В этой статье описывается тепловой двигатель, который является известным типом двигателя. В термодинамике и технике тепловой двигатель — это устройство, преобразующее тепловую или тепловую энергию в механическую, которая может использоваться для выполнения различных механических работ. Это достигается путем перемещения рабочего материала от более высокой температуры к более низкой.
Источник тепла производит тепловую энергию, которая нагревает рабочий материал и преобразует его температуру в высокую. Этот рабочий материал производит работу в рабочем теле двигателя и одновременно передает тепловую энергию в резервуар с холодной жидкостью, пока она не достигнет состояния необходимой низкой температуры. В этой процедуре часть тепловой энергии преобразуется в работу, используя свойства рабочего материала.
Когда кто-то трет рукой одну руку о другую, то вследствие трения возникает трение. Это трение преобразует механическую энергию (движения рук) в тепловую (руки становятся горячее). Тепловой двигатель работает в обратном явлении, потому что этот тип двигателя берет энергию из теплой энергии (по сравнению с окружающей средой) и преобразует ее в движение. Обычно это движение преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.
В тепловых двигателях используются различные рабочие материалы, но в основном эти двигатели используют жидкости или газ. При этом небольшая часть тепла обычно теряется в окружающую среду, и эта часть тепла не может быть преобразована в конечный продукт. Кроме того, часть энергии не может быть использована из-за сопротивления и силы трения.
Тепловые двигатели вырабатывают почти все виды энергии, которые используются для электричества и транспорта. Почти все вещи, даже газы, обладают тепловой энергией, которая может преобразовываться в ценную энергию. Тепловой двигатель переносит энергию из горячего места в холодное и преобразует часть энергии в механическую мощность. Для работы теплового двигателя необходим температурный разрыв.
Первым стимулом для термодинамических исследований стала попытка извлечь как можно больше энергии из теплового двигателя. До настоящего времени было использовано множество видов топлива, таких как уран, уголь, бензин и т.д. Все эти тепловые двигатели по-прежнему работают в условиях ограничений, налагаемых вторым законом термодинамики. Это означает, что для нагрева газа использовалось различное рабочее топливо, и для отвода остаточного тепла требуется большой охлаждающий резервуар. Таким образом, отработанное тепло, генерируемое этим процессом, обычно попадает в окружающую среду или в большие объемы воды, такие как река, озеро или море.
В зависимости от типа двигателя используются различные методы, например, сжигание для воспламенения топлива (уголь и бензин) или использование энергии ядерного процесса для получения тепла (например, уран), но цель этих процессов одна и та же (преобразование тепла в полезную работу). Наиболее распространенными примерами теплового двигателя являются двигатели различных транспортных средств, например, грузовиков, автобусов, легковых автомобилей и т.д. Большинство гидроэлектростанций, таких как атомные, газовые, угольные и гидроэлектростанции, также имеют тепловые двигатели.
Типы тепловых двигателей:
- Двигатель внешнего сгорания (ДВС)
- Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Объяснение этих двигателей приведено ниже.
1) Двигатель внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания — это известный тип теплового двигателя, в котором рабочая среда воспламеняется в результате сгорания во внешнем источнике через стенку теплообменника или двигателя. Эти двигатели не помещаются во внутреннюю часть автомобиля, как двигатели внутреннего сгорания. Двигатель внешнего сгорания крепится к внешней части автомобиля. В этом двигателе сгорание происходит не в цилиндре, а поршень приводится в движение с помощью пара. Он выводится наружу.
Во внешней камере сгорания находится смесь воздуха и топлива, которая воспламеняется с выделением тепла. Это генерируемое тепло используется для нагрева внутренней жидкости через стенку теплообменника или двигателя. При нагревании жидкость расширяется и воздействует на механизмы двигателя, создавая движение и полезную работу. Затем эта жидкость выливается (открытый цикл) или охлаждается, сжимается и снова используется (замкнутый цикл). Двигатель внешнего сгорания использует горение в основном как средство получения тепла, и этот двигатель одинаково хорошо работает с другими типами источников тепла.
Паровая машина является примером двигателя внешнего сгорания. Большая часть мирового электричества вырабатывается с помощью паровых турбин. В киловаттах пар по-прежнему лучший, даже если он превосходит двигатель внутреннего сгорания. Еще один пример — двигатель Стирлинга, который в настоящее время играет лишь нишевую функцию. Особые типы газовых турбин используют внешнюю циркуляцию. Она может быстро расширяться, образуя в качестве рабочей жидкости сверхкритический диоксид углерода.
Поезд, имеющий паровой двигатель, также является известным примером двигателя внешнего сгорания.
Работа двигателя внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания — это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию в механическую путем нагрева циркулирующей рабочей среды за счет сжигания топлива.
Новый тип двигателя внутреннего сгорания использует водород в качестве рабочей среды (среда передачи энергии называется рабочей средой) и заполняет четыре закрытых цилиндра через определенное количество рабочей среды. Один конец цилиндра используется как холодная камера, а другой конец — как горячая камера. Рабочая среда сжимается в холодной камере, а затем быстро нагревается и расширяется в горячей камере. Двигатель внешнего сгорания предотвращает детонацию традиционных двигателей IC, что приводит к низким эксплуатационным расходам, низкому уровню загрязнения и шума.
Двигатели ЕС могут использовать различные горючие газы, включая жидкое топливо, дизельное топливо, водородный газ, нефтяной газ, биогаз, природный газ и другие сжиженные нефтяные газы.
