(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как работает котел подогрева двигателя


виды подогревателей и принцип работы

Предпусковой подогреватель двигателя устанавливается на различные виды техники, начиная от гражданских легковых авто и заканчивая тяжелыми грузовиками, спецмашинами и т.д. Оснащение устройством предпускового подогрева двигателя и салона позволяет облегчить запуск ДВС, увеличить ресурс силовой установки и в значительной степени повысить комфорт эксплуатации в зимний период.

На машины, которые не имеют штатно установленного подогревателя, имеется возможность отдельно приобрести  и установить подобное решение. При этом подогрев двигателя можно поставить практически на любую модель автомобиля. Главное, правильно подобрать необходимое устройство из тех вариантов, которые имеются в продаже, а также выполнить качественный монтаж.

Далее мы рассмотрим, какие бывают предпусковые подогреватели двигателя, изучим принцип работы предпускового подогрева. Также мы постараемся ответить на вопрос, какие преимущества и недостатки имеет тот или иной тип подогревателей мотор и салона автомобиля из общей группы подобных устройств.

Содержание статьи

Что такое предпусковой подогреватель двигателя и его устройство

Начнем с того, что существует несколько видов подогревателей ДВС, которые отличаются по принципу действия, назначению, производительности, габаритам и ряду других параметров и характеристик. Как правило, зачастую подогреватели делят на:

  • жидкостные автономные;
  • электрические;

Теперь давайте рассмотрим эти решения более подробно. Итак, самым распространенным вариантом является автономный предпусковой подогреватель двигателя жидкостной. Многие водители хорошо знают такие устройства по брендам  Webasto, Hydronic, Теплостар и т.д.

Обратите внимание, автономные предпусковые подогреватели делятся на жидкостной и воздушный. Жидкостной подогрев предназначается для обогрева двигателя перед запуском, а также для прогрева салона. Воздушный обогреватель позволяет подогревать только салон, то есть проблема холодного запуска ДВС в этом случае не решается.

При этом оба типа обогревателей являются автономными. Устройства осуществляют забор топлива (бензин, солярка) из  основного бака или отдельного резервуара (идет в комплекте с  автономным отопителем). Далее происходит сжигание этого топлива в небольшой камере сгорания.

Данные решения являются экономичными, так как расход топлива небольшой, также потребляется минимум электроэнергии, подогреватели отличаются сниженным уровнем шума во время работы. Еще следует отметить универсальность, так как поставить отопитель можно на бензиновый, дизельный, газовый или газодизельный двигатель, мотор с ГБО и т.д.

Как правило, автономные предпусковые подогреватели устанавливают в моторном отсеке, после чего  они также подключаются к системе охлаждения двигателя. Воздушный отопитель в таком подключении не нуждается. Устройство ставят в салоне, так как его задача не греть ОЖ, а подать подогретый воздух в воздуховоды.

Как работает предпусковой подогреватель двигателя автономный

Начнем с того, что жидкостной отопитель представляет собой готовый монтажный комплект. Основными элементами являются:

  • котел с камерой сгорания;
  • жидкостной радиатор;
  • магистрали для подачи топлива;
  • насос для подкачки горючего;
  • насос жидкостной;
  • термореле;
  • электронный блок отопителя;
  • органы управления;

Итак, после того, как на устройство приходит сигнал о запуске, электрический ток начинает подаваться на исполнительный мотор. Такой двигатель приводит в действие специальный топливный насос, который входит в конструкцию отопителя. Параллельно начинает работать и вентилятор. Насос накачивает горючее, после чего топливо испаряется в испарителе. Также в отопитель поступает воздух.

В результате образуется топливно-воздушная смесь, которая поступает в камеру сгорания  и воспламеняется от искры на свече зажигания. Тепловая энергия, которая образуется после сгорания, через специальный теплообменник отдается охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

Сама ОЖ при этом циркулирует. Циркуляция становится возможной благодаря работе подкачивающего насоса, который входит в конструкцию отопителя. Таким образом, подогретая и циркулирующая по рубашке охлаждения жидкость способна передать тепло холодному двигателю.

После того, как нагрев ОЖ составит 30 градусов по Цельсию, в автоматическом режиме включается вентилятор штатного отопителя (печки) в салоне. В результате нагретый воздух подается в салон автомобиля.  Затем, когда антифриз или тосол разогреется до 70 градусов,  интенсивность подачи топлива в отопитель уменьшается для экономии горючего. Если ОЖ снова остынет до 55 градусов, весь описанный выше процесс повторится.

Если же говорить о воздушных отопителях, в этом устройстве горелка нагревает только воздух, при этом не греет охлаждающую жидкость. В автоматическом режиме  устройство «ориентируется» по показателю температуры воздуха в салоне или кабине. Другими словами, отопитель поддерживает ту или иную температуру воздуха, которую задал пользователь, а также работает столько времени, сколько запрограммировал водитель.

Как  жидкостные, так и воздушные отопители комплектуются различными органами управления, что позволяет управлять устройством не только из салона ТС, но и дистанционно. Среди основных функций следует выделить возможность автоматического включения  предпускового подогревателя по таймеру, запуск отопителя удаленно с брелка или при помощи мобильного телефона.

Принцип работы электрического подогрева двигателя

Электрический подогреватель является спиралью, которая вкручивается в блок цилиндров двигателя. Электрическая спираль ставится вместо заглушки в блоке. Принцип работы достаточно прост. Через спираль проходит ток, спираль нагревается, что и позволяет в результате нагреть тосол или антифриз. Циркуляция ОЖ и распределение тепла происходит естественным путем (за счет конвекции).

Отметим, что такой прогрев менее эффективен, а также занимает много времени. Также важно понимать, что хотя электрический предпусковой подогреватель двигателя является  более доступной  и простой альтернативой, однако  в значительной степени проигрывает воздушным и жидкостным отопителям.

Дело в том, что электроподогрев двигателя не является автономным. Устройство питается от внешней розетки, что во многих случаях становится  существенным недостатком. Еще одним минусом можно считать то, что такое решение потребляет достаточно много электрического тока.

Чтобы обеспечить нагрев ОЖ до определенной температуры и дальнейшее поддержание такой температуры, владелец сам задает температурный диапазон. Если просто, в комплекте идет таймер, что позволяет установить нужную температуру. После того, как ОЖ будет прогрета до нужного значения, спираль отключается.

Затем, когда температура жидкости снизится до определенного порога, устройство снова включится в автоматическом режиме. Еще отметим, что электрообогреватель позволяет прогреть не только двигатель, но и салон. После нагрева ОЖ включается штатный вентилятор печки, после чего теплый воздух идет из воздуховодов. Также имеется возможность реализовать подзарядку АКБ параллельно предпусковому подогреву силового агрегата.

Подогрев двигателя при помощи теплового аккумулятора

Данный тип обогревателей двигателя менее распространен по сравнению с другими аналогами. Подобные решения на рынке представлены системами Гольфстрим, Автотерм и т.д.

Принцип работы указанных тепловых аккумуляторов сводится к тому, что после прогрева ОЖ в результате работы двигателя, тосол или антифриз накапливается в специальной емкости, где остается горячим до 48 часов. При очередном запуске холодного мотора теплая жидкость поступает в систему охлаждения, что позволяет быстро прогреть двигатель и салон.

Предпусковой подогреватель двигателя: плюсы

Как известно, износ двигателя наиболее интенсивен в момент его запуска. При этом низкие температуры влияют на вязкость моторного масла (смазка густеет), смазывающие и защитные свойства ухудшаются.

В результате после холодного пуска усиливается трение, в первые секунды нагруженные детали испытывают масляное голодание. Зачастую быстрее всего изнашиваются элементы КШМ, ЦПГ и ГРМ. При этом возможность избежать холодного пуска и быстрый прогрев ДВС до рабочих температур позволяет говорить о том, что двигатель эксплуатируется в щадящем режиме.

Как видно, наличие автономного или электрического подогревателя позволяет увеличить срок службы мотора, снизить расходы на топливо и повысить экологичность силовых агрегатов. Также удается добиться повышения комфорта во время эксплуатации ТС в зимний период.

Читайте также

  • Гидроник, Вебасто или Бинар/Планар

    Особенности выбора предпусковых подогревателей Вебасто и Гидроник. Характеристики, установка и стоимость, гарантийные обязательства. Какой отопитель лучше.

Как работает котел - Руководство по вашему газовому котлу

Газовый котел работает так же, как котлы на жидком топливе или биомассе, причем центральным элементом является горелка; он включается и выключается регулятором нагрева. Вы можете активировать переключатель вручную или настроить термостат так, чтобы он реагировал, когда температура падает ниже определенного уровня.

A Пьезозажигание, зажигание на период от одной до двух секунд, а затем примерно через одну секунду газовая линия открывается, позволяя выходить газу.Задержка открытия подачи газа очень важна при нагревании газа, поскольку она предотвращает приток большого количества газа, который, если воспламениться слишком поздно, может вызвать взрыв.

Горелка подключена к теплообменнику, который нагревает воду в своей камере, после чего горячая вода перекачивается в направлении отопительного контура.

Несмотря на то, что он не играет никакой роли в производстве тепла, сердцем газового отопительного котла является технология управления. Это отвечает за эффективную и бесперебойную работу системы.Он также обеспечивает связь между внутренними или внешними датчиками температуры и котлом.

.

Как работают тепловые двигатели?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2019 г.

В наш век топливных элементов и электромобили, паровозы (и даже автомобили с бензиновым двигателем) может показаться ужасно старой технологией. Но посмотрите на историю шире, и вы увидите, что даже самые старые паровой двигатель - действительно очень современное изобретение. Люди были использовать инструменты для увеличения своей мышечной силы примерно на 2.5 миллионов лет, но только за последние 300 лет или около того мы усовершенствовали искусство создания «мускулов» - машин с приводом от двигателя - которые работают все сами по себе. Другими словами: люди были без двигатели для более чем 99,9% нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых, конечно, не обойтись. их. Кто мог представить себе жизнь без машин, грузовиков, кораблей или самолеты - все они приводились в движение мощными двигателями. И двигатели не просто перемещают нас по миру, они помогают нам его кардинально изменить.От мостов и туннелей до небоскребов и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение, построенное людьми за последние пару веков был построен с помощью двигатели - краны, экскаваторы, самосвалы и бульдозеры среди их. Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: значительная часть всех наших еда теперь собирается или транспортируется с помощью двигателя. Двигатели не заставляют мир идти раунд, но они участвуют практически во всем, что происходит на нашей планете.Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они работай!

Artwork: Основная концепция теплового двигателя: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, перемещаясь туда и обратно между высокой и низкой температурой. Типичный тепловой двигатель приводится в действие за счет сжигания топлива (внизу слева) и использует расширяющийся-сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива на вращающееся колесо (внизу справа).

Что такое тепловая машина?

Двигатель - это машина, которая энергия, заключенная в топливе, превращается в силу и движение.Угля нет очевидное использование кто угодно: это грязное, старое, каменистое вещество, похороненное под землей. Сжечь это в двигатель, однако, вы можете высвободить содержащуюся в нем энергию, чтобы силовые заводские машины, автомобили, лодки или локомотивы. То же самое верно других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф. поскольку двигатели работают, сжигая топливо для выделения тепла, иногда они называется тепловые двигатели . Процесс сжигания топлива включает в себя химическая реакция, называемая горением , где топливо сгорает в кислород в воздухе для образования углекислого газа и пара.(Как правило, двигатели также загрязняют воздух, потому что топливо не всегда чистое на 100 процентов и не сгорает идеально.)

Есть два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания. сжигание:

  • В двигателе внешнего сгорания топливо горит снаружи и вдали от основной части двигателя, где сила и движение производятся. Хороший пример - паровая машина: уголь горит на одном конце, который нагревает воду для образования пара.Пар подается в прочный металлический цилиндр , где он перемещает плотно прилегающий поршень называется поршень вперед-назад. В движущийся поршень приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель (возможно, заводской автомат или колеса паровоза). Это внешний двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи, а некоторые расстояние от цилиндра и поршня.
  • В двигателе внутреннего сгорания топливо горит внутри цилиндр. Например, в типичном автомобильном двигателе есть что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин постоянно горит кислородом, выделяя тепловую энергию.В цилиндры «зажигаются» поочередно, чтобы двигатель постоянный источник энергии, приводящий в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания обычно намного более эффективны, чем внешние двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не расходуется на передачу тепла от огонь и бойлер к баллону; все происходит в одном месте.

Художественное произведение: В двигателе внешнего сгорания (таком как паровой двигатель) топливо горит вне цилиндра, и тепло (обычно в виде горячего пара) необходимо отводить на некоторое расстояние.В двигателе внутреннего сгорания (таком как двигатель автомобиля) топливо горит прямо внутри цилиндров, что намного эффективнее.

Как двигатель приводит в действие машину?

В двигателях

используются поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, равна непрерывное возвратно-поступательное движение, толкающее и вытягивающее или возвратно-поступательное движение движение. Проблема в том, что многие машины (и практически все автомобили) полагаются на на колесах, которые вращаются и вращаются - другими словами, вращаются движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения. движение во вращательное движение (или наоборот).Если вы когда-нибудь смотрели паровой двигатель гудит, вы заметите, как колеса приводится в движение кривошипом и шатуном: простой рычажный рычаг, который соединяет одну сторону колеса с поршнем, чтобы колесо вращается, когда поршень качается вперед и назад.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение использовать шестерни. Вот что гениальный шотландский инженер Джеймс Ватт (1736–1819) решил сделать это в 1781 году, когда обнаружил кривошипно-шатунный механизм. необходимо было использовать в его усовершенствованной конструкции парового двигателя, фактически, уже защищен патентом.Дизайн Ватта известен как Солнце и планетарная передача ) и состоит из двух и более передач колеса, одно из которых (планета) толкается вверх и вниз поршнем стержень, вращающийся вокруг другой шестерни (Солнца) и заставляющий ее вращаться.


Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное: Первое фото: Солнце и планетарная шестерня. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни вращаются. Второе фото: В этом токарном станке с ножным приводом просто решена проблема преобразования вертикального движения в круговое.Когда вы нажимаете на педаль вверх и вниз, вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это заставляет вал, к которому прикреплена струна, вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему. Обе фотографии сделаны в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Некоторым двигателям и машинам необходимо преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в путь, противоположный коленчатому валу, а именно кулачок. Камера - это некруглое (обычно яйцевидное) колесо, имеющее что-то вроде бар, опирающийся на него.Когда ось поворачивает колесо, колесо заставляет штангу подниматься и опускаться. Не можете себе это представить? Попробуйте представить себе машину, колеса которой яйцевидной формы. Во время движения колеса (кулачки) поворачиваются как обычно, но кузов автомобиля подпрыгивает и вниз одновременно - поэтому вращательное движение производит возвратно-поступательное движение (подпрыгивание) у пассажиров!

Кулачки работают во всех типах машин. Есть камера в электрическая зубная щетка, которая делает щетка движется вперед и назад, когда внутри вращается электродвигатель.

Типы двигателей

Фото: Внешнее сгорание: Этот стационарный паровой двигатель использовался для закачки природного газа в дома людей с 1864 года. Фотография сделана в Think Tank.

Существует около полдюжины основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию за счет сжигания топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Балочные двигатели (атмосферные двигатели)

Первые паровые машины были гигантскими машинами, которые заполняли целые здания. и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт.Первопроходец англичанин Томас Ньюкомен (1663 / 4–1729) в начале 18 века они имели один цилиндр и поршень, прикрепленный к большой балке, которая раскачивалась взад и вперед. Тяжелая балка обычно наклонялась вниз так, чтобы поршень находился высоко в цилиндре. В цилиндр закачивался пар, затем вбрызгивалась вода, охлаждающая пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч отклоняться назад наоборот, до повторения процесса. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением, но они были слишком большими, медленными и неэффективными, чтобы приводить в действие заводские машины и поезда.

Иллюстрация: Как работает атмосферный (пучковый) двигатель (упрощенно). Двигатель состоит из тяжелой балки (серая), установленной на башне (черная), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом присоединенного к ней насосного оборудования. Водогрейный котел (1) выпускает пар (2) в цилиндр (3). Когда цилиндр наполнен, из бака (4) впрыскивается холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре.Поскольку атмосферное давление (воздух) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень толкается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос тянется вверх, вытягивая воду из шахты (5).

Паровые машины

В 1760-х годах Джеймс Ватт значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, сделав ее меньше, эффективнее и мощнее - и эффективно превращает пар двигатели в более практичные и доступные машины. Работа Ватта привела к стационарному пару двигатели, которые можно использовать на заводах, и компактные движущиеся двигатели которые могли приводить в действие паровозы.Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

Двигатели Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромны и неэффективны. Шотландский священнослужитель Роберт Стирлинг (1790–1878) изобрел очень умную двигатель, имеющий два цилиндра с поршнями, приводящими в действие два кривошипа вождение одного колеса. Один цилиндр постоянно поддерживается горячим (нагревается внешней энергией). источник, который может быть чем угодно, от угольного костра до геотермальной энергии поставка), а другой постоянно остается холодным. Двигатель работает перекачивает тот же объем газа (постоянно запечатанный внутри двигатель) вперед и назад между цилиндрами через устройство, называемое регенератор , который помогает сохранять энергию и значительно увеличивает КПД двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно предполагают сгорание, хотя они всегда питаются от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: Машинный зал Think Tank (научный музей в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин XVIII века. Среди экспонатов - огромный паровой двигатель Сметвик, самый старый действующий двигатель в мире. Это не показано на этом снимке, в основном потому, что оно было слишком большим для фотографирования!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, в том числе Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто (1832–1891) усовершенствовал двигатели внутреннего сгорания, которые сжигали бензин.Для Карла Бенца (1844–1929) это был короткий шаг. подключить один из этих двигателей к трехколесному перевозки и создать первый в мире газовый автомобиль. Читать далее в нашей статье о автомобильных двигателях.

Фото: мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позже, в 19 веке, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель (1858–1913), понял, что может сделать гораздо более мощный внутренний двигатель внутреннего сгорания, который может работать на самых разных видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее. он самопроизвольно загорается и выделяет тепловую энергию заперт внутри него. Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются предпочтительными машинами для вождения. тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также многие автомобили. Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их мощность: цилиндры неподвижны, поршни и коленчатый вал постоянно двигаются.Роторный двигатель - это кардинально другая конструкция двигателя внутреннего сгорания, в котором "цилиндры" (которые не всегда цилиндр по форме) вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала. Хотя роторные двигатели восходят к 19 веку, возможно, наиболее известной конструкцией является относительно современный роторный двигатель Ванкеля , особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья в Википедии о Роторный двигатель Ванкеля - хорошее вступление с красивой небольшой анимацией.

Теоретические двигатели

Фото: Паровые двигатели по своей сути неэффективны.Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе как будто это нужно перегреть (так что это выше его обычная температура кипения 100 ° C), а затем дать ему максимально расшириться и остыть в цилиндрах, чтобы передать как можно больше энергии поршням.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые. Ньюкомен и Ватт были скорее практическими «деятелями», чем ломающими голову теоретическими мыслителями. И только когда в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832), то есть спустя более века после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, были предприняты любые попытки понять теорию о том, как работают двигатели и как их можно улучшить с истинно научной точки зрения.Карно интересовался, как сделать двигатели более эффективными (в другими словами, как можно получить больше энергии из того же количества топлива). Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться его улучшить методом проб и ошибок (такой подход, который использовал Ватт с двигателем Ньюкомена), он заставил себя теоретический двигатель - на бумаге - и вместо этого поигрался с математикой.

Цикл Карно

Тепловая машина Карно представляет собой довольно простую математическую модель. о том, как в теории может работать лучший поршневой и цилиндровый двигатель, путем бесконечного повторения четырех шагов, которые теперь называются циклом Карно .Мы не собираемся здесь подробно останавливаться на теории или математике (если вам интересно, см. Страница цикла Карно НАСА и превосходные тепловые двигатели: страница цикла Карно Майкла Фаулера с превосходной флэш-анимацией).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндр с поршнем. Газ берет энергию от источника тепла, расширяется, охлаждается и выталкивает поршень. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, поэтому газ завершает цикл с точно такими же давлением, объемом и температурой, с которых был начат.Двигатель Карно не теряет энергии на трение или окружающую среду. Это полностью обратимо - теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель работы двигателей. Но это также многое говорит нам о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Стоит отметить вывод, к которому пришел Карно: эффективность двигателя (реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температур, между которыми работает . С математической точки зрения, эффективность двигателя Карно, работающего от Tmax (его максимальная температура) до Tmin (минимальная температура):

(Tmax − Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в кельвинах (К).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; уменьшение температуры на противоположном конце цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективная тепловая машина работает между максимально возможной разницей температур. Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax была как можно выше, а Tmin как можно меньше. Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни, чтобы максимально охладить пар: именно так они могут получить максимум энергии из пара и произвести больше электроэнергии.В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего похожего на градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому мы обычно фокусируемся на повышении Tmax. Настоящие двигатели - в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и ​​космических ракетах - работают. при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных материалы, такие как сплавы и керамика).

Каков максимальный КПД двигателя?

Есть ли предел эффективности теплового двигателя? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно Согласно приведенному выше уравнению, никакой двигатель не может быть эффективнее, чем Tmax / Tmax = 1, что равно 100-процентной эффективности, и большинство настоящие двигатели даже близко не подходят к этому.Если бы у вас был паровой двигатель, работающий при температуре от 50 ° C до 100 ° C, это будет около 13 процентов эффективности. Чтобы добиться 100-процентной эффективности, вам нужно охладить пар. до абсолютного нуля (−273 ° C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до заморозки (0 ° C или 273K), вы все равно сможете достичь эффективности только на 27 процентов.

Диаграмма

: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают при больших перепадах температур. Предполагая, что минимальная ледяная температура остается постоянной (0 ° C или 273K), эффективность медленно растет по мере увеличения максимальной температуры.Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность с каждым разом растет все меньше. Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто подняв максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (впервые разработанные такими инженерами, как Ричард Тревитик) и Оливер Эванс) использовали гораздо более высокое давление пара , чем давление пара, производимое такими людьми, как Томас Ньюкомен. Двигатели с более высоким давлением были меньше, легче и легче устанавливались на движущихся транспортных средствах, но они также были намного эффективнее: при более высоком давлении вода закипает при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При двойном атмосферном давлении вода закипает при температуре около 120 ° C (393K), что дает эффективность 30%. с минимальной температурой 0 ° C; при давлении, в четыре раза превышающем атмосферное, температура кипения составляет 143 ° C (417K), а эффективность приближается к 35 процентам. Это большое улучшение, но до 100 процентов еще далеко. Паровые турбины на электростанциях используют действительно высокое давление (в 200 раз превышающее атмосферное давление). типично). При 200 атмосфер вода кипит при температуре около 365 ° C (~ 640K), что дает максимальную теоретическую эффективность около 56 процентов, если мы также можем охладить воду вплоть до замерзания (и если нет других тепловых потерь или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100-процентной эффективности; реальные турбины с большей вероятностью достигнут 35–45 процентов. Сделать эффективные тепловые двигатели намного сложнее, чем кажется!

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять движки - это посмотреть, как они работают. Вот два очень хороших сайта, которые исследуют широкий спектр различных движков:

  • Анимированные движки: этот замечательный сайт охватывает практически все виды движков, о которых вы только можете подумать, с простой для понимания анимацией и очень четкими письменными описаниями.
  • Посмотрите, как работают двигатели: Коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано через Wayback Machine.)

Книги

Вводный
  • Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнмана. Penguin, 1998. Глава 4 представляет собой очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не являются более эффективными, чем идеально обратимые (идеальные).
Более сложный
Детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте ...

.

Как работают двигатели Стирлинга | HowStuffWorks

Ключевой принцип двигателя Стирлинга заключается в том, что фиксированное количество газа запечатано внутри двигателя . Цикл Стирлинга включает в себя серию событий, которые изменяют давление газа внутри двигателя, заставляя его работать.

Есть несколько свойств газов, которые имеют решающее значение для работы двигателей Стирлинга:

Объявление

  • Если у вас есть фиксированное количество газа в фиксированном объеме пространства и вы повышаете его температуру, давление возрастет.
  • Если у вас есть фиксированное количество газа и вы его сжимаете (уменьшаете объем пространства), температура этого газа повышается.

Этот контент несовместим с этим устройством.

Давайте рассмотрим каждую часть цикла Стирлинга, глядя на упрощенный двигатель Стирлинга. В нашем упрощенном двигателе используется два цилиндра. Один цилиндр нагревается от внешнего источника тепла (например, огня), а другой охлаждается от внешнего источника охлаждения (например, льда).Газовые камеры двух цилиндров соединены, а поршни соединены друг с другом механически рычажным механизмом, который определяет, как они будут двигаться относительно друг друга.

Цикл Стирлинга состоит из четырех частей. Два поршня на анимации выше выполняют все части цикла:

  1. Тепло добавляется к газу внутри нагретого цилиндра (слева), вызывая повышение давления. Это заставляет поршень опускаться. Это часть цикла Стирлинга, которая выполняет свою работу.
  2. Левый поршень движется вверх, а правый поршень движется вниз. Это выталкивает горячий газ в охлаждаемый цилиндр, который быстро охлаждает газ до температуры источника охлаждения, снижая его давление. Это облегчает сжатие газа в следующей части цикла.
  3. Поршень в охлаждаемом цилиндре (справа) начинает сжимать газ. Тепло, генерируемое этим сжатием, отводится охлаждающим источником.
  4. Правый поршень движется вверх, а левый - вниз.Это заставляет газ попадать в нагретый баллон, где он быстро нагревается, создавая давление, после чего цикл повторяется.

Двигатель Стирлинга вырабатывает мощность только в первой части цикла. Есть два основных способа увеличить выходную мощность цикла Стирлинга:

  • Увеличить выходную мощность на первой ступени - В первой части цикла давление нагретого газа на поршень выполняет работу. Повышение давления во время этой части цикла увеличит выходную мощность двигателя.Один из способов повышения давления - повышение температуры газа. Когда мы рассмотрим двухпоршневой двигатель Стирлинга далее в этой статье, мы увидим, как устройство, называемое регенератором , может улучшить выходную мощность двигателя за счет временного накопления тепла.
  • Уменьшить потребление энергии на третьей ступени - В третьей части цикла поршни выполняют работу с газом, используя часть энергии, производимой на первой ступени. Снижение давления во время этой части цикла может уменьшить мощность, используемую на этом этапе цикла (эффективно увеличивая выходную мощность двигателя).Один из способов снизить давление - охладить газ до более низкой температуры.

В этом разделе описан идеальный цикл Стирлинга. Фактически работающие двигатели немного изменяют цикл из-за физических ограничений их конструкции. В следующих двух разделах мы рассмотрим несколько различных типов двигателей Стирлинга. Буйковый двигатель, вероятно, самый простой для понимания, поэтому мы начнем с него.

.

Основы системы отопления и охлаждения: советы и рекомендации

Как только воздух нагревается или охлаждается у источника тепла / холода, его необходимо распределить по различным комнатам вашего дома. Это может быть выполнено с помощью систем с принудительной подачей воздуха, гравитации или излучения, описанных ниже.

Системы нагнетания воздуха

Система принудительной подачи воздуха распределяет тепло, производимое печью, или холод, производимый центральным кондиционером, через вентилятор с электрическим приводом, называемый нагнетателем, который нагнетает воздух через систему металлических каналов в комнаты в вашем доме.По мере того, как теплый воздух из печи втекает в комнаты, более холодный воздух в комнатах стекает через другой набор каналов, называемый системой возврата холодного воздуха, в печь для обогрева. Эта система регулируется: вы можете увеличивать или уменьшать количество воздуха, проходящего через ваш дом. В центральных системах кондиционирования воздуха используется та же система принудительной подачи воздуха, включая вентилятор, для распределения холодного воздуха по комнатам и возврата более теплого воздуха для охлаждения.

Объявление

Проблемы с системами принудительной подачи воздуха обычно связаны с неисправностью вентилятора.Воздуходувка также может быть шумной и добавляет стоимость электроэнергии к стоимости печного топлива. Но поскольку в ней используется воздуходувка, система принудительной подачи воздуха является эффективным способом отвода тепла или охлаждения воздуха по всему дому.

Гравитационные системы

Гравитационные системы основаны на принципе подъема горячего воздуха и опускания холодного воздуха. Следовательно, гравитационные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха из кондиционера. В гравитационной системе печь располагается рядом с полом или под ним.Нагретый воздух поднимается по воздуховодам и попадает в пол по всему дому. Если печь расположена на первом этаже дома, регистры тепла обычно располагаются высоко на стенах, поскольку регистры всегда должны быть выше печи. Нагретый воздух поднимается к потолку. По мере того, как воздух охлаждается, он опускается, входит в каналы возвратного воздуха и возвращается в печь для повторного нагрева.

Другой основной системой распределения для отопления является лучистая система.Источником тепла обычно является горячая вода, которая нагревается печью и циркулирует по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.

Радиант Системс

Излучающие системы работают, обогревая стены, пол или потолок комнат или, чаще, обогревая радиаторы в комнатах. Затем эти предметы нагревают воздух в комнате. В некоторых системах используются электрические нагревательные панели для выработки тепла, которое излучается в комнаты. Как и гравитационные настенные обогреватели, эти панели обычно устанавливают в теплом климате или там, где электричество относительно недорогое.Системы излучающего излучения нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера.

Радиаторы и конвекторы, наиболее распространенные средства распределения лучистого тепла в старых домах, используются с системами водяного отопления. Эти системы могут зависеть от силы тяжести или от циркуляционного насоса для циркуляции нагретой воды от котла к радиаторам или конвекторам. Система, в которой используется насос или циркулятор, называется гидравлической системой.

Современные системы лучистого отопления часто встраиваются в дома, построенные на фундаменте из бетонных плит.Под поверхностью бетонной плиты прокладывается сеть водопроводных труб. Когда бетон нагревается трубами, он нагревает воздух, соприкасающийся с поверхностью пола. Плита не должна сильно нагреваться; в конечном итоге он будет контактировать с воздухом во всем доме и нагревать его.

Системы Radiant, особенно когда они зависят от силы тяжести, подвержены ряду проблем. Трубы, используемые для распределения нагретой воды, могут забиться минеральными отложениями или наклониться под неправильным углом.Бойлер, в котором вода нагревается у источника тепла, тоже может выйти из строя. В новых домах системы горячего водоснабжения устанавливаются редко.

В следующем разделе вы узнаете, как термостат и другие элементы управления используются для поддержания микроклимата в помещении, создаваемого вашими системами отопления и охлаждения.

.

Смотрите также