§ 16. Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна

Для оцінки будь-якого теплового двигуна дуже важливо знати, яку частину енергії, що виділяється під час згоряння палива, він перетворює в корисну роботу. Що більша ця частина енергії, то більш економічним є тепловий двигун.

Для характеристики економічності різних теплових двигунів вводять поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) теплового двигуна.

Відношення тієї частини енергії, яка витрачається на виконання корисної роботи двигуном, до всієї енергії, що виділяється внаслідок згоряння палива, називають коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплового двигуна.

ККД позначають малою грецькою літерою η (ета) і зазвичай виражають у відсотках (%).

де η - коефіцієнт корисної дії теплового двигуна; А_к - виконана корисна робота; Q - повна теплова енергія, що виділилася внаслідок згоряння палива.

ККД теплового двигуна завжди менший від одиниці, тобто менший від 100 %.

Основні характеристики теплових двигунів

Поршнева парова машина: робочим тілом є пара, температура нагрівника становить 207 °С, температура холодильника - 27 °С, ККД - 7-15 %.

Парова турбіна: робочим тілом є пара, температура нагрівника становить 577 °С, температура холодильника - 107 °С, ККД - 20-25 %.

Дизель: робочим тілом є продукти згоряння палива, температура нагрівника становить 1827 °С, температура холодильника - 107 °С, ККД - 30-39 %.

Карбюраторний двигун: робочим тілом є продукти згоряння палива, температура нагрівника становить 1827 °С, температура холодильника - 107 °С, ККД - 18-24 %.

Як можна збільшити ККД теплових двигунів? До найпопулярніших теплових двигунів належать газова турбіна і двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Щоб підвищити ККД турбіни, потрібно збільшити температуру нагрівача і зменшити температуру холодильника. Для цього потрібно знайти такий кут нахилу лопаток турбіни, при якому найбільша частина енергії газу буде передаватися їм, перетворюючись у механічну. Тоді температура газу в холодильнику знизиться. На практиці зробити це досить складно, цією проблемою сьогодні займаються кращі технічні інститути. Тому потрібно робити грубе налаштування, знаходячи кут, при якому турбіна в потоці газу матиме найбільшу частоту обертання.

Збільшити ККД ДВЗ також можна, використовуючи якісне паливо, наприклад, бензин з високим октановим числом. Під час його згоряння виділяється більша кількість теплоти, і це приводить до того, що ККД двигуна підвищується. Для зменшення втрат на тертя та інертність поршневої групи треба встановити ковані поршні, які легші й менші за розмірами. Вони витримують вищі температури, що дає змогу форсувати двигун, допрацювавши форсунки для вприскування палива. Форсування двигуна призведе до збільшення витрати палива з одночасним збільшенням потужності, тому ККД у цьому випадку не збільшиться. Для підвищення ККД ДВЗ потрібно своєчасно змінювати в ньому мастило, зменшуючи тертя між деталями двигуна.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Що таке коефіцієнт корисної дії теплового двигуна?
2. Як визначають коефіцієнт корисної дії теплового двигуна?

РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ

1. Чому радіатор є системою багатьох тонких трубок, а не суцільним резервуаром (мал. 100)?

Мал. 100

Відповідь: щоб забезпечити достатнє тепловідведення від двигуна автомобіля за рахунок збільшення площі теплообміну.

2. У якому тепловому двигуні струмінь пари чи газу, нагрітий до високої температури, обертає вал двигуна без допомоги поршня, шатуна і колінчастого вала?

Відповідь: у паровій турбіні.

Зміст