Тепловые машины

Тепловые машины.
Паровая турбина.
Двигатель внутреннего сгорания.
Газовая турбина и реактивные двигатели.

Паровая турбина.
1-Котел.
2-Паропровод.
3-Ротор.
4-Генератор.
5-Конденсатор.
6-Насос.
7-Топка.

Двухкорпусная паровая турбина в разрезе.

Двухкорпусная паровая турбина.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания называется тепловая машина, в которой в качестве рабочего тела используются газы высокой температуры, образующиеся при сгорании жидкого или газообразного топлива непосредственно внутри камеры поршневого двигателя или газовой турбины.

Разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания.
1,2-клапаны.
3-поршень.
4-шатун.
5-коленчатый вал.
6-маховик.
7-свеча.

Карбюраторный, четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Первый такт. Всасыванье.
Поршень движется вниз из крайнего верхнего положения и впускной клапан открыт. При опускании поршня через этот клапан в камеру сгорания всасывается горючая смесь – пары бензина с воздухом. В конце такта первый клапан закрывается , второй закрыт.

Второй такт. Сжатие.
Поршень начинает подниматься вверх, сжимая горючую смесь. Незадолго до того как поршень придет в крайнее верхнее положение, в запальной свече проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется.

Третий такт. Рабочий ход.
У газообразных продуктов сгорания температура достигает1600-1800 ْ С , а давление соответственно 1-10 МПа. Эти газы с большой силой давят на поршень, который опускается вниз и с помощью шатуна и кривошипа приводит во вращение коленчатый вал.

Четвертый такт. Выхлоп.
В конце рабочего хода , когда поршень приходит в крайнее нижнее положение, открывается выхлопной клапан. Поршень , поднимаясь вверх, выталкивает отработавшие газы в атмосферу. После этого начинается снова первый такт- всасывание горючей смеси.

Реактивные двигатели.
Впервые возможность и необходимость использования жидкостными ракетными двигателями для запуска человека в космическое пространство были обоснованы К.Э.Циолковским в 1903 году. Он предложил конструкцию ракеты, схема которой достаточно хорошо показана на рисунке.

Жидкостные ракетные двигатели.
1- камера сгорания.
2- насосы.
3- выходное сопло.
4- жидкое горючее.
5- окислитель.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя.
Еще в 1824г. Французский ученый С.Карно показал, что в любой тепловой машине можно получить полезную работу лишь в том случае, если энергия путем теплообмена переходит от горячего тела к холодному; при этом лишь часть этой теплоты может пойти на совершение полезной работы.

Если абсолютная температура горячего тела равна Т1, а холодного- Т2, то максимальный КПД машины равен:
ηмакс = .
Более высокого КПД при данных значениях температур получить невозможно.

Экологические проблемы использования тепловых машин.
Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например сернистые соединения, оксиды азота, углеводороды, оксид углерода, хлор. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее- в различные части ландшафта.