای اطمینان از بقا در طول زمستان طولانی، هر عضو خانواده دهقانیاو از دو سالگی تا زمان مرگش در ساعات روز کار می کرد. کوچکترین بچه ها از حیوانات مراقبت می کردند و به بزرگسالان کمک می کردند (آنها را بیاورید، به آنها بگویید، آنها را صدا کنید، آنها را ببرید). این دختر برای اولین بار در سن پنج سالگی به چرخش افتاد! حتی افراد بسیار مسن قاشق‌ها را می‌بریدند و پیرترین و ضعیف‌ترین مادربزرگ‌ها، اگر بینایی‌شان اجازه می‌داد، پشت ماشین‌های بافندگی و چرخ‌های نخ ریسی می‌نشستند. آنها وقت نداشتند به این فکر کنند که ستاره ها چیست و چرا می درخشند. مردم خسته بودند: هر روز بدون توجه به سلامتی، درد و روحیه خود باید می رفتند و کار می کردند. به طور طبیعی، آن مرد می خواست دستیارانی پیدا کند که حداقل کمی شانه های کشیده او را تسکین دهند.

خنده دار و عجیب

پیشرفته ترین فناوری های آن روزها اسب و چرخ آسیاب بود. اما آنها فقط دو تا سه برابر بیشتر از یک انسان کار کردند. اما اولین مخترعان شروع به ساخت دستگاه هایی کردند که بسیار عجیب به نظر می رسیدند. در فیلم «داستان عشق ابدی»، لئوناردو داوینچی قایق‌های کوچکی را به پای خود وصل کرد تا روی آب راه برود. این منجر به چندین حادثه خنده دار شد زمانی که دانشمند با لباس خود به داخل دریاچه افتاد. اگرچه این قسمت فقط اختراع فیلمنامه نویس است، اما چنین اختراعاتی احتمالاً به نظر می رسد - خنده دار و سرگرم کننده.

قرن 19: آهن و زغال سنگ

اما در اواسط قرن نوزدهم همه چیز تغییر کرد. دانشمندان متوجه نیروی فشار ناشی از انبساط بخار شدند. مهمترین کالاهای آن زمان آهن برای تولید دیگ و زغال سنگ برای گرم کردن آب در آنها بود. دانشمندان آن زمان نیاز داشتند که بفهمند کارایی در فیزیک بخار و گاز چیست و چگونه آن را افزایش دهند.

فرمول ضریب در حالت کلی به صورت زیر است:

کار و گرما

ضریب کارایی (به اختصار بازده) یک کمیت بدون بعد است. به صورت درصد تعیین می شود و به عنوان نسبت انرژی مصرف شده به کار مفید محاسبه می شود. اصطلاح آخر اغلب توسط مادران نوجوانان بی‌احتیاطی استفاده می‌شود که آنها را مجبور به انجام کاری در خانه می‌کنند. اما در واقع، این نتیجه واقعی تلاش های انجام شده است. یعنی اگر راندمان ماشینی 20 درصد باشد، تنها یک پنجم انرژی دریافتی را به عمل تبدیل می کند. حال خواننده هنگام خرید خودرو نباید این سوال را داشته باشد که بازده موتور چیست.

اگر ضریب به صورت درصد محاسبه شود، فرمول به صورت زیر است:

η - کارایی، A - کار مفید، Q - انرژی مصرف شده.

باخت و واقعیت

مطمئناً همه این استدلال ها گیج کننده است. چرا خودرویی اختراع نمی کنید که بتواند انرژی سوخت بیشتری مصرف کند؟ افسوس، دنیای واقعیاینطور نیست در مدرسه، کودکان مسائلی را حل می کنند که در آن اصطکاک وجود ندارد، همه سیستم ها بسته هستند و تابش کاملاً تک رنگ است. مهندسان واقعی در کارخانه های تولیدی مجبورند وجود همه این عوامل را در نظر بگیرند. بیایید به عنوان مثال در نظر بگیریم که این ضریب چیست و از چه چیزی تشکیل شده است.

فرمول در در این موردبه نظر می رسد این است:

η=(Q 1 -Q 2)/Q 1

در این حالت Q 1 مقدار گرمایی است که موتور از گرمایش دریافت می کند و Q 2 مقدار گرمایی است که در محیط آزاد می کند (به طور کلی به این یخچال می گویند).

سوخت گرم می شود و منبسط می شود، نیرو به پیستون فشار می آورد که عنصر دوار را به حرکت در می آورد. اما سوخت در یک ظرف وجود دارد. هنگامی که گرم می شود، گرما را به دیواره های ظرف منتقل می کند. این منجر به از دست دادن انرژی می شود. برای اینکه پیستون پایین بیاید، گاز باید خنک شود. برای این منظور بخشی از آن در محیط رها می شود. و اگر گاز تمام گرما را به کار مفید منتقل کند خوب است. اما افسوس که خیلی آهسته خنک می شود، بنابراین هنوز بخار داغ خارج می شود. بخشی از انرژی صرف گرم کردن هوا می شود. پیستون در یک سیلندر فلزی توخالی حرکت می کند. لبه های آن محکم به دیوارها می خورد و هنگام حرکت، نیروهای اصطکاک وارد عمل می شوند. پیستون سیلندر توخالی را گرم می کند که منجر به اتلاف انرژی نیز می شود. حرکت انتقالی میله به سمت بالا و پایین از طریق یک سری اتصالات که به یکدیگر ساییده می شوند و گرم می شوند به گشتاور منتقل می شود، یعنی بخشی از انرژی اولیه نیز صرف این امر می شود.

البته در خودروهای کارخانه ای تمام سطوح تا حد اتمی صیقل داده می شوند، تمام فلزات مستحکم بوده و کمترین رسانایی حرارتی را دارند و روغن روانکاری پیستون ها بهترین خواص را دارد. اما در هر موتوری از انرژی بنزین برای گرم کردن قطعات، هوا و اصطکاک استفاده می شود.

تابه و دیگ

اکنون ما پیشنهاد می کنیم که بفهمیم راندمان دیگ چیست و از چه چیزی تشکیل شده است. هر خانم خانه‌داری می‌داند: اگر آب را در یک قابلمه زیر آن بگذارید تا بجوشد درب بسته، سپس یا آب روی اجاق می چکد یا درب آن "رقص" می کند. هر دیگ بخار مدرن تقریباً مشابه طراحی شده است:

• گرما ظرف دربسته پر از آب را گرم می کند.
• آب به بخار فوق گرم تبدیل می شود.
• هنگام انبساط، مخلوط گاز و آب توربین ها را می چرخاند یا پیستون ها را به حرکت در می آورد.

درست مانند یک موتور، انرژی برای گرم کردن دیگ، لوله ها و اصطکاک همه اتصالات از دست می رود، بنابراین هیچ مکانیزمی نمی تواند بازده 100٪ داشته باشد.

فرمول ماشین‌هایی که بر روی چرخه کارنو کار می‌کنند شبیه فرمول کلی یک موتور حرارتی است، فقط به جای مقدار گرما، دما است.

η=(T 1 -T 2)/T 1.

ایستگاه فضایی

اگر مکانیزم را در فضا قرار دهید چه؟ انرژی رایگان از خورشید در 24 ساعت شبانه روز در دسترس است. شاید راندمان تولید در فضا بیشتر باشد؟ پاسخ مبهم است: هم بله و هم نه. همه این عوامل در واقع می توانند انتقال انرژی به کار مفید را به طور قابل توجهی بهبود بخشند. اما تحویل حتی هزار تن به ارتفاع مورد نیاز همچنان بسیار گران است. حتی اگر چنین کارخانه‌ای پانصد سال کار کند، هزینه‌های بلند کردن تجهیزات را جبران نمی‌کند، به همین دلیل است که نویسندگان داستان‌های علمی تخیلی فعالانه از ایده آسانسور فضایی استفاده می‌کنند - این کار را تا حد زیادی ساده می‌کند و آن را می‌سازد. از نظر تجاری برای انتقال کارخانه ها به فضا مفید است.

کارایی مشخصه بازده عملیاتی یک دستگاه یا ماشین است. بازده به عنوان نسبت انرژی مفید در خروجی سیستم به تعداد کلانرژی تامین شده به سیستم بازده یک مقدار بدون بعد است و اغلب به صورت درصد تعیین می شود.

فرمول 1 - کارایی

کجا- الفکار مفید

—سکل کاری که صرف شد

هر سیستمی که هر کاری انجام می دهد باید از بیرون انرژی دریافت کند که به کمک آن کار انجام می شود. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور ولتاژ را در نظر بگیرید. ولتاژ شبکه 220 ولت به ورودی وارد می شود و 12 ولت از خروجی به برق خارج می شود، به عنوان مثال، یک لامپ رشته ای. بنابراین ترانسفورماتور انرژی ورودی را به مقدار مورد نیازی که لامپ در آن کار می کند تبدیل می کند.

اما تمام انرژی گرفته شده از شبکه به لامپ نمی رسد، زیرا در ترانسفورماتور تلفات وجود دارد. به عنوان مثال، از دست دادن انرژی مغناطیسی در هسته یک ترانسفورماتور. یا ضرر در مقاومت فعالسیم پیچ جایی که انرژی الکتریکی بدون رسیدن به مصرف کننده به گرما تبدیل می شود. این انرژی حرارتی در این سیستم بی فایده است.

از آنجایی که در هیچ سیستمی نمی توان از تلفات برق اجتناب کرد، راندمان همیشه زیر واحد است.

راندمان را می توان برای کل سیستم در نظر گرفت که از بسیاری از بخش های جداگانه تشکیل شده است. بنابراین، اگر بازده هر قسمت را جداگانه تعیین کنید، بازده کل برابر با حاصلضرب ضرایب بازده همه عناصر آن خواهد بود.

در خاتمه می توان گفت که راندمان میزان کمال هر وسیله ای را به معنای انتقال یا تبدیل انرژی تعیین می کند. همچنین نشان می دهد که چقدر انرژی تامین شده برای سیستم صرف کار مفید می شود.

ضریب راندمان (بازده) مقداری است که به صورت درصد، کارایی مکانیزم خاصی (موتور، سیستم) را در تبدیل انرژی دریافتی به کار مفید بیان می کند.

در این مقاله بخوانید

چرا راندمان دیزل بالاتر است؟

شاخص بازده برای موتورهای مختلف می تواند بسیار متفاوت باشد و به عوامل مختلفی بستگی دارد. بازده نسبتا پایینی دارند به دلیل تعداد زیادیتلفات مکانیکی و حرارتی که در حین کار یک واحد نیرو از این نوع ایجاد می شود.

عامل دوم اصطکاک است که در هنگام برهمکنش قطعات جفت گیری رخ می دهد. بیشتر مصرف انرژی مفید ناشی از حرکت پیستون های موتور و همچنین چرخش قطعات داخل موتور است که از نظر ساختاری به یاتاقان ها ثابت شده اند. حدود 60 درصد از انرژی احتراق بنزین فقط برای اطمینان از عملکرد این واحدها صرف می شود.

تلفات اضافی در اثر عملکرد مکانیسم ها، سیستم ها و پیوست های دیگر ایجاد می شود. درصد تلفات مقاومت در لحظه پذیرش شارژ بعدی سوخت و هوا و سپس خروج گازهای خروجی از سیلندر موتور احتراق داخلی نیز در نظر گرفته شده است.

اگر نصب دیزل و موتور بنزینی را با هم مقایسه کنید، موتور دیزلی به طور قابل توجهی برخوردار است راندمان بیشتردر مقایسه با واحد بنزین واحدهای برق بنزینی دارای راندمان حدود 25-30 درصد هستند تعداد کلانرژی دریافت کرد.

به عبارت دیگر از 10 لیتر بنزینی که برای کارکرد موتور صرف می شود، تنها 3 لیتر آن برای انجام کارهای مفید مصرف می شود. بقیه انرژی حاصل از احتراق سوخت از بین رفت.

با همین جابجایی، قدرت یک موتور بنزینی تنفس طبیعی بیشتر است، اما در سرعت های بالاتر به دست می آید. موتور باید "چرخش" شود، تلفات افزایش می یابد، مصرف سوخت افزایش می یابد. همچنین لازم به ذکر است که گشتاور در لغت به معنای نیرویی است که از موتور به چرخ ها منتقل می شود و خودرو را به حرکت در می آورد. موتورهای احتراق داخلی بنزینی در سرعت های بالاتر به حداکثر گشتاور دست می یابند.

یک موتور دیزل تنفس طبیعی مشابه در سرعت های پایین به حداکثر گشتاور می رسد، در حالی که از سوخت دیزل کمتری برای انجام کارهای مفید استفاده می کند، که به معنای راندمان و مصرف سوخت بالاتر است.

سوخت دیزل در مقایسه با بنزین گرمای بیشتری تولید می کند، دمای احتراق سوخت دیزل بالاتر است و مقاومت در برابر انفجار بالاتر است. به نظر می رسد که یک موتور احتراق داخلی دیزل کار مفیدتری را روی مقدار مشخصی سوخت تولید می کند.

ارزش انرژی سوخت دیزل و بنزین

سوخت دیزل از هیدروکربن های سنگین تری نسبت به بنزین تشکیل شده است. راندمان پایین تر یک واحد بنزینی در مقایسه با موتور دیزلی نیز در بخش انرژی بنزین و ویژگی های احتراق آن نهفته است. احتراق کامل مقادیر مساوی سوخت دیزل و بنزین در حالت اول گرمای بیشتری تولید می کند. گرما در یک موتور احتراق داخلی دیزل به طور کامل به مفید تبدیل می شود انرژی مکانیکی. به نظر می رسد که هنگام سوزاندن همان مقدار سوخت در واحد زمان، دیزل کار بیشتری انجام می دهد.

همچنین ارزش در نظر گرفتن ویژگی های تزریق و ایجاد شرایط مناسب برای احتراق کامل مخلوط را دارد. در یک موتور دیزل، سوخت به طور جداگانه از هوا تامین می شود، نه به منیفولد ورودی، بلکه مستقیماً به سیلندر در انتهای حرکت فشرده سازی تزریق می شود. نتیجه بیشتر است دمای بالاو کاملترین احتراق بخشی از مخلوط سوخت و هوا در حال کار.

نتایج

طراحان دائماً در تلاش هستند تا راندمان موتورهای دیزلی و بنزینی را بهبود بخشند. افزایش تعداد مصرف و دریچه های اگزوزدر هر سیلندر، استفاده فعال، کنترل الکترونیکیتزریق سوخت، دریچه گاز و سایر راه حل ها می توانند راندمان را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. این به میزان بیشتری در مورد موتور دیزل صدق می کند.

به لطف این ویژگی ها، یک موتور دیزل مدرن قادر است بخشی از سوخت دیزل اشباع شده با هیدروکربن های موجود در سیلندر را به طور کامل بسوزاند و در سرعت های پایین گشتاور بالایی تولید کند. دور در دقیقه کم به معنای تلفات اصطکاک کمتر و کشش در نتیجه است. به همین دلیل امروزه موتور دیزل یکی از پربازده ترین و اقتصادی ترین انواع موتورهای احتراق داخلی است که راندمان آن اغلب از 50 درصد فراتر می رود.

همچنین بخوانید

چرا قبل از رانندگی بهتر است موتور را گرم کنید: روغن کاری، سوخت، سایش قطعات سرد. نحوه صحیح گرم کردن موتور دیزل در زمستان

ضریب کارایی (کارایی) اصطلاحی است که شاید بتوان آن را برای هر سیستم و دستگاهی به کار برد. حتی یک فرد دارای یک عامل کارایی است، اگرچه احتمالاً هنوز فرمول عینی برای یافتن آن وجود ندارد. در این مقاله به تفصیل توضیح خواهیم داد که بازده چیست و چگونه می توان آن را برای سیستم های مختلف محاسبه کرد.

تعریف کارایی

راندمان شاخصی است که کارایی یک سیستم را از نظر خروجی یا تبدیل انرژی مشخص می کند. بازده یک کمیت غیر قابل اندازه گیری است و به صورت یک مقدار عددی در محدوده 0 تا 1 یا به صورت درصد نمایش داده می شود.

فرمول کلی

کارایی با نماد Ƞ نشان داده می شود.

فرمول ریاضی کلی برای یافتن کارایی به صورت زیر نوشته شده است:

Ƞ=A/Q، که در آن A انرژی مفید/کار انجام شده توسط سیستم است و Q انرژی مصرف شده توسط این سیستم برای سازماندهی فرآیند به دست آوردن خروجی مفید است.

متأسفانه ضریب راندمان همیشه کمتر یا مساوی واحد است، زیرا طبق قانون بقای انرژی، نمی‌توانیم کاری بیشتر از انرژی مصرف شده بدست آوریم. علاوه بر این، راندمان، در واقع، بسیار به ندرت برابر با وحدت است، زیرا کار مفید همیشه با وجود تلفات همراه است، به عنوان مثال، برای گرم کردن مکانیسم.

راندمان موتور حرارتی

موتور حرارتی وسیله ای است که انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. در یک موتور حرارتی، کار با تفاوت بین مقدار گرمای دریافتی از بخاری و مقدار گرمای داده شده به کولر تعیین می شود و بنابراین راندمان با فرمول تعیین می شود:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн که Qn مقدار گرمای دریافتی از بخاری و Qх مقدار گرمای داده شده به کولر است.

اعتقاد بر این است که بالاترین راندمان توسط موتورهایی که در چرخه کارنو کار می کنند ارائه می شود. در این مورد، کارایی با فرمول تعیین می شود:

• Ƞ=T1-T2/T1 که در آن T1 دمای چشمه آب گرم است، T2 دمای چشمه سرد است.

راندمان موتور الکتریکی

موتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، بنابراین راندمان در این حالت نسبت بازده دستگاه بر حسب تبدیل است. انرژی الکتریکیبه مکانیکی فرمول برای یافتن بازده موتور الکتریکی به صورت زیر است:

• Ƞ=P2/P1، که در آن P1 عرضه شده است توان الکتریکی، P2 توان مکانیکی مفیدی است که توسط موتور تولید می شود.

توان الکتریکی به عنوان حاصلضرب جریان و ولتاژ سیستم (P=UI) و توان مکانیکی به عنوان نسبت کار در واحد زمان (P=A/t) یافت می‌شود.

راندمان ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسیله ای است که تبدیل می کند ACیک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر، حفظ فرکانس. علاوه بر این، ترانسفورماتورها همچنین می توانند جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کنند.

کارایی ترانسفورماتور با فرمول بدست می آید:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n)، که در آن P0 تلفات بدون بار است، PL تلفات بار، P2 توان فعال عرضه شده به بار، n درجه نسبی است. از بار

کارایی یا عدم کارایی؟

شایان ذکر است که علاوه بر کارایی، تعدادی شاخص وجود دارد که کارایی فرآیندهای انرژی را مشخص می کند و گاهی اوقات می توان با توصیفاتی مانند - بازدهی در حد 130% مواجه شد، اما در این مورد باید درک کنیم که این اصطلاح کاملاً درست استفاده نمی شود و به احتمال زیاد نویسنده یا سازنده این مخفف را به معنای ویژگی کمی متفاوت می داند.

به عنوان مثال، پمپ های حرارتی با این واقعیت متمایز می شوند که می توانند گرمای بیشتری نسبت به مصرف خود آزاد کنند. بنابراین، یک دستگاه تبرید می تواند گرمای بیشتری را از جسمی که در حال خنک شدن است، نسبت به انرژی صرف شده برای سازماندهی حذف، حذف کند. نشانگر راندمان یک دستگاه تبرید ضریب تبرید نامیده می شود که با حرف Ɛ مشخص می شود و با فرمول تعیین می شود: Ɛ=Qx/A، که در آن Qx گرمای حذف شده از انتهای سرد است، A کار صرف شده برای فرآیند حذف است. . اما گاهی اوقات ضریب تبرید را بازدهی دستگاه تبرید نیز می نامند.

همچنین جالب است که راندمان دیگ های بخار که با سوخت آلی کار می کنند معمولا بر اساس ارزش حرارتی کمتر محاسبه می شود و می تواند بیشتر از واحد باشد. با این حال، هنوز به طور سنتی به آن کارآمدی می گویند. می توان بازده دیگ را با ارزش حرارتی بالاتر تعیین کرد و سپس همیشه کمتر از یک خواهد بود، اما در این حالت مقایسه عملکرد دیگ ها با داده های سایر تاسیسات ناخوشایند خواهد بود.