Реферат роль тепловых двигателей в развитии энергетики

Обновлено: 05.07.2024

1.Введение
2.Что называют тепловым двигателем?
3.Виды тепловых двигателей.
4. Принцип действия тепловых двигателей.
5.Характеристика тепловых двигателей.
6.Двигатель Внутреннего сгорания и внешнего сгорания.
7.Проблемы возникшие при внедрении тепловых двигателей.
8.Список литературы.

Файлы: 1 файл

Тепловые двигатели..docx

студентка 1го курса

2.Что называют тепловым двигателем?

3.Виды тепловых двигателей.

4. Принцип действия тепловых двигателей.

5.Характеристика тепловых двигателей.

6.Двигатель Внутреннего сгорания и внешнего сгорания.

7.Проблемы возникшие при внедрении тепловых двигателей.

Человечество на протяжении всей своей истории стремилось использовать источники энергии для решения своих задач. На заре истории человек использует воду в качестве источника энергии. Позже, в средние века, человечество научилось использовать энергию ветра. Со временем этого оказалось недостаточно для развития промышленности, ведь ветер не всегда достаточно силен, для того чтобы вращать крылья ветряных мельниц, а вода замерзает зимой. Но в конце XVIII века был изобретен паровой двигатель. Создание тепловых двигателей – необходимый атрибут современной цивилизации. Данная тема очень актуальна, так как прогресс человечества теснейшим образом связан с развитием энергетики, транспорта. Автомобильный транспорт играет огромную роль в формировании современного характера расселения людей и распространении туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания. Овладение новым источником энергии, открытие новых путей её преобразования и использования – это целая эпоха в истории развития цивилизации.

С изобретением парового двигателем стало возможным дальнейшее развитие техники и промышленности. Но паровой двигатель имеет очень низкий коэффициент полезного действия, большую часть полученной при сгорании топлива энергии он попросту выбрасывает в воздух. Поэтому начались исследования по постройке двигателей внутреннего сгорания.
Каждый из рассмотренных нами этапов развития человечества имел свой источник энергии. И каждый последующий источник был более мощным и позволял получать большее количество энергии при меньших затратах.

Итак мы можем сделать вывод, что развитие техники и промышленности напрямую зависит от уровня использования внутренней энергии тел.

Сейчас мы рас смотрим, что называется тепловым двигателем.

Тепловой двигатель – это машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки турбины, сообщая ему вращение. Тепловой двигатель состоит из: нагревателя (камеры сгорания, парового котла); рабочего тела (газ, пар) и холодильника (внешняя среда, конденсатор).

Паровая машина
Паровая турбина
Двигатель внутреннего сгорания
Газовая турбина
Реактивный двигатель

Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (охладителю).

Работа, совершаемая двигателем, равна:

Q_H — количество теплоты, полученное от нагревателя,
Q_X — количество теплоты, отданное охладителю.

Общая характеристика тепловых двигателей.

1)Паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а за тем во вращательное движение вала.

Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами.

Для привода паровой машины в действия был необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давил на поршень , движение которых передается другим механическим частям.

Преимущество парового двигателя - это возможность использовать любой вид топлива – от дров до урана.

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Они также способствовали распространению коммерческого использования машин на предприятиях и являлись энергетической основой промышленной революции XVIII века. Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Недостатки паровых машин: низкий кпд (от 1 до 20%), ограниченные быстроходность (до 1000 об/мин) и агрегатная мощность (до 30000 л. с.), а также большие габариты и масса — привели к тому, что производство

2)Паровая турбина – вид парового двигателя, в котором струя пара, действуя на лопатки ротора, вызывает его вращение.

Паровые турбины используются в качестве первичных двигателей промышленных установок в течение многих лет. Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемая генератором для производства электричества. Однако использование тяжелых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы. По умолчанию, паровые турбины производят больше тепла, чем электричества, в результате имеют высокие затраты на установленную мощность.

3)Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий. Источником тепла в ДВС является химическая энергия топлив, а его сгорание происходит внутри двигателя. Поэтому для таких двигателей не требуется какой-либо внешний нагреватель.

Все современные двигатели работают на бензине или дизельном топливе.

Недостатком ДВС является то, что он вырабатывает большое количество токсичные выбросы, громоздкость, сильный шум, необходимость охлаждения и смазки, относительно небольшой ресурс, сложная система зажигания, высокое потребление горючего.

4)Газовая турбина – турбина, в которой тепловая энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу; входит в состав газотурбинного двигателя. Мощность обычно 200 МВт. Они используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок и парогазовых установок. Они часто используются в ракетах на жидком топливе, в кораблях, локомотивах, вертолетах и танках.

Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем;
КПД на максимальных оборотах выше, чем у поршневых двигателей.
Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
Низкие эксплуатационные нагрузки.
Высокая скорость вращения.
Низкая стоимость и потребление смазочного масла.

Недостатки газовых двигателей: высокая стоимость, задержка отклика настроек мощности.

5)Реактивный двигатель – двига тель–движитель, создающий для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. В реактивном двигателе сила тяги, необходимая для движения, создается путем преобразования исходной энергии в кинетическую энергию рабочего тела.

Для создания реактивной тяги необходимы источник исходной энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи, рабочее тело, выбрасываемое из двигателя в виде реактивной струи, и сам реактивный двигатель, преобразующий первый вид энергии во второй.

Реактивные твердотопливные двигатели очень надежны, могут долго храниться, а следовательно, постоянно готовы к запуску. Они применяются в авиации и космонавтике, в самолетах и в космических аппаратах.

Принцип действия тепловых двигателей.

Каждый тепловой двигатель состоит из 3 основных элементов: рабочее тело (например, газ), которое совершает работу в двигателе; нагреватель, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым могут являться атмосфера или специальные устройства.

Работа теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов, каждый из которых таков: приобретение рабочим телом энергии Q1 от нагревателя (температура которого T1); расширение рабочего тела и совершение им полезной работы А_пол; передача неиспользованной части энергии Q2 холодильнику (температура которого T2 всегда меньше, чем температура нагревателя T1); возвращение охлажденного рабочего тела в исходное состояние. Из первого закона термодинамики следует, что при завершении цикла рабочее тело приходит в первоначальное состояние и его внутренняя энергия не меняется:

deltaU = U2 - U1 = О,

Q1 = Q2 + A пол + Qпотерь:

где (Q— энергия потерь за один цикл, которая расходуется на теплообмен с окружающей средой, на трение и т. д. Таким образом, полезная работа, совершаемая за цикл, A_пол ≤ Q1 - Q2 где в случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии.

Характеристика тепловых двигателей.

Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

В тепловых двигателях не вся внутренняя энергия пара или газа превращается в механическую энергию. Важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу, т.е. в ту работу, ради которой он и создан. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Пусть Aп – полезная работа; Q₁ – количество теплоты, поступившее от нагревателя; Q₂ – количество теплоты, отданное холодильнику: Aп = Q₁ – Q₂.

Двигатель внешнего сгорания.

Двигатель внешнего сгорания - тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Материалоёмкость
применение высокого давления и специальные виды рабочего тела(водород, гелий) для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС
Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников.
Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Двигатель внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания источником тепла является химическая энергия топлива, а его сгорание происходит внутри двигателя. Поэтому для таких двигателей не требуется котел или какой-то другой внешний нагреватель. Рабочим телом теоретически могут служить многие горючие вещества, однако практически все современные двигатели такого рода работают на бензине или дизельном топливе.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Действительно ли история тепловых двигателей — это история прогресса?

Тепловые двигатели чрезвычайно важны для жизни человека, технологии, энергии и транспорта. Изобретение парового двигателя имело большое значение для перехода к механическому производству и позволило создать пароход (1807 г.) и паровоз (1814 г.). Изобретение паровой турбины позволило значительно увеличить мощность электростанций. Сегодня паровая турбина является важнейшим первичным двигателем на тепловых и атомных электростанциях.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания оживило автомобильную и авиационную промышленность.

Тепловой двигатель — это устройство, которое может преобразовывать вырабатываемое тепло в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях осуществляется расширением определенного вещества, так называемого рабочего тела. В качестве рабочих органов обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздуха, воды). Рабочий орган получает (или дает) тепловую энергию при теплообмене с органами, обладающими большим внутренним запасом энергии.

Однократное преобразование тепла в работу не интересует техника. Действительно существующие тепловые двигатели (паровые двигатели, двигатели внутреннего сгорания и т.д.) работают циклически. Процесс теплообмена и преобразования полученного количества тепла в работу повторяется периодически. Для этого рабочий орган должен выполнять круговой процесс или термодинамический цикл, в котором исходное состояние периодически восстанавливается.

Работа А, выполняемая рабочим органом за цикл, равна количеству тепла Q, получаемого за цикл. Отношение работы A к количеству тепла Q1, которое рабочий получает от нагревателя во время цикла, называется нагревательной машиной/эффективностью η.

Этот эолипир представлял собой полую сферу, которая могла быть вынуждена вращаться под ним огнем. Для этого в вертикальной плоскости была предусмотрена сфера с двумя диаметрально противоположными, изогнутыми, выступающими трубками, а под ней был помещен сосуд, частично заполненный водой. Когда под сосудом возник пожар, в нем кипела вода, и выпущенный пар проникал по паровым трубам во внутреннюю полость сферы и выходил из нее по изогнутым трубам, вызывая вращение сферы.

По сути, эолипир — это не более чем паровая турбина. Конечно, эолипир не подходит под определение теплового двигателя, потому что он ничего не приводит в движение, это просто красивая игрушка, но в нем тепло естественным образом преобразуется в механическую работу, а идея использования энергии пара при ускорении и подаче сопел в кольцевом направлении была впоследствии использована для создания паровых турбин.

В шестидесятых годах XVIII века. Век — замечательный человек, сформировавшийся в дикой природе Алтая. Изобретатель и конструктор, технолог и машиностроитель, проектировщик лесопильных и горно-металлургических предприятий, специалист по рудам и строительным материалам, опытный шахтер и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких экспериментов и умелый приборостроитель, преподаватель и график — таков был этот выдающийся представитель российского технического мышления — И.И.Ползунов.

20 мая 1765 года уже были закончены сто десять частей завода, не считая котла с арматурой и налоговой ставкой. Отдельные части весили более ста семидесяти пуделей. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Высота паровых цилиндров составляла 2,8 метра. В конце 1765 года было завершено строительство гусеничной тепловой станции. На берегу рабочего пруда находилось машиностроительное предприятие высотой более 18 метров.

В условиях феодального крепостничества паровая машина И. И. Ползунова, конечно, не могла быть универсально циркулирующей. Однако использование отдельных двигателей и в любом случае использование уже построенного двигателя было возможным и разумным. Это поняли ведущие российские личности. A. И. Порошин, который уже был старше и на пенсии, настаивал на продолжении дела Ползунова в 1767 году. Однако он не был поддержан ни кабинетом министров, отвечающим за Алтай, ни Академией наук. Определенную роль сыграл тот факт, что Паллас и Фалк увидели эту машину в природе и впервые описали ее в прессе, все перекрутилось, вплоть до имени создателя новой машины. Старт Паллас и Фалк завершил Ирман и Меллер и физически уничтожил машину Crawler.

Уатт Джеймс (19.1.1736, Гринок, Шотландия — 19.8.1819, Хитфилд, Англия), английский изобретатель, создатель универсального парового двигателя, член Лондонского королевского общества (1785). С 1757 года он работал механиком в Университете Глазго, где познакомился со свойствами пара, а сам с большой точностью исследовал зависимость температуры насыщенного пара от давления с помощью котла Д. Папена. В 1765 г. У. построил экспериментальную машину с цилиндром диаметром 16 см, а в 1768 г. — первый большой паровой двигатель.

В 1774 г. паровой двигатель был закончен, дальнейшие испытания показали, что этот двигатель более чем в два раза эффективнее лучших машин Newcomen. В 1782 году он получил английский патент на паровой двигатель с расширением. В. ввел первую единицу мощности — лошадиную силу (позже его имя было изменено на другую единицу мощности — ватт). Благодаря своей эффективности паровой двигатель U. получил широкое распространение и сыграл важную роль в переходе к машинному производству.

Карно (Никола Леонар) Сади (1796-1832), французский физик и инженер, один из основоположников термодинамики. Работа Карнота стала фактически первым серьезным теоретическим исследованием принципов термических машин. Хотя он воспользовался идеей, уже отвергнутой многими физиками в то время, что приток тепла вызывает нагрев материи, а отток — ее охлаждение, ему удалось обнаружить ряд определений, которые играют решающую роль в работе этих машин.

Попытки Carno связать эффективность (действенность) отопительной машины (что также является ее термином) непосредственно с температурой отопления и холодильника потерпели неудачу по той простой причине, что в то время не была известна абсолютная шкала температур.

Но он многое понял. Например, он подробно проанализировал, выгоднее ли использовать водяной пар или воздух в качестве рабочего материала в тепловой машине, доказал, что теоретически максимально возможная эффективность не зависит от конструкции тепловой машины, а определяется только температурой отопления и холодильника, и установил много других важных моментов.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия сжигания топлива в рабочей камере преобразуется в механическую работу.

Первый практически полезный постоянный ток газа был построен французским механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 году немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый D.V.s. По сравнению с паровым двигателем D.V.s. он принципиально проще, так как исключается одно звено в процессе преобразования энергии — паровая котельная установка. Это улучшение привело к большей компактности D.V.S., меньшей массе на привод и более высокому КПД, но при этом потребовало более качественного топлива (газа, масла).

В зависимости от вида топлива Д. В. С. делятся на жидкотопливные и газовые двигатели. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — для 4-х и 2-х тактных двигателей. По способу приготовления горючей смеси топлива и воздуха — для двигателей с наружной и внутренней смесью. Двигатели с внешней смесью включают в себя карбюраторные двигатели, в которых в карбюраторе образуется горючая смесь жидкого топлива и воздуха, и газовые смеси, в которых в смесителе образуется горючая смесь газа и воздуха. В ДВС с внешним перемешиванием рабочая смесь в цилиндре воспламеняется электрической искрой. В двигателях с внутренним перемешиванием (дизельные двигатели) топливо саморазжигается при впрыске в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Максимальная эффективная эффективность самого передового Ц.К.Е. составляет около 44%.

Основным преимуществом Д.В.С., как и других тепловых двигателей (например, реактивных), перед гидравлическими и электрическими двигателями, является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т.д.), в этом контексте заводы, оборудованные Д.В.С., могут свободно передвигаться и оседать где угодно. Это привело к широкому применению Д.В.С. на транспортных средствах (автомобилях, сельскохозяйственных и дорожно-строительных машинах, самоходной военной технике и т.д.).

Тепловые двигатели

Черепанов, русский изобретатель, крепостной заводчик Демидов: отец Ефим Алексеевич (1774-1842) и сын Мирон Ефимович (1803-49). Они построили первый в России паровоз.

В 1869 году братья Пьер и Эрнест Мишо создали первый мотоцикл во Франции. Это был мотоцикл с маленьким одноцилиндровым паровым двигателем. Блок двигателя был соединен с блоком на заднем колесе гибким кожаным ремнем.

АВТОМОБИЛЬНОЕ (от авто… и лат. мобильное — мобильное, легко передвигаемое), транспортное безрелезовая машина в основном на колесном приводе, приводимом в движение собственным двигателем (внутреннее сгорание, электрическое или паровое). Первый паровоз был построен в 1769-70 гг. Ж. Куно (Франция), с двигателем внутреннего сгорания Г. Даймлера, К. Бенца (Германия) 1885-86 г.г. Различают легковые автомобили (легковые и автобусные), грузовые автомобили, специальные автомобили (пожарные, санитарные и т.д.) и гоночные автомобили. Скорость движения легковых автомобилей до 300 км/ч, гоночных автомобилей до 1020 км/ч (1993 г.), грузоподъемность грузовых автомобилей до 180 тонн.

Создателем первого автомобиля является немецкий инженер Карл Бенц. Однако есть и более ранние модели самоходных машин, такие как подъемник улиток Demetrius от Фалерского, который был создан около 2000 лет назад.

В 1885 году Бенц построил трехколесный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции, но не выезжал за пределы завода. Когда 29 января 1886 года он подал заявку на патент на VRS 37435 для самоходного экипажа как такового, появилась возможность провести публичную демонстрацию своего изобретения. Отправка состоялась 3 июля 1886 года.

Механик-самоучка Иван Кулибин (1735-1818) родился в Нижнем Новгороде в 1735 году как сын семьи мелкого купца муки. Его отец был старообрядцем, который воспитывал сына по строгим правилам и приучал его к труду. После того, как он начал учебу, Иван не мог остановиться и приступить к ней, так как у него не было другой возможности самостоятельно изучать науки с помощью книг, в том числе и трудов Михаила Ломоносова.

Среди тепловых двигателей победителями стали паровые двигатели. Только они до сих пор служат на тепловых и атомных электростанциях и мощных кораблях!

Экологические проблемы тепловых двигателей

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИСИС, нарушение связей в экосистеме или необратимые события в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью, угрожающей существованию человека как вида. Неблагоприятная экологическая ситуация, экологическая катастрофа и экологическая катастрофа отличаются по степени угрозы природной жизни людей и развитию общества.

Загрязнение тепловыми двигателями:

Химический.
Радиоактивный.
Тепловой.

КПД тепловых двигателей Заключение

Сжигание топлива сопровождается выбросом в атмосферу углекислого газа, азота, серы и других соединений.

Меры по предотвращению загрязнения:

сокращение вредных выбросов.
контроль выхлопных газов, модификация фильтров.
сравнение эффективности и экологических показателей различных видов топлива, переход транспорта на газовое топливо

Перспективы использования электродвигателей, пневмоавтомобилей, автомобилей на солнечных батареях.

Список литературы

Образовательный сайт для студентов и школьников

Изучить роль тепловых машин в нашей жизни и попробовать наметить выход из непростой экологической ситуации, которая во многом связана с ними..

Изучить историю создания ДВС и их принцип работы.
Установить связь загрязнения воздуха с загруженностью автодорог.
Рассчитать количество вредных продуктов работы тепловых машин.
Выяснить, как уменьшить вредное влияние использования тепловых машин на жизнь и деятельность человека на Земле.

В ходе работы множества тепловых машин возникают выхлопы тепла, которые, приводят к нагреванию самой атмосферы. Это может привести к более интенсивному таянию ледников и фатальному для человечества повышению уровня Мирового океана. Работа тепловых машин и ДВС способствует тому, что в атмосферу выбрасываются вредные для живых и растительных организмов продукты сгорания топлива.

Если выхлопы токсинов – это неизбежность в работе автотранспорта то, можно ли и как их уменьшить?

Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Машины выгодны тем, что способны совершать большую полезную работу.

Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. В большинстве таких машин нагревание получается при сгорании топлива, в результате чего нагреватель получает достаточно высокую температуру. В этих случаях работа совершается за счет использования внутренней энергии смеси топлива с кислородом воздуха. В настоящее время довольно широко распространены также тепловые машины, использующие теплоту, выделяющуюся в реакторе, где происходит расщепление атомных ядер.

7. Основная часть.

7.1. Исторический обзор

История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Первый универсальный тепловой двигатель был создан в 1764 г. в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И. И. Ползуновым. Он первым понял, что можно заставить паровую машину приводить в движение не только насос, но и кузнечные мехи. Рабочие органы его машины передавали движение валу отбора мощности. Это качество придавало машине Ползунова свойство универсальности.

С того времени тепловые двигатели многократно модифицировались.

История паровых машин начинается лишь в 17 веке. Одним из первых, кто создал действующий прообраз паровой машины, был Дени Папен. Паровая машина Папена, была фактически лишь набросками, моделью. Он так и не сумел создать настоящую паровую машину, которая могла бы использоваться на производстве. Все его идеи нашли применение в следующем поколении паровых машин.

В 1712 году была создана паровая машина Томаса Ньюкомена. Она вобрала в себя лучшие идеи из паровой машины Папена и парового насоса Севери. Главные недостатки, паровой машины Ньюкомена заключались в ее огромных размерах и очень большом потреблении угля. Попытки применить ее для пароходов не увенчались успехом.

В 1773 году, Уатт, строит свою первую действующую паровую машину. А в 1774 году, совместно с промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин.

В 1884 году, Уатт создает первую универсальную паровую машину. Ее основное назначение – привод промышленных станков. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам..

Паровая машина Уатта стала основанием технологического прорыва в технике. Началась эпоха паровых машин.

В 20-м столетии стало возможным претворить на практике мечты многих изобретателей об использовании реактивной силы в качестве движущей силы для летательных аппаратов, хотя о самом реактивном движении знали ещё более 2000 лет назад.

Кто был первым создателем авиационного реактивного двигателя? На этот вопрос невозможно получить однозначный ответ.

К началу второй мировой войны, в 1939 г., наибольший прогресс в развитии реактивных двигателей был, достигнут в Англии и Германии, абсолютно независимо друг от друга.

Кроме Германии и Англии, следует отметить еще ряд стран, где проведены подобные работы: в Швеции, во Франции, в Венгрии, в США и Советском Союзе.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Первый двигатель изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь метана, водорода и воздуха. Устройство походило на устройство будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл.

Однако, у этого двигателя коэффициент полезного действия составлял всего 0.04, т.е. всего 4% теплоты сгоревшей смеси газов тратилось на полезную работу, а 96% уходили с отработанными газами.

В 1862 г. француз Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего становилось сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Но сам он осуществить свою идею не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. служащий из Кёльна (Германия) Николаус Август Отто (1832-1891). КПД его двигателя уже был выше (хоть и немного).

Для генерации подаваемого на двигатель пара использовались котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.

Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.

В самом конце движения поршня к НМТ клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.

В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.

В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все тоже выпускное окно.

Цикл повторяется заново.

*ВМТ – верхняя мёртвая точка;

НМТ – нижняя мёртвая точка.

Ракетные двигатели имеют довольно простой принцип работы.

Для того чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливно-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении.

Двигатель внутреннего сгорания

Основы устройства поршневого ДВС

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень. Поршень через шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал представляют собой кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами. Перемещение поршня ограничивается ВМТ и НМТ. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

8.Роль тепловых машин ТМ.

Паровые двигатели имели огромное значение до середины прошлого века, т.к. использовались на железной дороге.

Сегодня там большее распространение получили дизельные двигатели. Они широко используются в автомобильном транспорте: их устанавливают на автомашинах, мотоциклах, мопедах, грузовых автомобилях. Кроме того их используют на железнодорожном транспорте, в легкой авиации, в сельском хозяйстве. Эти двигатели имеют большую мощность при довольно небольших размерах. Именно паровые турбины приводят в движение роторы генераторов электрического тока.

КПД ракетных двигателей достигает 60 %. Это значит, что их целесообразно использовать на авиационном и космическом транспорте.

Итак, тепловые двигатели широко используются в транспортной, сельскохозяйственной, промышленной и космической сферах деятельности человека.

Мы очень долго используем тепловые машины и почти столько же времени не думали о наносимом вреде окружающей среде нашей планеты.

- Продукты сгорания вызывают парниковый эффект (однако отметим, что тепловой эффект во многом компенсируется ледниковым эффектом.

- Выхлопные газы являются мутагенами, образуют с туманом или дождем смог и кислотные дожди (у человека они вызывают поражения кожи и органов дыхания; продолжительность жизни животных и растений уменьшается).

- Соединения азота с кислородом ускоряют разрушение озонового слоя.

- ДВС поглощают кислород прямо из атмосферы.

9. Проведение наблюдений .

Зная о том, что самая большая часть вреда для окружающей среды исходит от автомобиле, я задумалась: сколько вреда приносит дорожный транспорт нашему городу? В Сасово не самый мощный поток машин в нашей стране. Определив загазованность выхлопными газами у нас, путём несложных математических вычислений можно сделать выводы и о стране, и о Земле в целом. Я провела исследование и вычислила количество токсичных продуктов, образующихся при работе автотранспорта в трёх точках г.Сасово.

Используя методики, описанные в печатном издании (см. Приложения № 1), я подсчитала общую массу выделившихся токсичных продуктов. Результаты исследований оформила в виде таблиц (см таблица 1, 2, 3) и диаграммы (см. Приложение № 3) Мы вели подсчет на трех участках (карта см. Приложение № 2, (а, б, в)) с.26 – 28.

таблица 1. Количество токсичных веществ на 1- ом участке (светофор у МКЦ)

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Тепловые двигатели и их применение

Нам Анастасия Альбертовна

Кутенкова Галина Владимировна

ПЦК Математика и Информатика

В XVII в. Был изобретен тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован ,но идея осталась той же .Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара , а газ пар разширяясь,совершает работу и охлаждается ,а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию..

Тепловой двигатель, паровая машина, двигатель внутреннего сгорания ,паровая и газовые турбины, реактивные двигатели.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Тепловой двигатель устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.

Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливаются на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока, а также на всех атомных электростанциях для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном - поршневые двигатели внутреннего сгорания, на водном - двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, на железнодорожном - тепловозы с дизельными установками, в авиации - поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.

Паросиловая станция. Работа этих двигателей производится посредством пара. В огромном большинстве случаев это водяной пар, но возможны машины, работающие с парами других веществ (например, ртути). Паровые турбины ставятся на мощных электрических станциях и на больших кораблях. Поршневые двигатели в настоящее время находят применение только в железнодорожном и водном транспорте (паровозы и пароходы).

Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств. Все это хозяйство вместе носит название паросиловой станции. На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода.

Вода превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине (или в поршневой машине) и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор). Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный, бак (сборник) снова направляется в котел.

В этой схеме паровой котел является нагревателем, а конденсатор холодильником. Так как в установке циркулирует практически одна и та же вода (утечка пара невелика и добавлять воды почти не приходится), то в котле почти не получается накипи, т. е. осаждения растворенных в воде солей. Это важно, так как накипь плохо проводит тепло и уменьшает коэффициент полезного действия котла. В случае появления накипи на стенках котла ее удаляют.

Паровая турбина тепловой двигатель ротационного типа, преобразующий потенциальную энергию пара сначала в кинетическую энергию и далее в механическую работу. Паровые турбины применяются преимущественно на электростанциях и на транспортных силовых установках судовых и локомотивных, а также используются для приведения в движение мощных воздуходувок и других агрегатов.

После турбины или поршневой машины пар поступает в конденсатор, играющий роль холодильника. В конденсаторе пары должны превратиться в воду. Но пар конденсируется в воду только в том случае, если отводится выделяющаяся при конденсации теплота испарения. Это делают при помощи холодной воды. Например, конденсатор может быть устроен в виде барабана, внутри которого расположены трубы с проточной холодной водой.

В зависимости от степени расширения пара в рабочих лопатках различают активные и реактивные турбины. Пар в активной турбине расширяется только в соплах, и его давление при прохождении каждого венца с рабочими лопатками не изменяется. Поэтому активная турбина называется также турбиной равного давления. В соплах реактивных турбин в отличие от активных происходит лишь частичное расширение пара; дальнейшее расширение происходит в рабочих лопатках. Поэтому иногда реактивная турбина называется турбиной избыточного давления.

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Самый распространенный тип современного теплового двигателя двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания устанавливаются на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках и т. д. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. п.) или на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные двигатели).

Основной частью двигателя внутреннего сгорания является один или несколько цилиндров, внутри которых производится сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.

Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов впускной подается горючая смесь, через другой выпускной выбрасываются продукты сгорания. Клапаны имеют вид тарелок, прижимаемых к отверстиям пружинами. Клапаны открываются при помощи кулачков, помещенных на кулачковом валу; при вращении вала кулачки поднимают клапаны посредством стальных стержней (толкателей). Кроме клапанов, в верхней части цилиндра помещается так называемая свеча. Это приспособление для зажигания смеси посредством электрической искры, получаемой от установленных на двигателе электрических приборов (магнето или бобины).

Весьма важной частью бензинового двигателя является прибор для получения горючей смеси карбюратор. Его устройство схематически показано на рисунке 7. Если в цилиндре открыт только впускной клапан и поршень движется к коленчатому валу, то сквозь отверстие 1 засасывается воздух. Воздух проходит мимо трубочки 2, соединенной с поплавковой камерой 3. В камере 3 находится бензин, подцеживаемый при помощи поплавка 4 на таком уровне, что в трубочке 1 он как раз доходит до конца ее. Это достигается тем, что поплавок, поднимаясь при натекании бензина в камеру, запирает отверстие 5 особой запорной иглой 6 и тем прекращает подачу бензина, если уровень его повысится. Воздух, проходя с большой скоростью мимо конца трубочки 2, засасывает бензин и распыляет его (по принципу пульверизатора). Таким образом получается горючая смесь (пары бензина и воздух), приток которой в цилиндр регулируется дроссельной заслонкой 7.

Работа двигателя состоит из четырех тактов:

I такт всасывание. Открывается впускной клапан 1, и поршень 2, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь из карбюратора.

II такт сжатие. Впускной клапан закрывается, и поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.

III такт сгорание. Когда поршень достигает верхнего положения (при быстром ходе двигателя несколько раньше), смесь поджигается электрической искрой, даваемой свечой. Сила давления газов раскаленных продуктов сгорания горючей смеси толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, и этим производится полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются и давление их падает. К концу рабочего хода давление в цилиндре падает почти до атмосферного.

IV такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан 3, и отработанные продукты горения выбрасываются сквозь глушитель в атмосферу.

Из четырех тактов двигателя (т. е. за два оборота коленчатого вала) только один, третий, является рабочим. Ввиду этого одноцилиндровый двигатель должен быть снабжен массивным маховиком, за счет кинетической энергии которого двигатель движется в течение остальных тактов. Одноцилиндровые двигатели ставятся главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах и т. п. с целью получения более равномерной работы двигателя ставятся четыре, шесть и более цилиндров, установленных на общем валу так, что при каждом такте по крайней мере один из цилиндров работает. Чтобы двигатель начал работать, его надо привести в движение внешней силой. В автомобилях это делается при помощи особого электромотора, питающегося от аккумулятора (стартер).

Добавим, что необходимой частью двигателя является приспособление для охлаждения стенок цилиндров. При чрезмерном перегревании цилиндров наступает пригорание масла, возможны преждевременные вспышки горючей смеси и детонация (взрыв горючей смеси вместо сгорания, имеющего место при нормальной работе). Детонация не только вызывает понижение мощности, но и разрушительно действует на мотор. Охлаждение цилиндров производится проточной водой, отдающей теплоту воздуху, или непосредственно воздухом. Вода циркулирует, омывая цилиндры. Движение воды вызывается нагреванием ее вблизи цилиндров и охлаждением в радиаторе. Это система медных трубок, по которым протекает вода. В радиаторе вода охлаждается потоком воздуха, засасываемого при движении вентилятором.

Двигатель внутреннего сгорания обладает рядом преимуществ, являющихся причиной его широкого распространения (компактность, малая масса). С другой стороны, недостатками двигателя являются:

а) он требует жидкого топлива высокого качества;

б) невозможность получить при его помощи малую частоту вращения (при малом числе оборотов, например, не работает карбюратор).

Так как температура газов, получающихся при сгорании смеси внутри цилиндра, довольно высока (свыше 1000 °С), то к. п. д. двигателей внутреннего сгорания может быть значительно выше к. п. д. паровых двигателей. На практике к. п. д. двигателей внутреннего сгорания равен обычно 2030 %.

Реактивный двигатель - двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путем преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. В результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи.

В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в реактивном двигателе могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная).

Для создания реактивной тяги, используемой реактивным двигателем, необходимы:

· источник исходной (первичной) энергии, которая превращается в кинетическую энергию реактивной струи;

· рабочее тело, которое в виде реактивной струи выбрасывается из реактивного двигателя;

· сам реактивный двигатель - преобразователь энергии.

Исходная энергия запасается на борту летательного или другого аппарата, оснащенного реактивным двигателем (химическое горючее, ядерное топливо), или (в принципе) может поступать извне (энергия Солнца). Для получения рабочего тела в реактивном двигателе может использоваться вещество, отбираемое из окружающей среды (например, воздух или вода); вещество, находящееся в баках аппарата или непосредственно в камере реактивного двигателя; смесь веществ, поступающих из окружающей среды и запасаемых на борту аппарата. В современных реактивных двигателях в качестве первичной чаще всего используется химическая энергия. В этом случае рабочее тело представляет собой раскаленные газы - продукты сгорания химического топлива. При работе реактивного двигателя химическая энергия сгорающих веществ преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а тепловая энергия горячих газов превращается в механическую энергию поступательного движения реактивной струи и, следовательно, аппарата, на котором установлен двигатель. Основной частью любого реактивного двигателя является камера сгорания, в которой генерируется рабочее тело. Конечная часть камеры, служащая для ускорения рабочего тела и получения реактивной струи, называется реактивным соплом.

В зависимости от того, используется или нет при работе реактивного двигателя окружающая среда, их подразделяют на 2 основных класса - воздушно-реактивные двигатели (ВРД) и ракетные двигатели (РД). Наиболее широко реактивные двигатели используются на летательных аппаратах различных типов.

Воздушно-реактивные двигатели. Все ВРД - тепловые двигатели, рабочее тело которых образуется при реакции окисления горючего вещества кислородом воздуха. Поступающий из атмосферы воздух составляет основную массу рабочего тела ВРД. Таким образом, аппарат с ВРД несет на борту источник энергии (горючее), а большую часть рабочего тела черпает из окружающей среды.

ВРД подразделяются на бескомпрессорные и компрессорные.

Бескомпрессорные ВРД отличаются тем, что необходимая подача сжатого воздуха для эффективного сжигания топлива осуществляется без применения компрессора; сжатие воздуха происходит во входном устройстве за счет скоростного напора набегающего потока. Они делятся на прямоточные и пульсирующие.

Прямоточные ВРД для повышения давления воздуха в камере сгорания используют только скоростной напор встречного потока. Присущие им положительные особенности: простота конструкции, легкость, а также возрастание реактивной тяги пропорционально квадрату скорости полета. Поэтому они особенно выгодны при больших сверхзвуковых скоростях полета. Недостаток ничтожная тяга при малой скорости полета, поэтому прямоточные ВРД могут применяться на самолетах только в сочетании с другими двигателями, обеспечивающими необходимую тягу при взлете и на малых скоростях полета. Прямоточные ВРД устанавливают на зенитных управляемых ракетах, крылатых ракетах, сверхзвуковых истребителях-перехватчиках. Дозвуковые прямоточные двигатели применяются на вертолетах (устанавливаются на концах лопастей несущего винта).

Пульсирующий ВРД отличается от прямоточного тем, что воздух поступает в камеру сгорания не непрерывно, а периодически, импульсами. Давление в камере повышается за счет сгорания топлива. Пульсирующий ВРД может развивать необходимую тягу и при малых скоростях полета. Конструкция его проста. Основной недостаток большой расход топлива. Пульсирующие ВРД имеют небольшую тягу и предназначаются лишь для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью.

Компрессорные ВРД имеют центробежный или осевой компрессор, приводимый в действие газовой турбиной или авиационным поршневым двигателем, и соответственно подразделяются на турбокомпрессорные (или турбореактивные) и мотокомпрессорные.

Турбокомпрессорные (или турбореактивные) ВРД получили наиболее широкое распространение. Этими двигателями оснащено большинство военных и гражданских самолетов, их применяют на вертолетах. Они пригодны для полетов как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями; их устанавливают также на самолетах-снарядах. Сверхзвуковые турбореактивные двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических самолетов.

Узнать стоимость написания работы -->

Читайте также:

Реферат роль тепловых двигателей в развитии энергетики

Оглавление

Файлы: 1 файл

Тепловые двигатели..docx

Введение

Двигатель внутреннего сгорания

Тепловые двигатели

Экологические проблемы тепловых двигателей

Список литературы