A belső égésű motor hatásfoka. Mennyi körülbelül egyenlő, valamint a teljesítmény százalékban. Serpenyő és üst

Ma elmondjuk, mi a hatékonyság (hatékonysági tényező), hogyan kell kiszámítani, és hol alkalmazzák ezt a fogalmat.

Ember és mechanizmus

Ami egyesít mosógépés egy konzervgyár? Az ember vágya, hogy megszabaduljon attól, hogy mindent egyedül kell megtennie. Feltalálás előtt gőzgép az embereknek csak az izmaik álltak rendelkezésükre. Mindent maguk csináltak: szántottak, vetettek, főztek, halat fogtak, lenfonást. A túlélés biztosítása érdekében a hosszú tél során minden egyes tag parasztcsalád Kétéves korától haláláig nappali órákban dolgozott. A legkisebb gyerekek vigyáztak az állatokra, segítették a felnőtteket (hozzák, mondják, hívják, vigyék el). A lányt 5 évesen fogták először fonásra! Még nagyon idős emberek is kanalat vágtak, a legidősebb és leggyengébb nagymamák pedig szövőszékeknél és forgókerekeknél ültek, ha látásuk engedte. Nem volt idejük azon gondolkodni, mik is azok a csillagok, és miért ragyognak. Az emberek fáradtak voltak: minden nap el kellett menniük dolgozni, egészségi állapotuktól, fájdalmuktól és lelkiállapotuktól függetlenül. A férfi természetesen olyan asszisztenseket akart találni, akik legalább egy kicsit tehermentesítik megfeszült vállát.

Vicces és furcsa

Akkoriban a legfejlettebb technológia a ló és a malomkerék volt. De csak kétszer-háromszor több munkát végeztek, mint egy ember. De az első feltalálók olyan eszközökkel kezdtek előállni, amelyek nagyon furcsán néztek ki. A „Az örök szerelem története” című filmben Leonardo da Vinci kis csónakokat erősített a lábára, hogy a vízen járhasson. Ez több vicces eseményhez is vezetett, amikor a tudós ruhájával a tóba zuhant. Bár ez az epizód csak a forgatókönyvíró találmánya, az ilyen találmányok valószínűleg így néztek ki - komikus és mulatságos.

19. század: vas és szén

De a 19. század közepén minden megváltozott. A tudósok rájöttek a táguló gőz nyomásának erejére. Akkoriban a legfontosabb áru a kazángyártáshoz a vas és a vízmelegítéshez használt szén volt. Az akkori tudósoknak meg kellett érteniük, mi a hatékonyság a gőz és a gáz fizikájában, és hogyan lehet ezt növelni.

Az együttható képlete általános esetben a következő:

Munka és meleg

A hatékonysági tényező (rövidítve hatásfok) egy dimenzió nélküli mennyiség. Ezt százalékban határozzák meg, és a felhasznált energia és a hasznos munka arányaként számítják ki. Az utolsó kifejezést gyakran használják a gondatlan tinédzserek anyja, amikor arra kényszerítik őket, hogy tegyenek valamit a ház körül. De valójában ez a ráfordított erőfeszítés valódi eredménye. Vagyis ha egy gép hatásfoka 20%, akkor a kapott energiának csak az egyötödét alakítja át akcióvá. Most egy autó vásárlásakor az olvasónak nem lehet kérdése, hogy mi a motor hatásfoka.

Ha az együtthatót százalékban számítjuk ki, akkor a képlet a következő:

η - hatásfok, A - hasznos munka, Q - elhasznált energia.

Veszteség és valóság

Bizonyára elgondolkodtató ez az egész érvelés. Miért ne találhatnánk ki egy olyan autót, amely több üzemanyagot tud felhasználni? Jaj, való világ nem úgy. Az iskolában a gyerekek olyan problémákat oldanak meg, amelyekben nincs súrlódás, minden rendszer zárt, a sugárzás szigorúan monokromatikus. A gyártóüzemek valódi mérnökei kénytelenek figyelembe venni mindezen tényezők jelenlétét. Nézzük meg például, hogy mi ez az együttható, és miből áll.

Képlet be ebben az esetbenígy néz ki:

η=(Q 1 -Q 2)/Q 1

Ebben az esetben Q 1 az a hőmennyiség, amelyet a motor a fűtésből kapott, Q 2 pedig az a hőmennyiség, amelyet a környezetbe bocsátott ki (általában ezt hívják hűtőszekrénynek).

Az üzemanyag felmelegszik és kitágul, az erő megnyomja a dugattyút, amely meghajtja a forgó elemet. De az üzemanyag egy tartályban van. Melegítéskor hőt ad át az edény falaira. Ez energiaveszteséghez vezet. Ahhoz, hogy a dugattyú lesüllyedjen, a gázt le kell hűteni. Ebből a célból egy része a környezetbe kerül. És jó lenne, ha a gáz minden hőt hasznos munkára adna át. De sajnos nagyon lassan hűl, így még mindig forró gőz jön ki belőle. Az energia egy részét a levegő felmelegítésére fordítják. A dugattyú egy üreges fémhengerben mozog. Élei szorosan illeszkednek a falakhoz, mozgáskor pedig súrlódási erők lépnek életbe. A dugattyú felmelegíti az üreges hengert, ami szintén energiaveszteséghez vezet. A rúd fel-le transzlációs mozgása egymáshoz dörzsölődő és felmelegedő csatlakozások sorozatán keresztül adódik nyomatékra, vagyis a primer energia egy része is erre fordítódik.

Természetesen a gyári autókban minden felület atomi szintig polírozott, minden fém erős és a legalacsonyabb hővezető képességgel rendelkezik, a dugattyúk kenésére szolgáló olaj pedig a legjobb tulajdonságokkal rendelkezik. De minden motorban a benzin energiáját az alkatrészek, a levegő és a súrlódás felmelegítésére használják.

Serpenyő és üst

Most azt javasoljuk, hogy megértsük, mi a kazán hatékonysága és miből áll. Bármelyik háziasszony tudja: ha egy serpenyőben vizet hagyunk forrni alatta zárt fedél, akkor vagy víz csöpög a tűzhelyre, vagy a fedél „táncol”. Bármely modern kazán megközelítőleg ugyanúgy van megtervezve:

• a meleg felmelegít egy vízzel teli zárt edényt;
• a víz túlhevített gőzzé válik;
• tágulásakor a gáz-víz keverék turbinákat forgat vagy dugattyúkat mozgat.

Csakúgy, mint egy motornál, a kazán, a csövek és az összes csatlakozás súrlódása során energiát veszítenek, így egyetlen mechanizmus sem lehet 100%-os hatásfoka.

A Carnot-cikluson működő gépek képlete úgy néz ki, mint a hőmotor általános képlete, csak a hőmennyiség helyett a hőmérséklet.

η=(T 1 -T 2)/T 1.

űrállomás

Mi van, ha a mechanizmust az űrben helyezi el? A nap 24 órájában ingyenes napenergia áll rendelkezésre, bármilyen gáz hűtése szó szerint 0 Kelvin fokra lehetséges. Lehet, hogy a termelés hatékonysága nagyobb lenne az űrben? A válasz kétértelmű: igen és nem. Mindezek a tényezők valóban jelentősen javíthatják az energia hasznos munkára való átadását. De még ezer tonnát is a kívánt magasságra szállítani még így is hihetetlenül drága. Még ha egy ilyen gyár ötszáz évig működik is, nem térül meg a berendezés felemelésének költségei, ezért a sci-fi írók olyan aktívan kihasználják az űrlift ötletét – ez nagyban leegyszerűsítené a feladatot és kereskedelmileg életképes gyárak űrbe költöztetése.

A hatékonyság egy eszköz vagy gép működési hatékonyságának jellemzője. A hatásfok a rendszer kimenetén lévő hasznos energia aránya teljes szám a rendszerbe juttatott energiát. A hatékonyság egy dimenzió nélküli érték, és gyakran százalékban határozzák meg.

Forma 1 – hatékonyság

Ahol- A hasznos munka

—K az összes elköltött munka

Minden olyan rendszernek, amely bármilyen munkát végez, kívülről kell energiát kapnia, aminek segítségével a munka meg fog történni. Vegyünk például egy feszültségváltót. A bemenetre 220 voltos hálózati feszültség kerül, és a kimenetről 12 voltot távolítanak el, például egy izzólámpa táplálására. Tehát a transzformátor átalakítja a bemeneti energiát arra a szükséges értékre, amelyen a lámpa működni fog.

De a hálózatból vett összes energia nem éri el a lámpát, mivel a transzformátorban veszteségek vannak. Például a mágneses energia elvesztése egy transzformátor magjában. Vagy veszteségeket aktív ellenállás tekercsek Ahol az elektromos energia hővé alakul anélkül, hogy elérné a fogyasztót. Ez a hőenergia használhatatlan ebben a rendszerben.

Mivel a teljesítményveszteség egyetlen rendszerben sem kerülhető el, a hatásfok mindig egység alatt van.

A hatékonyság a teljes rendszerre vonatkoztatható, amely sok különálló részből áll. Tehát, ha az egyes részekre külön-külön határozza meg a hatékonyságot, akkor a teljes hatásfok egyenlő lesz az összes elem hatékonysági együtthatóinak szorzatával.

Összegzésképpen elmondhatjuk, hogy a hatékonyság meghatározza bármely eszköz tökéletességi szintjét az energia továbbítása vagy átalakítása szempontjából. Azt is jelzi, hogy mennyi energiát fordítanak a rendszernek hasznos munkára.

A hatékonysági tényező (efficiency) olyan érték, amely százalékban kifejezve egy adott mechanizmus (motor, rendszer) hatékonyságát fejezi ki a kapott energia hasznos munkává alakításában.

Olvassa el ebben a cikkben

Miért magasabb a dízel hatásfoka?

A különböző motorok hatékonysági mutatója nagyon eltérő lehet, és számos tényezőtől függ. miatt viszonylag alacsony hatásfokkal rendelkeznek nagy számban mechanikai és hőveszteségek, amelyek az ilyen típusú tápegység működése során keletkeznek.

A második tényező a súrlódás, amely az illeszkedő részek kölcsönhatása során lép fel. A hasznos energiafelhasználás nagy részét a motordugattyúk mozgása, valamint a motoron belüli, szerkezetileg csapágyakhoz rögzített alkatrészek forgása adja. A benzin égési energiájának körülbelül 60%-át csak ezen egységek működésének biztosítására fordítják.

További veszteségeket más mechanizmusok, rendszerek és tartozékok működése okoz. Figyelembe kell venni az ellenállásveszteségek százalékos arányát is az üzemanyag és a levegő következő töltésének beengedésekor, majd a kipufogógázok kibocsátását a belső égésű motor hengeréből.

Ha összehasonlítja a dízelmotort és a benzinmotort, a dízelmotor észrevehető nagyobb hatékonyság benzines egységhez képest. A benzines hajtóművek hatásfoka körülbelül 25-30%-a teljes szám energiát kapott.

Vagyis a motor működésére elköltött 10 liter benzinből csak 3 litert használnak fel hasznos munka elvégzésére. A tüzelőanyag égéséből származó energia többi része elveszett.

Azonos lökettérfogat mellett a szívó benzinmotor teljesítménye nagyobb, de nagyobb fordulatszámon érhető el. A motort „forgatni” kell, a veszteségek nőnek, az üzemanyag-fogyasztás nő. Szükséges még megemlíteni a nyomatékot, ami szó szerint azt az erőt jelenti, amely a motorból a kerekekre átvitelre kerül, és megmozgatja az autót. A benzines belsőégésű motorok nagyobb fordulatszámon érik el a maximális nyomatékot.

Egy hasonló szívó dízelmotor alacsony fordulatszámon éri el a csúcsnyomatékot, miközben kevesebb dízelüzemanyagot használ a hasznos munkához, ami nagyobb hatásfokkal és üzemanyag-takarékossággal jár.

A dízel üzemanyag több hőt termel a benzinhez képest, magasabb a dízel üzemanyag égési hőmérséklete, és magasabb a robbanási ellenállási index. Kiderült, hogy egy dízel belsőégésű motor hasznosabb munkát végez bizonyos mennyiségű üzemanyaggal.

A dízel üzemanyag és a benzin energiaértéke

A dízel üzemanyag nehezebb szénhidrogénekből áll, mint a benzin. A benzinmotor alacsonyabb hatásfoka a dízelmotorhoz képest a benzin energiakomponensében és égésének jellemzőiben is rejlik. Azonos mennyiségű dízel üzemanyag és benzin teljes elégetése az első esetben több hőt termel. A dízel belsőégésű motorban a hőt teljesebben hasznosítjuk mechanikai energia. Kiderült, hogy azonos mennyiségű üzemanyag elégetésekor egységnyi idő alatt a gázolaj több munkát végez.

Érdemes figyelembe venni az injektálás jellemzőit és a keverék teljes égéséhez megfelelő feltételek megteremtését is. A dízelmotorban az üzemanyagot a levegőtől elkülönítve táplálják be, nem a szívócsonkba, hanem közvetlenül a hengerbe a kompressziós ütem végén. Az eredmény több magas hőmérsékletés a működő tüzelőanyag-levegő keverék egy részének legteljesebb elégetése.

Eredmények

A tervezők folyamatosan törekednek a dízel- és benzinmotorok hatékonyságának javítására. A bevitel számának növelése és kipufogószelepek hengerenként, aktív használat, elektronikus vezérlésüzemanyag-befecskendezés, fojtószelep és egyéb megoldások jelentősen növelhetik a hatékonyságot. Ez nagyobb mértékben vonatkozik a dízelmotorra.

Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően egy modern dízelmotor képes teljesen elégetni a hengerben lévő szénhidrogénekkel telített dízel üzemanyag egy részét, és alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot produkálni. Az alacsony fordulatszám kisebb súrlódási veszteséget és ebből eredő ellenállást jelent. Emiatt a dízelmotor ma az egyik legtermelékenyebb és leggazdaságosabb belső égésű motortípus, amelynek hatásfoka gyakran meghaladja az 50%-ot.

Olvassa el is

Miért jobb felmelegíteni a motort vezetés előtt: kenés, üzemanyag, hideg alkatrészek kopása. Hogyan kell megfelelően felfűteni a dízelmotort télen.

A hatékonysági tényező (efficiency) egy olyan kifejezés, amely talán minden rendszerre és eszközre alkalmazható. Még az embernek is van hatékonysági tényezője, bár ennek megtalálására valószínűleg még nincs objektív képlet. Ebben a cikkben részletesen elmagyarázzuk, mi a hatékonyság, és hogyan számítható ki a különböző rendszerekre.

Hatékonyság meghatározása

A hatékonyság egy olyan mutató, amely a rendszer hatékonyságát jellemzi az energiakibocsátás vagy az átalakítás szempontjából. A hatékonyság mérhetetlen mennyiség, és vagy numerikus értékként 0 és 1 között, vagy százalékban van megadva.

Általános képlet

A hatékonyságot a Ƞ szimbólum jelzi.

A hatékonyság megállapításának általános matematikai képlete a következő:

Ƞ=A/Q, ahol A a rendszer által végzett hasznos energia/munka, Q pedig a rendszer által a hasznos kimenet megszerzésének folyamatának megszervezéséhez felhasznált energia.

A hatékonysági tényező sajnos mindig kisebb vagy egyenlő, mint egység, mivel az energia megmaradás törvénye szerint nem kaphatunk több munkát, mint amennyi energiát ráfordítunk. Ezenkívül a hatékonyság rendkívül ritkán egyenlő az egységgel, mivel a hasznos munkát mindig veszteségek kísérik, például a mechanizmus fűtéséhez.

A hőmotor hatékonysága

A hőmotor olyan berendezés, amely a hőenergiát mechanikai energiává alakítja. Hőmotorban a munkát a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség és a hűtőnek adott hőmennyiség különbsége határozza meg, ezért a hatásfokot a következő képlet határozza meg:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, ahol Qн a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség, Qх pedig a hűtőnek adott hőmennyiség.

Úgy gondolják, hogy a legnagyobb hatásfokot a Carnot-cikluson működő motorok biztosítják. Ebben az esetben a hatékonyságot a következő képlet határozza meg:

• Ƞ=T1-T2/T1, ahol T1 a hőforrás hőmérséklete, T2 a hideg forrás hőmérséklete.

Az elektromos motor hatékonysága

A villanymotor az elektromos energiát mechanikai energiává alakító eszköz, így a hatásfok ebben az esetben az eszköz átalakítási hatékonysági aránya. elektromos energia mechanikusra. Az elektromos motor hatásfokának meghatározására szolgáló képlet így néz ki:

• Ƞ=P2/P1, ahol P1 a szállított elektromos teljesítmény, P2 a motor által termelt hasznos mechanikai teljesítmény.

Az elektromos teljesítmény a rendszer áramának és feszültségének szorzataként (P=UI), a mechanikai teljesítmény pedig az időegységenkénti munka arányaként (P=A/t) található.

A transzformátor hatékonysága

A transzformátor olyan eszköz, amely átalakítja AC az egyik feszültséget egy másik feszültség váltakozó áramává alakítja, fenntartva a frekvenciát. Ezenkívül a transzformátorok váltakozó áramot is képesek egyenárammá alakítani.

A transzformátor hatékonyságát a következő képlet határozza meg:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), ahol P0 az üresjárati veszteség, PL a terhelési veszteség, P2 a terhelésre adott aktív teljesítmény, n a relatív fok a terhelés.

Hatékonyság vagy nem hatékonyság?

Érdemes megjegyezni, hogy a hatékonyság mellett számos mutató jellemzi az energetikai folyamatok hatékonyságát, és olykor olyan leírásokkal is találkozhatunk, mint - 130%-os nagyságrendű hatékonyság, azonban ebben az esetben meg kell értenünk, hogy a kifejezést nem teljesen helyesen használják, és valószínűleg a szerző vagy a gyártó ezt a rövidítést egy kissé eltérő jellemzőként értelmezi.

A hőszivattyúkat például az különbözteti meg, hogy több hőt tudnak leadni, mint amennyit elfogyasztanak. Így egy hűtőgép több hőt tud eltávolítani a hűtendő tárgyból, mint amennyit energia-egyenértékben az eltávolítás megszervezésére fordítottak. A hűtőgép hatékonysági mutatóját Ɛ betűvel jelölő hűtési tényezőnek nevezzük, és a következő képlettel határozzuk meg: Ɛ=Qx/A, ahol Qx a hideg végről eltávolított hő, A az eltávolítási folyamatra fordított munka. . A hűtési együtthatót azonban néha a hűtőgép hatékonyságának is nevezik.

Érdekesség még, hogy a szerves tüzelőanyaggal üzemelő kazánok hatásfokát általában az alacsonyabb fűtőérték alapján számítják ki, és az egységnyinél nagyobb is lehet. Hagyományosan azonban még mindig hatékonyságnak nevezik. Meg lehet határozni egy kazán hatásfokát a magasabb fűtőérték alapján, és akkor mindig kisebb lesz egynél, de ebben az esetben kényelmetlen lesz összehasonlítani a kazánok teljesítményét más létesítmények adataival.