روند آدیاباتیک چیست؟

برای ساختن یک موتور گرمایی، که می تواند کار با استفاده از گرما انجام دهید، شما نیاز به ایجاد شرایط خاصی است. اول از همه، موتور حرارتی در حالت چرخه ای، که در آن تعدادی از فرآیندهای ترمودینامیکی متوالی برای ایجاد یک حلقه به کار گیرند. در نتیجه از یک گاز چرخه در یک سیلندر با یک پیستون متحرک محصور در خشکی، کار می کند. اما یک چرخه برای یک ماشین دسته ای کمی، آن را باید بارها و بارها برای برخی از زمان تکرار. کل کار انجام شده در طول زمان از پیش تعیین در واقعیت تقسیم بر زمان می دهد یکی دیگر مفهوم مهم - قدرت.

در اواسط قرن نوزدهم، موتورهای حرارتی برای اولین بار ایجاد شد. آنها این کار هستند، اما صرف مقدار بیشتری از حرارت تولید شده توسط احتراق سوخت. پس از آن بود که فیزیکدانان نظری می پرسید، "چگونه کار گاز در یک موتور گرمایی؟ چگونه برای دریافت بیشتر کار با حداقل سوخت؟ "

برای انجام تجزیه و تحلیل از آثار گاز ، آن را به حال به معرفی یک سیستم کامل از تعاریف و مفاهیم. کلیت تمام تعیین و یک منطقه تحقیق کل، به نام "مهندسی ترمودینامیک" ایجاد شده است. در ترمودینامیک، توسط تعدادی از فرضیات تصویب شد، می کند از نتایج اصلی کم نیست. ابزارهای بدن - گاز زودگذر (در طبیعت موجود نیست) که می تواند به حجم صفر که مولکول انجام ارتباط برقرار نمی فشرده. در محیط طبیعی وجود داشته باشد تنها گازهای واقعی، که دارای خواص خوبی تعریف شده غیر قابل تشخیص از گاز ایده آل است.

برای مشاهده یک مدل از پویایی سیال، آن را قوانین ترمودینامیک، که فرآیندهای اساسی ترمودینامیک مانند توصیف پیشنهاد شده است:

• فرایند همحجم - یک فرایند است که بدون تغییر حجم مایع کار انجام شده است. شرایط فرایند همحجم، V = توایع.
• فرایند همفشار - یک فرایند است که بدون تغییر فشار در سیال انجام می شود. شرایط فرایند هم فشار، P = توایع.
• همدما (همدما) فرآیند - یک فرایند است که انجام در حالی که حفظ درجه حرارت در سطح از پیش تعیین شده. شرایط فرآیند همدما، T = توایع.
• فرآیند آدیاباتیک (بی دررو، پس از آن است که مهندسی حرارتی مدرن نامیده می شود) - یک فرایند، در فضای بدون تبادل حرارتی با محیط زیست انجام می شود. شرایط فرآیند آدیاباتیک، Q = 0؛
• فرایند پلی تروپیک - روند کلی است که توصیف تمام فرآیندهای ترمودینامیکی ذکر شده در بالا، و همچنین تمام امکانات دیگر برای تحقق در یک سیلندر با یک پیستون متحرک است.

در طول ایجاد موتورهای حرارتی چرخه اول که در آن برای به دست آوردن بالاترین بهره وری (ضریب عملکرد) جستجو. چرخه کارنو - سعدی کارنو، بررسی مجموعه ای از فرآیندهای ترمودینامیکی، در هوی و هوس به توسعه چرخه آن، بعد از او نام رفت. آن پی در پی انجام همدما، سپس فرآیند فشرده سازی بی دررو. سیال پس از اجرای این فرآیند تا به ذخیره انرژی داخلی، اما چرخه کامل نیست، بنابراین سیال گسترش یافته است و انجام فرایند توسعه همدما. برای تکمیل چرخه و بازگشت به اولیه پارامترهای سیال، فرآیند انبساط آدیاباتیک انجام شده است.

کارنو ثابت کرد که بازده در سیکل آن حداکثر می رسد، و تنها در درجه حرارت از دو ایزوترم بستگی دارد. بالاتر تفاوت بین آنها، بهره وری نسبت حرارتی بالاتر. تلاش ها برای ایجاد یک موتور گرمایی از چرخه کارنو و ناموفق بوده اند. این یک چرخه ایده آل است که می تواند انجام شود. اما او ثابت کرد اصل از قانون دوم ترمودینامیک، در مورد عدم امکان گرفتن یک کار، برابر با هزینه های انرژی حرارتی. که بر طبق آن رودلف کلاوزیوس معرفی مفهوم آنتروپی، تعدادی از تعاریف قانون دوم (قانون) قوانین ترمودینامیک فرموله شد. نتیجه اصلی این تحقیق خود را - آنتروپی افزایش است، که منجر به حرارتی "مرگ".

مهمترین دستاورد درک کلازیوس از فرآیند آدیاباتیک در اجرای آن از مایع کار آنتروپی تغییر نمی کند بود. بنابراین، فرآیند آدیاباتیک کلازیوس - S = توایع است. در اینجا S - فرایند همآنتروپی - آنتروپی، می دهد که نام دیگری برای فرآیند است که بدون تهیه یا از بین بردن گرما، انجام شده است. دانشمندان در حال جستجو برای یک موتور گرمایی چرخه، هر کجا که افزایش در آنتروپی وجود دارد. اما، متاسفانه، این او نمی تواند ایجاد کنید. بنابراین نتیجه گرفت که موتور حرارتی نمی تواند در تمام ایجاد می شود.

اما همه محققان پیکربندی شده است تا بدبین. آنها برای چرخه های واقعی برای ماشین آلات حرارتی دنبال شد. به عنوان یک نتیجه از جستجوهای خود نیکولاس آگوست اتو موتور حرارتی چرخه خود، که در حال حاضر در موتورهای حال اجرا در بنزین اجرا ایجاد شده است. در اینجا، روند انجام شده توسط فشرده سازی بی دررو از بدن کارگر و تامین حرارت همحجم (احتراق سوخت در حجم ثابت)، پس از آن انبساط آدیاباتیک (کار با محیط کار در روند افزایش حجم آن انجام می شود)، و حذف حرارت زائد از همحجم وجود دارد. اولین موتورهای احتراق داخلی از چرخه اتو به عنوان سوخت گاز قابل اشتعال استفاده شد. سالها بعد آن را کاربراتور تبدیل شده اند که benzovozdushnoy ایجاد یک مخلوط هوا با بخارات بنزین و تغذیه آنها را به سیلندر موتور اختراع شد.

در اتو مخلوط سوخت چرخه فشرده است، بنابراین میزان فشرده سازی از نسبتا کوچک آن - مخلوط سوخت تمایل به منفجر است (منفجر زمانی که فشار بحرانی و دمای). بنابراین، کار در فرآیند فشرده سازی بی دررو نسبتا کم است. در اینجا ما مفهوم دیگری معرفی: نسبت تراکم - نسبت حجم کل به حجم فشرده سازی.

پیدا کردن راه هایی برای افزایش بهره وری سوخت از انرژی ادامه داد. افزایش بهره وری دیده می شود در افزایش نسبت تراکم. رودولف دیزل چرخه آن که در آن عرضه حرارتی است که در فشار ثابت (در فرایند همفشار) انجام شده است. چرخه آن اساس برای موتورهای با استفاده از سوخت دیزل (همچنین به عنوان سوخت دیزل شناخته می شود) بود. در چرخه مخلوط سوخت دیزل، فشرده نیست، و هوا. بنابراین، آنها می گویند که کار در یک فرآیند آدیاباتیک انجام شده است. درجه حرارت و فشار در پایان فشرده سازی بالا، به طوری که از طریق تزریق سوخت نازل انجام می گیرد. این است که با هوای گرم مخلوط به شکل یک مخلوط قابل احتراق. آن را می سوزاند، این انرژی داخلی سیال را افزایش می دهد. گاز بیشتر توسط انبساط آدیاباتیک است، انجام کار سکته مغزی.

تلاش برای پیاده سازی چرخه دیزل موتورهای حرارتی شکست خورده، چرخه تا گوستاو Trinkler ترکیب ایجاد Trinklera. و استفاده از آن در موتورهای دیزل امروز است. در چرخه گرما عرضه شده توسط Trinklera isochore، و سپس بر روی isobars. تنها پس از این روش را فرآیند آدیاباتیک گسترش مایع کار انجام می شود.

در قیاس با موتورهای حرارتی پیستون و کار توربین. اما روند خود را از حذف حرارت زائد از در پایان از انبساط آدیاباتیک مفید از گاز است که توسط isobars انجام شده است. در هواپیما، موتور، توربین گاز، و فرآیند بی دررو توربوپراپ دو بار در طول فشرده سازی و گسترش رخ می دهد.

برای توجیه تمامی مفاهیم اساسی فرآیند آدیاباتیک اند فرمول حل و فصل ارائه شده است. به نظر می رسد یک ارزش مهم، به نام شاخص بی دررو وجود دارد. ارزش خود را برای یک گاز دو اتمی - به 1.4 برابر (اکسیژن و نیتروژن گازهای دو اتمی اصلی در حال حاضر در هوا هستند). برای محاسبه شاخص بی دررو استفاده می شود دارای دو ویژگی جالب، یعنی، ظرفیت گرمایی فشار ثابت و همحجم از مایع کار می کند. نسبت K = CP / CV - شاخص بی دررو است.

چرا استفاده از یک فرآیند آدیاباتیک در چرخه نظری موتورهای حرارتی؟ در واقع انجام فرایند پلی تروپیک، اما با توجه به این واقعیت که آنها در نرخ بالا رخ می دهد، آن را پذیرفته است به فرض عدم وجود تبادل حرارت با محیط زیست است.

90 درصد از برق توسط نیروگاه های حرارتی تولید می شود. در آنها به عنوان سیال کاری بخار استفاده می شود. این تولید شده است که جوش. برای افزایش ظرفیت کار بخار، آن را فوق است. سپس، فشار بالا بخار فوق گرم به توربین بخار عرضه می شود. این نیز می گیرد گسترش بخار فرآیند آدیاباتیک. توربین می شود آلیاژها، آن است که به ژنراتور الکتریکی منتقل می شود. و این، به نوبه خود، تولید برق برای مصرف کنندگان است. توربین های بخار در سیکل رانکین به کار گیرند. در حالت ایده آل بهره وری نیز با افزایش دما و فشار بخار همراه است.

همانطور که از بالا دیده می شود، یک فرایند بی دررو در تولید انرژی مکانیکی و الکتریکی بسیار رایج است.