Σκοπός των θερμικών μηχανών. Τα κύρια στοιχεία των θερμικών μηχανών κυκλικής δράσης.
Κυκλική θερμοδυναμική διαδικασία (κύκλος). Κύκλος Carnot.
Μια ιδανική θερμική μηχανή που λειτουργεί στον κύκλο Carnot. Μέγιστη απόδοση θερμική μηχανή.
Θερμοδυναμική κλίμακα θερμοκρασίας. Ισότητα απόλυτων και θερμοδυναμικών θερμοκρασιών.
Ψυκτικά μηχανήματα (αντλίες θερμότητας).
Δυναμική θέρμανση.
Μαγνητοϋδροδυναμικές γεννήτριες.
ηλιακή ακτινοβολία.
Οι θερμικές μηχανές είναι μηχανές που χρησιμοποιούν την ενέργεια της θερμικής κίνησης μιας ουσίας ή ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Οι θερμικές μηχανές χωρίζονται σε θερμικές μηχανές, που μετατρέπουν την ενέργεια της χαοτικής θερμικής κίνησης των σωματιδίων μιας ουσίας ή ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε ενέργεια μιας κανονικής μηχανικής κίνησης μακροσκοπικών συστημάτων, και ψυκτικά μηχανήματα, παρέχοντας μεταφορά θερμότητας από συστήματα με χαμηλότερη θερμοκρασία σε συστήματα με υψηλότερη θερμοκρασία. Όπως είναι γνωστό, η αυθόρμητη μεταφορά θερμότητας παρατηρείται στη φύση μόνο από συστήματα με υψηλότερη θερμοκρασία σε συστήματα με χαμηλότερη θερμοκρασία, γεγονός που οδηγεί σε εξίσωση των θερμοκρασιών αυτών των συστημάτων.
Τα θεμελιώδη ζητήματα της δημιουργίας θερμικών μηχανών κυκλικής (περιοδικής) δράσης τέθηκαν και επιλύθηκαν για πρώτη φορά από τον Γάλλο μηχανικό και επιστήμονα S. Carnot (1796 - 1832) στο έργο του «Reflections on the κινητήρια δύναμη της φωτιάς και στις μηχανές ικανές να το αναπτύξουν αυτό. δύναμη», που δημοσιεύτηκε το 1824. και συνολικά 45 σελίδες. Το εννοιολογικό στυλ της σκέψης του Carnot, που εξέταζε τις διαδικασίες σε μια θερμική μηχανή από τις πιο γενικές θέσεις με βάση τη σχέση μεταξύ μηχανικών και θερμικών κινήσεων, δεν έγινε αμέσως κατανοητό ακόμη και από εξέχοντες επιστήμονες όπως οι Laplace, Fourier, Ampère, Arago, Gay. -Lussac, κλπ. Το έργο του Carnot έλαβε μια γενική αναγνώριση μόλις 10 χρόνια μετά τη δημοσίευση το 1834 ενός άρθρου του E. Clapeyron, όπου οι ιδέες του Carnot παρουσιάστηκαν σε μια προσιτή μαθηματική μορφή χρησιμοποιώντας οπτικά γραφικά που απεικονίζουν θερμοδυναμικές διαδικασίες.
Αφαιρώντας τα σχέδια και τις λεπτομέρειες των χρησιμοποιούμενων θερμικών μηχανών, ο Carnot ξεχώρισε τρία θεμελιωδώς σημαντικά στοιχεία κάθε κυκλικής θερμικής μηχανής: 1) θερμάστραμε θερμοκρασία T 1 που χρησιμεύει ως δεξαμενή για τη χρησιμοποιούμενη θερμική ενέργεια, 2) ψυγείομε θερμοκρασία T 2< Т 1 , который также является резервуаром тепловой энергии и используется для сброса теплоты при работе двигателя, 3) σώμα εργασίας, το οποίο στη διαδικασία εκτέλεσης ενός κύκλου εκτελεί μηχανικό έργο.
Κύκλοςείναι μια θερμοδυναμική κυκλική διαδικασία, όπου η τελική κατάσταση του συστήματος συμπίπτει με την αρχική του κατάσταση. Σε διαγράμματα θερμοδυναμικών διεργασιών, όπου οποιοδήποτε ζεύγος θερμοδυναμικών μεγεθών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μεταβλητές και κάθε σημείο του επιπέδου υποδηλώνει κάποια κατάσταση ισορροπίας, ο κύκλος περιγράφεται από μια κλειστή καμπύλη. Στη συνέχεια, θεωρείται ότι δεν υπάρχουν απώλειες ενέργειας, όλες οι διεργασίες του κύκλου είναι αναστρέψιμες και ο θερμαντήρας, ο ψύκτης και το λειτουργικό ρευστό βρίσκονται μόνο σε καταστάσεις ισορροπίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, η απόδοση των θερμικών μηχανών είναι μεγαλύτερη.
Κατά τη διάρκεια του κύκλου, το ρευστό εργασίας μιας θερμικής μηχανής λαμβάνει μια ποσότητα θερμότητας Q 1 από τη θερμάστρα, εκτελεί το έργο Α και εκπέμπει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q 2< Q 1 холодильнику. Все процессы совершаются σχεδόν στατικά, γεγονός που εξασφαλίζει την αναστρεψιμότητά τους.Εάν δεν υπάρχουν απώλειες ενέργειας που σχετίζονται με την τριβή και τη μεταφορά θερμότητας στο εξωτερικό περιβάλλον (μια ιδανική θερμική μηχανή), σύμφωνα με πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής
Q 1 \u003d A + Q 2. (3.1)
Εφόσον το σώμα εργασίας επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση, αλλάζει πλήρως εσωτερική ενέργειαανά κύκλο
Εξ ορισμού, η απόδοση μιας θερμικής μηχανής
Τιμή αποτελεσματικότητας η εξαρτάται από τον κύκλο του ρευστού εργασίας. Ο Carnot πρότεινε έναν κύκλο, που αργότερα πήρε το όνομά του - κύκλος καρνό, η οποία παρέχει τη μέγιστη τιμή απόδοσης, εάν δίνεται η μέγιστη θερμοκρασία του θερμαντήρα και η ελάχιστη θερμοκρασία του ψυγείου. Ωστόσο, δεν είναι δυνατή η εφαρμογή του κύκλου Carnot στην πράξη· επομένως, χρησιμοποιείται μόνο σε θεωρητικές μελέτες. Άλλοι κύκλοι έχουν βρει χρήση σε πραγματικές μηχανές θερμότητας, συμπεριλαμβανομένου του κύκλου Otto (μηχανές με καρμπυρατέρ εσωτερικής καύσης), ο κύκλος ντίζελ (κινητήρες ντίζελ), ο κύκλος Clausius-Rankine (υγρό πυραυλοκινητήρες) και τα λοιπά.
Οι νόμοι της θερμοδυναμικής δεν εξαρτώνται από τη φυσική φύση του ρευστού εργασίας, επομένως, για να βρεθεί η απόδοση. μιας θερμικής μηχανής που λειτουργεί σύμφωνα με τον κύκλο Carnot, είναι ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί ως ρευστό εργασίας ιδανικό αέριο.Κύκλος Carnot για ιδανικό αέριοφαίνεται στο διάγραμμα VP (Εικ. 3.1). Αυτός ο κύκλος 12341 αποτελείται από ισόθερμες 12 σε θερμοκρασία θερμαντήρα T 1, adiabats 23όπου διαστέλλεται το θερμικά μονωμένο αέριο, ισόθερμες 34σε θερμοκρασία ψυγείου Τ 2 και adiabats 41, όπου το θερμικά μονωμένο αέριο συμπιέζεται και επιστρέφει στην αρχική κατάσταση ισορροπίας 1. Στο ισόθερμο τμήμα 12, το αέριο λαμβάνει μια ποσότητα θερμότητας από τον θερμαντήρακαι στην ισοθερμική ενότητα 34, το αέριο δίνει στο ψυγείο την ποσότητα θερμότητας.
Ατμομηχανή. Οι πρώτες πρακτικές καθολικές ατμομηχανές δημιουργήθηκαν από τον Ρώσο εφευρέτη Ivan Ivanovich Polzunov και τον Άγγλο James Watt.
Στο αυτοκίνητο του Polzunov, από τον λέβητα, μέσω σωλήνων, τροφοδοτούνταν εναλλάξ ατμός με πίεση ελαφρώς υψηλότερη από την ατμοσφαιρική σε δύο κυλίνδρους με έμβολα. Για να βελτιωθεί η στεγανοποίηση, τα έμβολα γεμίστηκαν με νερό. Μέσω ράβδων με αλυσίδες, η κίνηση των εμβόλων μεταδιδόταν στη φυσούνα για τρεις κλιβάνους χαλκού.
Η κατασκευή της μηχανής του Polzunov ολοκληρώθηκε τον Αύγουστο του 1766. Είχε ύψος 11 m, χωρητικότητα λέβητα 7 m3, ύψος κυλίνδρου 2,8 m και ισχύ 29 kW.
Η μηχανή του Polzunov δημιούργησε συνεχή δύναμη και ήταν η πρώτη μηχανή γενικής χρήσης, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να τεθεί σε κίνηση οποιουσδήποτε εργοστασιακούς μηχανισμούς.
Στην ατμομηχανή του D. Watt αντικαταστάθηκαν δύο κύλινδροι από έναν κλειστό. Ο ατμός ενεργούσε εναλλάξ και στις δύο πλευρές του εμβόλου, ωθώντας το πρώτα προς τη μία κατεύθυνση και μετά προς την άλλη. Σε μια τέτοια μηχανή διπλής ενέργειας, ο ατμός της εξάτμισης συμπυκνώθηκε όχι στον κύλινδρο, αλλά σε ένα δοχείο χωριστό από αυτό - έναν συμπυκνωτή. Η σταθερότητα της ταχύτητας του σφονδύλου διατηρήθηκε από έναν φυγοκεντρικό ρυθμιστή. Η ανάπτυξη της ατμομηχανής ολοκληρώθηκε από τον D. Watt το 1784.
Το κύριο μειονέκτημα των πρώτων ατμομηχανών ήταν η χαμηλή απόδοση. Για τις ατμομηχανές, η απόδοση δεν ξεπερνούσε το 9%.
Θερμικές μηχανές και μεταφορές. Διαφορετικά είδηΟι θερμικοί κινητήρες αποτελούν τη βάση των σύγχρονων μεταφορών. Θερμικοί κινητήρες θέτουν σε κίνηση αυτοκίνητα και ατμομηχανές, ποτάμια και θαλάσσια πλοία, αεροσκάφη και διαστημικούς πύραυλους. Μία από τις πιο κοινές θερμικές μηχανές που χρησιμοποιούνται σε διάφορες οχήματα, είναι κινητήρας εσωτερικής καύσης.
Θερμικά μηχανήματα και ασφάλεια περιβάλλον.Η συνεχής ανάπτυξη ενέργειας, αυτοκινήτων και άλλων τύπων μεταφορών, η αυξανόμενη κατανάλωση άνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου στη βιομηχανία και για οικιακές ανάγκες αυξάνει την ικανότητα κάλυψης των ζωτικών αναγκών του ανθρώπου. Ωστόσο, επί του παρόντος, η ποσότητα χημικού καυσίμου που καίγεται ετησίως σε διάφορες θερμικές μηχανές είναι τόσο μεγάλη που η προστασία του περιβάλλοντος από τις βλαβερές επιπτώσεις των προϊόντων καύσης γίνεται όλο και πιο δύσκολο πρόβλημα.
Η αρνητική επίδραση των θερμικών μηχανών στο περιβάλλον συνδέεται με τη δράση διαφόρων παραγόντων.
Πρώτον, όταν καίγεται καύσιμο, χρησιμοποιείται οξυγόνο από τον ατμοσφαιρικό αέρα, οπότε η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα μειώνεται σταδιακά. Ενώ στην ΕΣΣΔ η ποσότητα οξυγόνου που παράγεται από τα δάση μέχρι στιγμής υπερβαίνει την ποσότητα οξυγόνου που καταναλώνει η βιομηχανία, στις ΗΠΑ, για παράδειγμα, τα δάση αποκαθιστούν μόνο το 60% του οξυγόνου που χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία.
Δεύτερον, η καύση του καυσίμου συνοδεύεται από την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Τα τελευταία είκοσι χρόνια, η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης έχει αυξηθεί κατά περίπου 5%.
Τα μόρια του μονοξειδίου του άνθρακα είναι σε θέση να απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία. Επομένως, η αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αλλάζει τη διαφάνειά της. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης απορροφάται όλο και περισσότερο στην ατμόσφαιρα. Μια περαιτέρω σημαντική αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της θερμοκρασίας της.
Τρίτον, όταν καίγονται άνθρακας και πετρέλαιο, η ατμόσφαιρα μολύνεται με ενώσεις αζώτου και θείου που είναι επιβλαβείς για την ανθρώπινη υγεία. Αυτή η ρύπανση είναι ιδιαίτερα σημαντική σε μεγάλες πόλεις και βιομηχανικά κέντρα.
Περισσότερο από το ήμισυ της ατμοσφαιρικής ρύπανσης δημιουργείται από τις μεταφορές. Εκτός από το μονοξείδιο του άνθρακα και τις ενώσεις του αζώτου, οι κινητήρες αυτοκινήτων εκπέμπουν ετησίως 2-3 εκατομμύρια τόνους μολύβδου στην ατμόσφαιρα. Οι ενώσεις μολύβδου προστίθενται στη βενζίνη κινητήρα για να αποτραπεί η έκρηξη του καυσίμου στον κινητήρα, δηλαδή η πολύ γρήγορη καύση του καυσίμου, που οδηγεί σε μείωση της ισχύος του κινητήρα και τη γρήγορη φθορά του. Δεδομένου ότι οι κινητήρες των αυτοκινήτων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην αστική ατμοσφαιρική ρύπανση, το πρόβλημα της ουσιαστικής βελτίωσης Μηχανή αυτοκινήτουαντιπροσωπεύει ένα από τα πιο επείγοντα επιστημονικά και τεχνικά προβλήματα.
Ένας από τους τρόπους μείωσης της περιβαλλοντικής ρύπανσης είναι η μετάβαση από τη χρήση βενζινοκινητήρων με καρμπυρατέρ στα αυτοκίνητα στη χρήση κινητήρων ντίζελ, το καύσιμο των οποίων δεν περιέχει ενώσεις μολύβδου.
Ελπιδοφόρα είναι η ανάπτυξη και οι δοκιμές οχημάτων που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό κινητήρα που τροφοδοτείται από μπαταρία ή κινητήρα που χρησιμοποιεί υδρογόνο ως καύσιμο αντί για βενζινοκινητήρες. Στον τελευταίο τύπο κινητήρα, όταν καίγεται υδρογόνο, σχηματίζεται νερό.
) ή το αντίστροφο - εργαστείτε σε θερμότητα (ψυγείο). Η λειτουργία μιας θερμικής μηχανής βασίζεται σε έναν θερμοδυναμικό κύκλο που εκτελείται από ένα λειτουργικό ρευστό (αέριο, υδρατμοί κ.λπ.). Για έναν ιδανικό κινητήρα θερμότητας, το υγρό εργασίας λειτουργεί ίσο με τη διαφορά μεταξύ της ποσότητας θερμότητας που παρέχεται και αφαιρείται. Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής χαρακτηρίζεται από τον παράγοντα απόδοσης.
Σύγχρονη Εγκυκλοπαίδεια. 2000 .
Δείτε τι είναι το "HEAT MACHINE" σε άλλα λεξικά:
ΜΗΧΑΝΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ- ένα μηχάνημα (θερμική μηχανή, αντλία θερμότητας κ.λπ.), στο οποίο η εσωτερική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, η οποία μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε ηλεκτρική και σε κάθε άλλο είδος ενέργειας, καθώς και μια μηχανή που μετατρέπει εργασία σε ... ... Μεγάλη Πολυτεχνική Εγκυκλοπαίδεια
Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό
Η θερμική μηχανή είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανικό έργο (θερμική μηχανή) ή τη μηχανική εργασία σε θερμότητα (ψυγείο). Ο μετασχηματισμός πραγματοποιείται αλλάζοντας την εσωτερική ενέργεια του ρευστού εργασίας από ... ... Wikipedia
Μηχάνημα (θερμική μηχανή, αντλία θερμότητας κ.λπ.) στο οποίο η θερμότητα μετατρέπεται σε εργασία ή η εργασία σε θερμότητα. Η δράση μιας θερμικής μηχανής βασίζεται σε μια κυκλική διαδικασία (θερμοδυναμικός κύκλος) που εκτελείται από ένα λειτουργικό ρευστό (αέριο ... εγκυκλοπαιδικό λεξικό
θερμική μηχανή- šiluminė mašina statusas T sritis fizika atitikmenys: αγγλ. θερμική μηχανή vok. Wärmekraftmaschine, f rus. θερμικός κινητήρας, f pranc. μηχανή thermique, f … Fizikos terminų žodynas
Ένα σετ ειδικού εξοπλισμού τοποθετημένο σε σασί αυτοκινήτου εκτός δρόμου. Ο ειδικός εξοπλισμός της αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια συστήματα και μονάδες: κινητήρα στροβιλοτζετ, περιστροφική συσκευή, καμπίνα χειριστή, ... ... Λεξικό έκτακτης ανάγκης
ειδική θερμική μηχανή επεξεργασίας- šiluminė specialiojo švarinimo mašina statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Specialiojo švarinimo įrenginys, kuriame naudojamas aviacinis reaktyvinis variklis; švarinama dujų ir lašų arba tiktai dujų srautu. Γκάλη μπούτι…… Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
- ... Βικιπαίδεια
- ... Βικιπαίδεια
Η θερμική μηχανή είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανικό έργο (θερμική μηχανή) ή τη μηχανική εργασία σε θερμότητα (ψυγείο). Ο μετασχηματισμός πραγματοποιείται αλλάζοντας την εσωτερική ενέργεια του ρευστού εργασίας στην πράξη ... ... Wikipedia
Βιβλία
- Thermoelectricity, A. S. Bernstein. Αυτό το βιβλίο θα δημιουργηθεί σύμφωνα με την παραγγελία σας χρησιμοποιώντας τεχνολογία Print-on-Demand. Γνωρίζετε πώς λειτουργεί ένας συμβατικός θερμοηλεκτρικός σταθμός; Ο άνθρακας, που καίγεται σε φούρνους, θερμαίνει τους λέβητες ...
- Thermoelectricity, A. S. Bernstein Ξέρετε πώς λειτουργεί ένας συμβατικός θερμοηλεκτρικός σταθμός; Ο άνθρακας, που καίγεται σε φούρνους, θερμαίνει τους λέβητες των ατμομηχανών. Οι μηχανές κινούν ηλεκτρικές γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ...
1. Θερμικές μηχανές.
μια συσκευή που μετατρέπει τη θερμότητα σε μηχανικό έργο (θερμική μηχανή) ή τη μηχανική εργασία σε θερμότητα (ψυγείο). Ο μετασχηματισμός πραγματοποιείται με αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας του ρευστού εργασίας στην πράξη, συνήθως υγρού ή αερίου.
Εν συντομία, θερμικές μηχανές μετατρέπουν τη θερμότητα σε εργασία ή, αντίθετα, την εργασία σε θερμότητα.
Παραδείγματα θερμικών μηχανών: Μηχανή εσωτερικής καύσης (ICE) α) κινητήρας με καρμπυρατέρσι) μηχανή πετρελαίουσε) μηχανή αεροπλάνουΑτμοστρόβιλοι και αεριοστρόβιλοι.
1.1. Η ιστορία της δημιουργίας θερμικών μηχανών.
Πολλοί πιστεύουν ότι η ιστορία των ατμομηχανών ξεκίνησε μόλις στα τέλη του 17ου αιώνα στην Αγγλία. Αυτό όμως δεν είναι απόλυτα αληθές.
Τον πρώτο αιώνα π.Χ., ένας από τους μεγάλους επιστήμονες της αρχαίας Ελλάδας, ο Ήρων ο Αλεξανδρινός, έγραψε την πραγματεία «Πνευματικά». Περιέγραφε μηχανές που χρησιμοποιούσαν θερμική ενέργεια. Το πιο ενδιαφέρον για εμάς ήταν δύο θερμικές μηχανές.
Eolipil - η μπάλα του "Eol", περιστρεφόταν γύρω από τον άξονά της υπό την επίδραση του ατμού που έβγαινε από αυτήν. Στην πραγματικότητα ήτανπρωτότυπο μελλοντικών ατμοστρόβιλων.
Μια άλλη αξιοσημείωτη συσκευή του Ήρωα της Αλεξάνδρειας ήταν η κίνηση των θυρών του ναού, που ανοίγει υπό την επίδραση της φωτιάς που ανάβει στο βωμό. Στο λεπτομερής ανάλυσησε αυτό το πολύπλοκο σύστημα μηχανισμών μπορούμε να δούμεπρώτη αντλία ατμού.
Όλες οι θερμικές μηχανές που δημιουργήθηκαν από τον Ήρωνα της Αλεξάνδρειας χρησιμοποιήθηκαν μόνο ως παιχνίδια. Δεν είχαν ζήτηση εκείνη την εποχή.
πραγματική ιστορίαοι ατμομηχανές ξεκίνησαν μόλις τον 17ο αιώνα. Από τους πρώτους που δημιούργησανλειτουργικό πρωτότυπο της ατμομηχανής, ήταν ο Denis Papin. Η ατμομηχανή του Papen ήταν στην πραγματικότητα μόνο ένα σκίτσο, ένα μοντέλο. Ποτέ δεν κατάφερε να δημιουργήσει μια πραγματική ατμομηχανή που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή. 1680 Εφηύρε τον ατμολέβητα το 1681. Εξοπλίστηκε με βαλβίδα ασφαλείας 1690. Ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε ατμό για να σηκώσει ένα έμβολο και περιέγραψε τον κλειστό θερμοδυναμικό κύκλο μιας ατμομηχανής. 1707 Υπέβαλε μια περιγραφή του κινητήρα του. Όμως τα έργα του δεν ξεχάστηκαν για χιλιετίες όπως αυτά του Ήρωνα. Όλες οι ιδέες του βρήκαν εφαρμογή στην επόμενη γενιά ατμομηχανών.
Αν είναι πολύ δύσκολο να διαπιστωθεί ακριβώς ποιος ήταν ο πρώτος στην ιστορία της τεχνολογίας που δημιούργησε μια ατμομηχανή, τότε ποιος ήταν ο πρώτος που κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και εφάρμοσε την ατμομηχανή του είναι σίγουρα γνωστός. Το 1698, ο Άγγλος Thomas Savery κατέγραψε το πρώτοδίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια συσκευή "για την ανύψωση νερού και για την απόκτηση κίνησης όλων των τύπων παραγωγής με τη βοήθεια της κινητήριας δύναμης της φωτιάς ...". Όπως μπορείτε να δείτε η περιγραφή του διπλώματος ευρεσιτεχνίας είναι πολύ ασαφής. Μάλιστα, δημιούργησε την πρώτη αντλία ατμού. Το μόνο που μπορούσε να κάνει ήταν να σηκώσει νερό. Ταυτόχρονα, η απόδοση της αντλίας ήταν εξαιρετικά χαμηλή, η κατανάλωση άνθρακα ήταν απλά τεράστια. Ως εκ τούτου, η αντλία χρησιμοποιήθηκε κυρίως σε ανθρακωρυχεία. Έβγαλαν υπόγεια ύδατα.
Το 1712, ο κόσμος είδεατμομηχανή Τόμας Νιούκομεν. Ενσωματωμένη ατμομηχανή Newcomen καλύτερες ιδέεςαπό την ατμομηχανή Papin και την αντλία ατμού Severi. Σε αυτό χρησιμοποιήθηκε κύλινδρος ατμού με έμβολο για να γίνει η κίνηση, όπως σε μια ατμομηχανή Papin. Σε αυτή την περίπτωση, ο ατμός ελήφθη χωριστά, σε λέβητα ατμού, όπως σε μια αντλία ατμού Severi.
Παρά μια σοβαρή σημαντική ανακάλυψη στη δημιουργία ατμομηχανών, η μηχανή Newcomen έλαβε την κύρια διανομή της μόνο ως κίνηση για αντλίες νερού. Τα κύρια μειονεκτήματα της ατμομηχανής Newcomen ήταν το τεράστιο μέγεθος και η υψηλή κατανάλωση άνθρακα. Οι προσπάθειες να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση ατμόπλοιων ήταν ανεπιτυχείς.
Πάνω από 50 χρόνια ΑτμομηχανήΤο Newcomen παρέμεινε αμετάβλητο. Το 1763, ο Τζέιμς Γουότ, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, κλήθηκε να επισκευάσει την ατμομηχανή του Νιούκομεν. Ενώ εργαζόταν με το μηχάνημα της Newcomen, ο Watt καταλήγει στο συμπέρασμα ότι θα ήταν ωραίο να το βελτιώσει.
Πρώτα, ο Watt αποφασίζει ότι ο κύλινδρος ατμού πρέπει να διατηρείται συνεχώς ζεστός. Αυτό θα μειώσει την κατανάλωση άνθρακα. Για να γίνει αυτό, δημιουργεί έναν συμπυκνωτή για την ψύξη του ατμού. Το επόμενο πράγμα που κάνει είναι να αλλάξει τον τρόπο λειτουργίας του κυλίνδρου ατμού. Εάν στην ατμομηχανή Newcomen η μηχανή έκανε τη διαδρομή εργασίας υπό την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης, τότε στην ατμομηχανή Watt, το έμβολο έκανε τη διαδρομή εργασίας υπό τη δράση της πίεσης ατμού. Χάρη σε αυτό, ήταν δυνατό να αυξηθεί η πίεση στον κύλινδρο και να μειωθεί το μέγεθος της μηχανής ατμού.
Το 1773, ο Watt κατασκευάζει το πρώτο τουατμομηχανή που λειτουργεί. Και το 1774, μαζί με τον βιομήχανο Matthew Bolton, ο Watt άνοιξε μια εταιρεία για την παραγωγή ατμομηχανών. Από το 1775 έως το 1785, η εταιρεία του Watt κατασκεύασε 56 ατμομηχανές. Από το 1785 έως το 1795 144 τέτοια μηχανήματα έχουν ήδη παραδοθεί από την ίδια εταιρεία.Τα πράγματα πήγαιναν καλά και ο Bolton ζήτησε από τον Watt να δημιουργήσει μια ατμομηχανή για το νέο του εργοστάσιο έλασης λαμαρίνας.
Το 1884, ο Watt δημιουργεί το πρώτοατμομηχανή γενικής χρήσης.Ο κύριος σκοπός του είναι να οδηγεί βιομηχανικές μηχανές. Από αυτή τη στιγμή, η ατμομηχανή παύει να συνδέεται με ανθρακωρυχεία. Αρχίζει να χρησιμοποιείται σε εργοστάσια, εγκαθίσταται σε πλοία και δημιουργούνται τρένα.
Ήταν η ατμομηχανή της Watt που έκανε μια τεχνολογική ανακάλυψη στην τεχνολογία. Άνοιξε μια νέα εποχή στην ιστορία της τεχνολογίας - την εποχή των ατμομηχανών.
Το πρώτο ατμοκίνητο αυτοκίνητο 1770. Ο Γάλλος μηχανικός Jean Cugnot, κατασκεύασε το πρώτο αυτοκινούμενο καρότσι που σχεδιάστηκε για να μετακινεί πυροβολικά
"Νεότερος αδερφός" - ατμομηχανή 1803 ¶ Άγγλος εφευρέτηςΟ Richard Trevithick σχεδίασε την πρώτη ατμομηχανή. Μετά από 5 χρόνια, ο Trevithick κατασκεύασε μια νέα ατμομηχανή. ανέπτυξε ταχύτητα έως και 30 km / h. Το 1816, χωρίς υποστήριξη, ο Trevithick χρεοκόπησε και έφυγε για τη Νότια Αμερική.
Ο καθοριστικός ρόλος του 1781-1848. Ο Άγγλος σχεδιαστής και εφευρέτης George Stephenson 1814. Άρχισε να κατασκευάζει ατμομηχανές. 1823 Ίδρυσε το πρώτο εργοστάσιο κατασκευής ατμομηχανών στον κόσμο το 1829. Στον διαγωνισμό των καλύτερων ατμομηχανών, η ατμομηχανή «Rocket» του Stephenson κατέλαβε την πρώτη θέση. Η ισχύς του ήταν 13 ίπποι και η ταχύτητα 47 χλμ./ώρα.
Κινητήρας εσωτερικής καύσης 1860Ο Γάλλος μηχανικός Lenoir εφηύρε τον κινητήρα εσωτερικής καύσης το 1878. Ο Γερμανός εφευρέτης Otto σχεδίασε έναν τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης. 1825 Ο Γερμανός εφευρέτης Daimler δημιούργησε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης βενζίνης την ίδια περίπου εποχή Κινητήρας αερίουαναπτύχθηκε από τον Kostovich στη Ρωσία.
Ειδική συσκευή. Καρμπυρατέρ.Ο Γερμανός μηχανικός Rudolf Diesel σχεδίασε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης στον οποίο δεν συμπιέστηκε ένα εύφλεκτο μείγμα, αλλά ο αέρας. Αυτοί είναι οι πιο οικονομικοί θερμικοί κινητήρες 1) λειτουργούν με φθηνά καύσιμα 2) έχουν απόδοση 31-44% 29 Σεπτεμβρίου 1913. Επιβιβάστηκε σε ένα ατμόπλοιο με προορισμό το Λονδίνο. Το επόμενο πρωί δεν τον βρήκαν στην καμπίνα. Πιστεύεται ότι αυτοκτόνησε πετώντας τον εαυτό του στα νερά της Μάγχης τη νύχτα.
1.2. Η αρχή της λειτουργίας μιας θερμικής μηχανής.
Οι θερμικές μηχανές μπορούν να τοποθετηθούν με διάφορους τρόπους, αλλά σε κάθε θερμική μηχανή πρέπει να υπάρχει μια λειτουργική ουσία ή σώμα που να εκτελεί μηχανικές εργασίες στο τμήμα εργασίας της μηχανής, μια θερμάστρα όπου η εργαζόμενη ουσία λαμβάνει ενέργεια και ένα ψυγείο που παίρνει θερμότητα από το σώμα εργασίας.
Το μέσο εργασίας μπορεί να είναι υδρατμός ή αέριο.
1.3. Τύποι θερμικών μηχανών.
Υπάρχουν δύο τύποι θερμικών μηχανών, ανάλογα με την κατεύθυνση των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτές:
1.
Θερμικές μηχανέςμετατρέπουν τη θερμότητα από μια εξωτερική πηγή σε μηχανικό έργο.
Ψυκτικές μηχανέςμεταφορά θερμότητας από ένα λιγότερο θερμαινόμενο σώμα σε ένα θερμότερο λόγω μηχανική εργασίαεξωτερική πηγή.
Εξετάστε αυτούς τους τύπους θερμικών μηχανών με περισσότερες λεπτομέρειες.
1.3.1. Θερμικές μηχανές.
Γνωρίζουμε ότι η εργασία σε ένα σώμα είναι ένας από τους τρόπους αλλαγής της εσωτερικής του ενέργειας: η εργασία που γίνεται, όπως λέγαμε, διαλύεται στο σώμα, μετατρέποντας σε ενέργεια χαοτικής κίνησης και αλληλεπίδρασης των σωματιδίων του.
Η θερμική μηχανή είναι μια συσκευή που, αντίθετα, εξάγει χρήσιμο έργο από τη «χαοτική» εσωτερική ενέργεια του σώματος. Η εφεύρεση της θερμικής μηχανής άλλαξε πραγματικά το πρόσωπο του ανθρώπινου πολιτισμού.
Ένα σχηματικό διάγραμμα μιας θερμικής μηχανής μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:
Ας δούμε τι σημαίνουν τα στοιχεία αυτού του σχήματος.
σώμα εργασίας ο κινητήρας είναι αερίου. Διαστέλλεται, κινεί το έμβολο και ως εκ τούτου εκτελεί χρήσιμη μηχανική εργασία.
Αλλά για να αναγκαστεί το αέριο να διασταλεί, ξεπερνώντας τις εξωτερικές δυνάμεις, είναι απαραίτητο να θερμανθεί σε θερμοκρασία που είναι σημαντικά υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για να γίνει αυτό, το αέριο έρχεται σε επαφή με καύσιμο θερμαντήρα.
Κατά τη διαδικασία της καύσης του καυσίμου, απελευθερώνεται σημαντική ενέργεια, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του αερίου. Το αέριο λαμβάνει από τον θερμαντήρα την ποσότητα θερμότητας Qn . Εξαιτίας αυτής της θερμότητας ο κινητήρας κάνει χρήσιμη δουλειά.ΑΛΛΑ .
Όλα αυτά είναι ξεκάθαρα, αλλά τι είναι το ψυγείο και γιατί χρειάζεται;
Με μία μόνο διαστολή του αερίου, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εισερχόμενη θερμότητα όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά και να τη μετατρέψουμε εξ ολοκλήρου σε εργασία. Για να γίνει αυτό, πρέπει να επεκτείνετε το αέριο ισοθερμικά: ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής, όπως γνωρίζουμε, μας δίνει σε αυτήν την περίπτωση A \u003d Qn.
Αλλά κανείς δεν χρειάζεται μια εφάπαξ επέκταση. Ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί κυκλικά, παρέχοντας περιοδική επανάληψη των κινήσεων του εμβόλου. Επομένως, στο τέλος της διαστολής, το αέριο πρέπει να συμπιεστεί, επιστρέφοντάς το στην αρχική του κατάσταση.
Κατά τη διαδικασία της διαστολής, το αέριο εκτελεί κάποια χρήσιμη εργασία Α1. Στη διαδικασία της συμπίεσης, το θετικό έργο Α2 εκτελείται στο αέριο (και το ίδιο το αέριο εκτελεί αρνητικό έργο Α2). Τελικά χρήσιμη εργασίααέριο ανά κύκλο Α=Α1-Α2.
Φυσικά πρέπει να υπάρχει Α>0 ή Α2<А1 (иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении.
Πώς να το πετύχετε αυτό; Απάντηση: Συμπιέστε το αέριο σε χαμηλότερες πιέσεις από αυτές κατά τη διαστολή. Με άλλα λόγια, στο διάγραμμα pV, η διαδικασία συστολής πρέπει να είναι κάτω από τη διαδικασία διαστολής, δηλ. από τον κύκλο πρέπει να κινηθεί δεξιόστροφα.
Για παράδειγμα, στον κύκλο στο σχήμα, η εργασία που εκτελείται από το αέριο κατά τη διαστολή είναι ίση με την περιοχή του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς V11a2V2. Ομοίως, η εργασία που γίνεται κατά τη συμπίεση αερίου είναι ίση με την περιοχή του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς V11b2V2 με σύμβολο μείον. Ως αποτέλεσμα, το έργο Α του αερίου ανά κύκλο αποδεικνύεται θετικό και ίσο με την περιοχή κύκλου 1a2b1.
Εντάξει, αλλά πώς θα κάνετε το αέριο να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση κατά μήκος μιας χαμηλότερης καμπύλης, δηλ. ε. Μέσω κρατών με μικρότερες διαιρέσεις; Θυμηθείτε ότι για έναν δεδομένο όγκο, η πίεση ενός αερίου είναι όσο χαμηλότερη, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία. Επομένως, κατά τη συμπίεση, το αέριο πρέπει να περάσει από καταστάσεις με χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Για αυτό ακριβώς χρησιμεύει το ψυγείο.δροσερός αέριο κατά τη συμπίεση. Το ψυγείο μπορεί να είναι η ατμόσφαιρα (για κινητήρες εσωτερικής καύσης) ή το τρεχούμενο νερό ψύξης (για τουρμπίνες ατμού).
Όταν κρυώσει, το αέριο εκπέμπει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q2 στο ψυγείο. Η συνολική ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει το αέριο ανά κύκλο γίνεται ίση με Q1-Q2. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής:
Q 1- Q 2 \u003d A + δέλτα U,
όπου το δέλταU αλλάζει στην εσωτερική ενέργεια του αερίου ανά κύκλο. Είναι ίσο με μηδέν δέλταU=0, αφού το αέριο επέστρεψε στην αρχική του κατάσταση (και η εσωτερική ενέργεια, όπως θυμόμαστε, είναι κρατική λειτουργία). Ως αποτέλεσμα, το έργο που εκτελείται από το αέριο ανά κύκλο είναι ίσο με:
A = Q 1 - Q 2.
Όπως μπορείτε να δείτε, ο Α Ένας δείκτης της αποτελεσματικότητας της μετατροπής της ενέργειας του καυσίμου που καίγεται σε μηχανικό έργο είναι η απόδοση της θερμικής μηχανής. Απόδοση θερμικής μηχανήςείναι ο λόγος του μηχανικού έργου Α προς την ποσότητα θερμότητας Q1 που λαμβάνεται από τη θερμάστρα. Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής, όπως βλέπουμε, είναι πάντα μικρότερη από τη μονάδα. Για παράδειγμα, η απόδοση των ατμοστροβίλων είναι περίπου 25%, και η απόδοση των κινητήρων εσωτερικής καύσης είναι περίπου 40%. 1.3.2. Ψυκτικά μηχανήματα. Η καθημερινή εμπειρία και τα φυσικά πειράματα μας λένε ότι στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας, η θερμότητα μεταφέρεται από ένα θερμότερο σώμα σε ένα λιγότερο θερμαινόμενο, αλλά όχι το αντίστροφο. Δεν παρατηρούνται ποτέ διεργασίες κατά τις οποίες λόγω μεταφοράς θερμότητας η ενέργεια μεταφέρεται αυθόρμητα από ένα ψυχρό σώμα σε ένα ζεστό, με αποτέλεσμα το ψυχρό σώμα να κρυώνει ακόμη περισσότερο και το θερμό σώμα να θερμαίνεται ακόμη περισσότερο. Η λέξη κλειδί εδώ είναι «αυθόρμητα». Εάν χρησιμοποιείτε μια εξωτερική πηγή ενέργειας, τότε είναι πολύ πιθανό να πραγματοποιήσετε τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από ένα κρύο σώμα σε ένα ζεστό. Αυτό κάνουν τα ψυγεία. σώμα εργασίας λέγεται και ψυκτικό μηχάνημαψυκτικός (σε πραγματικές ψυκτικές μονάδες, το ψυκτικό είναι ένα πτητικό διάλυμα με χαμηλό σημείο βρασμού, το οποίο απορροφά θερμότητα κατά τη διαδικασία εξάτμισης και την απελευθερώνει κατά τη συμπύκνωση). Για λόγους απλότητας, θα το θεωρήσουμε αέριο που απορροφά θερμότητα κατά τη διαστολή και την απελευθερώνει κατά τη συμπίεση. Ψυγείο (Τ2) σε ψυκτικό μηχάνημα, σώμα από το οποίο αφαιρείται η θερμότητα. Το ψυγείο μεταφέρει την ποσότητα θερμότητας Q2 στο ρευστό εργασίας (αέριο), με αποτέλεσμα το αέριο να διαστέλλεται. Κατά τη συμπίεση, το αέριο εκπέμπει θερμότητα Q1 σε έναν θερμότερο θερμαντήρα σώματος (Τ1). Προκειμένου να πραγματοποιηθεί μια τέτοια μεταφορά θερμότητας, το αέριο πρέπει να συμπιέζεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι όταν διαστέλλεται. Αυτό είναι δυνατό μόνο λόγω της εργασίας Α που εκτελείται από μια εξωτερική πηγή (για παράδειγμα, ένας ηλεκτροκινητήρας) (σε πραγματικές μονάδες ψύξης, ο ηλεκτροκινητήρας δημιουργεί χαμηλή πίεση στον εξατμιστή, με αποτέλεσμα το ψυκτικό να βράζει και να παίρνει θερμότητα. Αντίθετα, ο ηλεκτροκινητήρας δημιουργεί υψηλή πίεση στον συμπυκνωτή, κάτω από την οποία το ψυκτικό μέσο συμπυκνώνεται και εκπέμπει θερμότητα). Επομένως, η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στη θερμάστρα αποδεικνύεται μεγαλύτερη από την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από το ψυγείο, ακριβώς κατά την τιμή Α. Q 1 \u003d Q 2 + A. Έτσι, στο διάγραμμα pV, πηγαίνει ο κύκλος λειτουργίας της ψυκτικής μηχανής αριστερόστροφα. Η περιοχή κύκλου είναι το έργο Α που γίνεται από μια εξωτερική πηγή, Ένας δείκτης της απόδοσης της ψυκτικής μηχανής είναι συντελεστή απόδοσης, ίση με την αναλογία της θερμότητας που αφαιρείται από το ψυγείο προς το έργο μιας εξωτερικής πηγής: A \u003d Q 2 / A Ο συντελεστής ψύξης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από ένα. Στα πραγματικά ψυγεία, παίρνει τιμές περίπου από 1 έως 3. Υπάρχει μια άλλη ενδιαφέρουσα εφαρμογή: το ψυγείο μπορεί να λειτουργήσει ως αντλία θερμότητας. Τότε ο σκοπός του είναι να θερμάνει μια συγκεκριμένη δεξαμενή (για παράδειγμα, να θερμάνει ένα δωμάτιο) λόγω της θερμότητας που απομακρύνεται από το περιβάλλον. Σε αυτή την περίπτωση, αυτή η δεξαμενή θα είναι ο θερμαντήρας και το περιβάλλον θα είναι το ψυγείο. Ένας δείκτης της απόδοσης της αντλίας θερμότητας είναι συντελεστής θέρμανσης, ίση με την αναλογία της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται στη θερμαινόμενη δεξαμενή, προς το έργο μιας εξωτερικής πηγής. Οι τιμές του συντελεστή θέρμανσης των πραγματικών αντλιών θερμότητας είναι συνήθως στην περιοχή από 3 έως 5. 1.4. Θερμική μηχανή Carnot. Σημαντικά χαρακτηριστικά μιας θερμικής μηχανής είναι οι υψηλότερες και οι χαμηλότερες θερμοκρασίες του ρευστού εργασίας κατά τη διάρκεια του κύκλου. Αυτές οι τιμές ονομάζονται αντίστοιχαθερμοκρασία του θερμαντήρακαι θερμοκρασία ψυγείου. Είδαμε ότι η απόδοση μιας θερμικής μηχανής είναι αυστηρά μικρότερη από τη μονάδα. Τίθεται ένα φυσικό ερώτημα: ποια είναι η μέγιστη δυνατή απόδοση ενός θερμικού κινητήρα με σταθερές τιμές της θερμοκρασίας του θερμαντήρα T1 και της ψυχρότερης θερμοκρασίας T2; Έστω, για παράδειγμα, η μέγιστη θερμοκρασία σώματος ενός κινητήρα που λειτουργεί είναι 1000 K και η ελάχιστη 300 K. Ποιο είναι το θεωρητικό όριο απόδοσης ενός τέτοιου κινητήρα; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα δόθηκε από τον Γάλλο φυσικό και μηχανικό Sadi Carnot το 1824. Εφηύρε και ερεύνησε μια θαυμάσια θερμική μηχανή με ιδανικό αέριο ως ρευστό εργασίας. Αυτό το μηχάνημα λειτουργεί στον κύκλο Carnot. , που αποτελείται από δύο ισόθερμες και δύο αδιαβάτες. Εξετάστε τον άμεσο κύκλο μηχανή carnot που πηγαίνει δεξιόστροφα. Σε αυτή την περίπτωση, το μηχάνημα λειτουργεί ως θερμικός κινητήρας. Ισόθερμος γραμμή 1-2. Στο τμήμα 1-2, το αέριο έρχεται σε θερμική επαφή με τον θερμαντήρα θερμοκρασίας Τ1 και διαστέλλεται ισοθερμικά. Η ποσότητα θερμότητας Q1 προέρχεται από τη θερμάστρα και μετατρέπεται πλήρως σε εργασία σε αυτόν τον τομέα: A12 = Q1. adiabat 2-3. Για τους σκοπούς της επόμενης συμπίεσης, είναι απαραίτητο να μεταφερθεί το αέριο σε ζώνη χαμηλότερων θερμοκρασιών. Για να γίνει αυτό, το αέριο είναι θερμικά μονωμένο και στη συνέχεια διαστέλλεται αδιαβατικά στο τμήμα 2-3. Όταν διαστέλλεται, το αέριο κάνει θετική εργασία A23, και λόγω αυτού, η εσωτερική του ενέργεια μειώνεται: deltaU23 \u003d - A23. Ισόθερμος γραμμή 3-4. Η θερμομόνωση αφαιρείται, το αέριο έρχεται σε θερμική επαφή με το ψυγείο σε θερμοκρασία Τ2. Παρουσιάζεται ισοθερμική συμπίεση. Το αέριο δίνει στο ψυγείο την ποσότητα θερμότητας Q2 και κάνει αρνητικό έργο A34 = - Q2. adiabat 4-1. Αυτό το τμήμα είναι απαραίτητο για να επιστρέψει το αέριο στην αρχική του κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής συμπίεσης, το αέριο εκτελεί αρνητικό έργο Α41. Το αέριο θερμαίνεται στην αρχική θερμοκρασία Τ1. Ο Carnot βρήκε την αποτελεσματικότητα αυτού του κύκλου (οι υπολογισμοί, δυστυχώς, είναι εκτός του πεδίου εφαρμογής του σχολικού προγράμματος σπουδών). Επιπλέον, το απέδειξεΗ απόδοση του κύκλου Carnot είναι η μέγιστη δυνατή για όλες τις θερμικές μηχανές με θερμοκρασία θερμαντήρα T1 και ψυχρότερη θερμοκρασία T2. Άρα, στο παραπάνω παράδειγμα (T1=1000 K, T2=300 K) έχουμε: Efficiencymax=(1000-300):1000=0,7 (=70%) Τι νόημα έχει να χρησιμοποιούμε ακριβώς ισόθερμες και αδιαβάτες, και όχι κάποιες άλλες διεργασίες; Αποδεικνύεται ότι οι ισοθερμικές και αδιαβατικές διεργασίες καθιστούν τη μηχανή Carnot αναστρέψιμη . Μπορεί να ξεκινήσει απόαντίστροφος κύκλος (αριστερόστροφα) μεταξύ του ίδιου θερμαντήρα και του ψυγείου χωρίς να εμπλέκονται άλλες συσκευές. Σε αυτή την περίπτωση, η μηχανή Carnot θα λειτουργεί ως ψυκτικό μηχάνημα. Η ικανότητα λειτουργίας μιας μηχανής Carnot και προς τις δύο κατευθύνσεις παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη θερμοδυναμική. Για παράδειγμα, αυτό το γεγονός χρησιμεύει ως σύνδεσμος στην απόδειξη της μέγιστης απόδοσης του κύκλου Carnot. 2. Πύραυλος. - (από την ιταλική rocchetta μια μικρή άτρακτος μέσω της γερμανικής Rakete ή της ολλανδικής τσουγκράνας) ένα αεροσκάφος που κινείται στο διάστημα λόγω της δράσης της ώθησης αεριωθουμένων, η οποία συμβαίνει μόνο ως αποτέλεσμα της απόρριψης μέρους της δικής του μάζας (ρευστού εργασίας) της συσκευής και χωρίς τη χρήση ύλης από το περιβάλλον . Δεδομένου ότι η πτήση ενός πυραύλου δεν απαιτεί την παρουσία περιβάλλοντος αέρα ή αέριου μέσου, είναι δυνατή όχι μόνο στην ατμόσφαιρα, αλλά και στο κενό. Η λέξη «πύραυλος» αναφέρεται σε ένα ευρύ φάσμα ιπτάμενων συσκευών, από πυροτεχνήματα διακοπών μέχρι οχήματα εκτόξευσης στο διάστημα. Στη στρατιωτική ορολογία, η λέξη πύραυλος αναφέρεται σε μια κατηγορία, κατά κανόνα, μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων που χρησιμοποιούνται για την καταστροφή απομακρυσμένων στόχων και χρησιμοποιούν την αρχή της προώθησης αεριωθουμένων για πτήση. Σε σχέση με την ποικιλόμορφη χρήση πυραύλων στις ένοπλες δυνάμεις, διάφορους κλάδους των ενόπλων δυνάμεων, έχει σχηματιστεί μια ευρεία κατηγορία διαφορετικών τύπων πυραυλικών όπλων. 1.1. Ιστορία της πυραυλικής επιστήμης. Υπάρχει η υπόθεση ότι κάποιο είδος πυραύλου σχεδιάστηκε πίσωΑρχαία Ελλάδα του Άλιξ Σιν. Μιλάμε για το ιπτάμενο ξύλινο περιστέρι του Αρχύτα του Ταρέντου.Η εφεύρεσή του αναφέρεται στοο αρχαίος Ρωμαίος συγγραφέας Aulus Gellius «Αττικές Νύχτες».Το βιβλίο λέει ότι το πουλί ανατράφηκε με βάρη και τέθηκε σε κίνηση από μια ανάσα κρυμμένου και λανθάνοντος αέρα. Δεν έχει ακόμη διαπιστωθεί: το περιστέρι τέθηκε σε κίνηση από τη δράση του αέρα μέσα του ή του αέρα που φύσηξε πάνω του από έξω; Παραμένει ασαφές πώς ο Αρχύτας θα μπορούσε να αποκτήσει πεπιεσμένο αέρα μέσα στο περιστέρι. Στην αρχαία παράδοσηπνευματικά δεν υπάρχουν ανάλογα τέτοιας χρήσης πεπιεσμένου αέρα. Οι περισσότεροι ιστορικοί αποδίδουν την προέλευση των πυραύλων στην εποχήΚινεζική δυναστεία Χαν (206 π.Χ. - 220 μ.Χ.), μέχρι την ανακάλυψη της πυρίτιδας και την έναρξη της χρήσης της για πυροτεχνήματα και διασκέδαση. Η δύναμη που παράγεται από την έκρηξη ενός φορτίου σκόνης ήταν αρκετή για να κινήσει διάφορα αντικείμενα.Αργότερα, αυτή η αρχή εφαρμόστηκε στη δημιουργία του πρώτουκανόνια και μουσκέτα. Βλήματα πυρίτιδαςμπορούσαν να πετάξουν μεγάλες αποστάσεις, αλλά δεν ήταν πύραυλοι, γιατί δεν είχαν δικά τους αποθέματακαύσιμα. Ωστόσο, ήταν η εφεύρεση της πυρίτιδας που έγινε η κύρια προϋπόθεση για την εμφάνιση πραγματικών πυραύλων. Ο πρώτος πύραυλος δημιουργήθηκε από τον άνθρωπο τουλάχιστον πριν από 700 χρόνια. Τον 13ο αιώνα, οι Κινέζοι χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ρουκέτες ή, όπως ονομάζονταν τότε, «πύρινα βέλη» κατά των Μογγόλων εισβολέων και βύθισαν τον εχθρό σε σύγχυση και πανικό. Στη μάχη για το Kaiken το 1232, οι Κινέζοι κατέβασαν "πύρινα βέλη", ένας σωλήνας συμπιεσμένου χαρτιού ήταν προσαρτημένος σε αυτά, ανοιχτός μόνο στο πίσω άκρο και γεμάτος με εύφλεκτη σύνθεση. Αυτό το φορτίο πυρπολήθηκε και στη συνέχεια το βέλος εκτοξεύτηκε με τη βοήθεια ενός τόξου. Τέτοια βέλη χρησιμοποιήθηκαν σε πολλές περιπτώσεις κατά την πολιορκία οχυρώσεων, εναντίον πλοίων, ιππικού. Μετά τη μάχη του Kaiken, οι Μογγόλοι άρχισαν να παράγουν τους πυραύλους τους και χρησίμευσαν για τη διάδοση της πρώτης τεχνολογίας πυραύλων στην Ευρώπη. Από τον 13ο έως τον 15ο αιώνα, υπήρχαν αναφορές για διάφορα πειράματα με πυραύλους. Στην Αγγλία, ένας μοναχός ονόματι Ρότζερ Μπέικον εργαζόταν πάνω σε μια νέα φόρμουλα για την πυρίτιδα που θα αύξανε την εμβέλεια των βλημάτων πυραύλων. Στη Γαλλία, ο Jean Froissart ανακάλυψε ότι η πτήση ενός βλήματος θα μπορούσε να είναι πιο ακριβής εάν ο πύραυλος εκτοξευόταν μέσω ενός σωλήνα. Η ιδέα του Froissart, λίγους αιώνες αργότερα, έδωσε ώθηση στη δημιουργία αντιαρματικών πυραύλων όπως το μπαζούκα. Στην Ιταλία, ο Gian de Fontana ανέπτυξε ένα βλήμα ρουκετών σε σχήμα τορπίλης που κινήθηκε στην επιφάνεια του νερού για να βάλει φωτιά σε εχθρικά πλοία. Ωστόσο, ο Ινδός πρίγκιπας Haidar Ali, ο οποίος βασίλευε στο βασίλειο του Mysore (ή Karnataka), στη νότια Ινδία, μπορεί να χαρακτηριστεί καινοτόμος στη σύγχρονη τεχνολογία πυραύλων. Κατά τη διάρκεια των πολέμων μεταξύ του Mysore και της βρετανικής εταιρείας East India Trading Company του Haidar, ο Ali χρησιμοποίησε πυραύλους και συντάγματα πυραύλων με τη μορφή τακτικών στρατευμάτων. Η κύρια τεχνολογική καινοτομία ήταν η χρήση ενός κελύφους από μέταλλο υψηλής ποιότητας, στο οποίο τοποθετήθηκε γόμωση πυρίτιδας (έτσι εμφανίστηκε ο πρώτος θάλαμος καύσης). Ο Χαϊντάρ Αλί δημιούργησε επίσης ειδικά εκπαιδευμένες ομάδες πυραύλων που μπορούσαν να στοχεύουν πυραύλους σε μακρινούς στόχους με αποδεκτή ακρίβεια. Η χρήση πυραύλων στους πολέμους Anglo-Mysore οδήγησε τους Βρετανούς στην ιδέα της χρήσης αυτού του τύπου όπλου. Ο William Congreve, ένας αξιωματικός των βρετανικών δυνάμεων που είχε καταλάβει μερικούς από τους ινδικούς πυραύλους, έστειλε αυτές τις οβίδες στην Αγγλία για μετέπειτα μελέτη και ανάπτυξη. Το 1804, ο Congreve, ο γιος του αρχηγού του βασιλικού οπλοστασίου στο Woolwich, κοντά στο Λονδίνο, ανέλαβε την ανάπτυξη ενός προγράμματος πυραύλων και τη μαζική παραγωγή πυραύλων. Ο Congreve έφτιαξε ένα νέο εύφλεκτο μείγμα και ανέπτυξε έναν κινητήρα πυραύλων και έναν μεταλλικό σωλήνα με κωνικό άκρο. Αυτοί οι πύραυλοι, που ζύγιζαν 15 κιλά, ονομάζονταν «Congreve Missiles». Το πυραυλικό πυροβολικό χρησιμοποιήθηκε ευρέως μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα. Οι πύραυλοι ήταν ελαφρύτεροι και πιο ευκίνητοι από τα πυροβόλα. Η ακρίβεια και η ακρίβεια της εκτόξευσης βλημάτων ήταν μικρή, αλλά συγκρίσιμη με τα πυροβολικά της εποχής εκείνης. Ωστόσο, στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, εμφανίστηκαν όπλα πυροβόλων τουφεκιού, παρέχοντας μεγαλύτερη ακρίβεια και ακρίβεια πυρός, και το πυροβολικό ρουκετών απομακρύνθηκε από την υπηρεσία παντού. Μόνο πυροτεχνήματα καιπυραύλους σήματος. Στα τέλη του 19ου αιώνα, άρχισαν προσπάθειες να εξηγήσουν μαθηματικά την πρόωση αεριωθουμένων και να δημιουργήσουν πιο αποτελεσματικά πυραυλικά όπλα. Στη Ρωσία, ένας από τους πρώτους που ασχολήθηκε με αυτό το θέμα ήταν ο Νικολάι Τιχομίροφ το 1894. Η θεωρία της τζετ πρόωσης μελετήθηκε από τον Konstanstin Tsiolkovsky. Έθεσε την ιδέα της χρήσης πυραύλων για διαστημικές πτήσεις και υποστήριξε ότι το πιο αποδοτικό καύσιμο για αυτούς θα ήταν ένας συνδυασμός υγρού οξυγόνου και υδρογόνου. Σχεδίασε έναν πύραυλο για διαπλανητικές επικοινωνίες το 1903. Ο Γερμανός επιστήμονας Hermann Oberth εξέθεσε επίσης τις αρχές της διαπλανητικής πτήσης τη δεκαετία του 1920. Επιπλέον, πραγματοποίησε δοκιμές σε πάγκο κινητήρων πυραύλων. Ο Αμερικανός επιστήμονας Ρόμπερτ Γκόνταρτ άρχισε να αναπτύσσει μια μηχανή πυραύλων υγρού προωθητικού το 1923 και ένα λειτουργικό πρωτότυπο κατασκευάστηκε μέχρι τα τέλη του 1925. 16 Μαρτίου 1926 Εκτόξευσε τον πρώτο πύραυλο υγρού καυσίμου, που τροφοδοτείται από βενζίνη και υγρό οξυγόνο. Στις 17 Αυγούστου 1933 εκτοξεύτηκε ο πύραυλος GIRD 9, ο οποίος μπορεί να θεωρηθεί ο πρώτος σοβιετικός αντιαεροπορικός πύραυλος. Έφτασε σε ύψος 1,5 χλμ. Και ο επόμενος πύραυλος GIRD 10, που εκτοξεύτηκε στις 25 Νοεμβρίου 1933, είχε ήδη φτάσει σε ύψος 5 χιλιομέτρων. Στις 14 Μαρτίου 1931, το μέλος του VfR Johannes Winkler πραγματοποίησε την πρώτη επιτυχημένη εκτόξευση ενός πυραύλου υγρού προωθητικού στην Ευρώπη. Το 1957 στην ΕΣΣΔ, υπό την ηγεσία του Σεργκέι Κορόλεφ, δημιουργήθηκε ο πρώτος διηπειρωτικός βαλλιστικός πύραυλος R-7 στον κόσμο ως μέσο παράδοσης πυρηνικών όπλων, ο οποίος την ίδια χρονιά χρησιμοποιήθηκε για την εκτόξευση του πρώτου τεχνητού δορυφόρου Γης στον κόσμο. Έτσι ξεκίνησε η χρήση πυραύλων για διαστημικές πτήσεις. 2.2. Δυνάμεις που δρουν σε πύραυλο κατά την πτήση. Η επιστήμη που μελετά τις δυνάμεις που δρουν σε πυραύλους ή άλλα διαστημόπλοια ονομάζεται αστροδυναμική. Οι κύριες δυνάμεις που δρουν στον πύραυλο κατά την πτήση: Προώθηση κινητήρα. Όταν κινείται στην ατμόσφαιρα οποιαδήποτε αντίσταση. ανυψωτική δύναμη. Συνήθως μικρό, αλλά σημαντικό για τα αεροπλάνα πυραύλων. 2.3. Η χρήση πυραύλων. 2.3.1 Πόλεμος. Οι πύραυλοι χρησιμοποιούνται ως τρόπος παράδοσης όπλων σε έναν στόχο..
Το μικρό μέγεθος και η υψηλή ταχύτητα κίνησης των βλημάτων τους παρέχει χαμηλή ευπάθεια. Δεδομένου ότι ένας πιλότος δεν χρειάζεται για τον έλεγχο ενός μαχητικού πυραύλου, μπορεί να φέρει φορτία μεγάλης καταστροφικής ισχύος, συμπεριλαμβανομένων πυρηνικών. Τα σύγχρονα συστήματα πλοήγησης και πλοήγησης δίνουν στους πυραύλους μεγαλύτερη ακρίβεια και ευελιξία. Υπάρχουν πολλοί τύποι πυραύλων μάχης που διαφέρουν ως προς το βεληνεκές πτήσης, καθώς και στον τόπο εκτόξευσης και στο σημείο όπου χτυπήθηκε ο στόχος («εδάφους» «αέρας»). Τα συστήματα αντιπυραυλικής άμυνας χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση πυραύλων. Υπάρχουν επίσης σήμα και φωτοβολίδες. 2.3.2. Επιστημονική έρευνα. Χρησιμοποιούνται γεωφυσικοί και μετεωρολογικοί πύραυλοι αντί για αεροπλάνα και μπαλόνια σε υψόμετρο άνω των 30-40 χιλιομέτρων. Οι πύραυλοι δεν έχουν περιοριστική οροφή και χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της ανώτερης ατμόσφαιρας, κυρίως της μεσόσφαιρας και της ιονόσφαιρας. Υπάρχει μια διαίρεση των πυραύλων σε ελαφρούς μετεωρολογικούς, ικανούς να ανυψώσουν ένα σύνολο οργάνων σε ύψος περίπου 100 χιλιομέτρων, και βαρείς γεωφυσικούς, που μπορούν να μεταφέρουν πολλά σετ οργάνων και των οποίων το ύψος πτήσης είναι πρακτικά απεριόριστο. Συνήθως, οι επιστημονικοί πύραυλοι είναι εξοπλισμένοι με όργανα για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, του μαγνητικού πεδίου, της κοσμικής ακτινοβολίας και της σύνθεσης του αέρα, καθώς και εξοπλισμό για τη μετάδοση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων μέσω ραδιοφώνου στο έδαφος. Υπάρχουν μοντέλα πυραύλων, όπου συσκευές με δεδομένα που λαμβάνονται κατά την ανάβαση κατεβαίνουν στο έδαφος χρησιμοποιώντας αλεξίπτωτα. Οι μετεωρολογικές μελέτες πυραύλων προηγήθηκαν των δορυφορικών, επομένως οι πρώτοι μετεωρολογικοί δορυφόροι είχαν τα ίδια όργανα με τους μετεωρολογικούς πυραύλους. Την πρώτη φορά που ένας πύραυλος εκτοξεύτηκε για τη μελέτη των παραμέτρων του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος στις 11 Απριλίου 1937, αλλά οι τακτικές εκτοξεύσεις πυραύλων ξεκίνησαν τη δεκαετία του 1950, όταν δημιουργήθηκαν μια σειρά από εξειδικευμένους επιστημονικούς πυραύλους. 2.3.3. Κοσμοναυτική. Ο πύραυλος είναι μέχρι στιγμής το μόνο όχημα που μπορεί να εκτοξεύσει διαστημόπλοιο στο διάστημα. Εναλλακτικοί τρόποι ανύψωσης διαστημικών σκαφών σε τροχιά, όπως ο «διαστημικός ανελκυστήρας», τα ηλεκτρομαγνητικά και τα συμβατικά όπλα, βρίσκονται ακόμη στο στάδιο του σχεδιασμού. 2.3.4. Αθλημα. Υπάρχουν άνθρωποι που αγαπούν τα αθλήματα μοντελοποίησης πυραύλων, των οποίων το χόμπι είναι η κατασκευή και η πτήση μοντέλων πυραύλων. Οι πύραυλοι χρησιμοποιούνται επίσης σε ερασιτεχνικά και επαγγελματικά πυροτεχνήματα. 3. Κινητήρας τζετ. Ένας κινητήρας που δημιουργεί την ελκτική δύναμη που είναι απαραίτητη για την κίνηση μετατρέποντας την εσωτερική ενέργεια του καυσίμου στην κινητική ενέργεια του ρεύματος εκτόξευσης του ρευστού εργασίας. Το ρευστό εργασίας, σε σχέση με τους κινητήρες, νοείται ως ουσία (αέριο, υγρό, στερεό), με τη βοήθεια της οποίας η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου μετατρέπεται σε χρήσιμο μηχανικό έργο. Διάφοροι τύποι ενέργειας (χημική, πυρηνική, ηλεκτρική, ηλιακή) μπορούν να μετατραπούν στην κινητική (ταχύτητα) ενέργεια ενός jet stream σε έναν πυραυλοκινητήρα. Η βάση ενός κινητήρα τζετ είναι ένας θάλαμος καύσης όπου καίγεται καύσιμο (πηγή πρωτογενούς ενέργειας) και ένα ρευστό εργασίας δημιουργεί πυρακτωμένα αέρια (προϊόντα καύσης καυσίμου). Το κύριο χαρακτηριστικό της αντιδραστικής δύναμης είναι ότι προκύπτει ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης τμημάτων του συστήματος χωρίς καμία αλληλεπίδραση με εξωτερικά σώματα. 3.1. Ιστορία των κινητήρων τζετ. Η ιστορία των κινητήρων αεριωθουμένων είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ιστορία της αεροπορίας. Η πρόοδος στην αεροπορία καθ' όλη τη διάρκεια της ύπαρξής της εξασφαλιζόταν κυρίως από την πρόοδο των κινητήρων αεροσκαφών και οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της αεροπορίας σε κινητήρες ήταν ένα ισχυρό ερέθισμα για την ανάπτυξη της κατασκευής κινητήρων αεροσκαφών. Θεωρούμενο το πρώτο αεροσκάφος Flyer-1, ήταν εξοπλισμένο με κινητήρα εσωτερικής καύσης με έμβολο και αυτή η τεχνική λύση παρέμεινε απαραίτητη στην αεροπορία για σαράντα χρόνια. Οι εμβολοφόροι κινητήρες των αεροσκαφών βελτιώθηκαν, η ισχύς τους και η αναλογία ώθησης προς βάρος του ίδιου του αεροσκάφους αυξήθηκαν. Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, άρχισαν οι εργασίες στην ΕΣΣΔ σχετικά με τη δημιουργία ενός κινητήρα τζετ για αεροσκάφη. Ο Σοβιετικός μηχανικός F.A. Zander, το 1920, εξέφρασε την ιδέα ενός αεροσκάφους πυραύλων μεγάλου ύψους. Ο κινητήρας του OR-2, που λειτουργούσε με βενζίνη και υγρό οξυγόνο, προοριζόταν για εγκατάσταση σε πειραματικό αεροσκάφος. Το 1939 πραγματοποιήθηκαν πτητικές δοκιμές κινητήρων ramjet (κινητήρες ramjet) στο αεροσκάφος I-15 που σχεδίασε ο N.N. Polikarpov στην ΕΣΣΔ. Οι κινητήρες Ramjet που σχεδιάστηκαν από τον I.A. Merkulov εγκαταστάθηκαν στα κάτω επίπεδα του αεροσκάφους ως πρόσθετοι κινητήρες. Οι πρώτες πτήσεις πραγματοποιήθηκαν από έναν έμπειρο δοκιμαστικό πιλότο P.E. Loginov. Σε ένα δεδομένο ύψος, επιτάχυνε το αυτοκίνητο στη μέγιστη ταχύτητα και άναψε κινητήρες τζετ. Η ώθηση των πρόσθετων κινητήρων ramjet αύξησε τη μέγιστη ταχύτητα πτήσης. Το 1939, επιλύθηκε η αξιόπιστη εκκίνηση του κινητήρα κατά την πτήση και η σταθερότητα της διαδικασίας καύσης. Κατά την πτήση, ο πιλότος μπορούσε επανειλημμένα να ανάβει και να σβήνει τον κινητήρα και να ρυθμίζει την ώθησή του. Στις 25 Ιανουαρίου 1940, μετά την εργοστασιακή δοκιμή των κινητήρων και τον έλεγχο της ασφάλειάς τους σε πολλές πτήσεις, πραγματοποιήθηκε μια επίσημη δοκιμή - η πτήση ενός αεροσκάφους με ramjet. Ξεκινώντας από το Κεντρικό Αεροδρόμιο Frunze στη Μόσχα, ο πιλότος Loginov άναψε κινητήρες τζετ σε χαμηλό ύψος και έκανε αρκετούς κύκλους πάνω από την περιοχή του αεροδρομίου. Το καλοκαίρι του 1940, αυτοί οι κινητήρες εγκαταστάθηκαν και δοκιμάστηκαν στο μαχητικό I-153 Chaika που σχεδιάστηκε από τον N.N. Polikarpov. Αύξησαν την ταχύτητα του αεροσκάφους κατά 40-50 km / h. Ωστόσο, σε ταχύτητες πτήσης που θα μπορούσαν να αναπτύξουν αεροσκάφη με έλικα, πρόσθετα VJE χωρίς συμπίεση κατανάλωναν πολύ καύσιμο. Το ramjet έχει ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα: ένας τέτοιος κινητήρας δεν παρέχει ώθηση στη θέση του και, επομένως, δεν μπορεί να παρέχει ανεξάρτητη απογείωση του αεροσκάφους. Αυτό σημαίνει ότι ένα αεροσκάφος με έναν τέτοιο κινητήρα πρέπει απαραίτητα να είναι εξοπλισμένο με κάποιο είδος βοηθητικού σταθμού εκκίνησης, για παράδειγμα, μια έλικα, διαφορετικά δεν θα απογειωθεί. Οι εργασίες για τη δημιουργία αεροσκαφών μάχης τζετ πραγματοποιήθηκαν επίσης ευρέως στο εξωτερικό. Τον Ιούνιο του 1942 πραγματοποιήθηκε η πρώτη πτήση του γερμανικού αεριωθούμενου μαχητικού-αναχαιτιστή Me-163 που σχεδιάστηκε από τον Messerschmitt. Μόνο η ένατη έκδοση αυτού του αεροσκάφους τέθηκε σε μαζική παραγωγή το 1944. Για πρώτη φορά, αυτό το αεροσκάφος με κινητήρα πυραύλων χρησιμοποιήθηκε σε κατάσταση μάχης στα μέσα του 1944 κατά την εισβολή των Συμμάχων στη Γαλλία. Είχε σκοπό να πολεμήσει εχθρικά βομβαρδιστικά και μαχητικά πάνω από το γερμανικό έδαφος. Το αεροσκάφος ήταν ένα μονοπλάνο χωρίς οριζόντια ουρά, κάτι που ήταν δυνατό λόγω του μεγάλου σκουπίσματος του φτερού. Στην Ιταλία, τον Αύγουστο του 1940, έγινε η πρώτη 10λεπτη πτήση του μονοπλάνου τζετ Campini-Caproni SS-2. Σε αυτό το αεροσκάφος εγκαταστάθηκε ο λεγόμενος κινητήρας-συμπιεστής WFD (αυτός ο τύπος WFD δεν λήφθηκε υπόψη στην αναθεώρηση των κινητήρων αεριωθουμένων, καθώς αποδείχθηκε ότι ήταν ασύμφορος και δεν έλαβε διανομή). Τον Μάιο του 1941, στην Αγγλία, πραγματοποιήθηκε η πρώτη δοκιμαστική πτήση του πειραματικού αεροσκάφους Gloucester «E-28/39» με κινητήρα στροβιλοκινητήρα με φυγόκεντρο συμπιεστή σχεδιασμένο από τον Whittle. Με 17 χιλιάδες στροφές ανά λεπτό, αυτός ο κινητήρας ανέπτυξε μια ώθηση περίπου 3800 newton. Το πειραματικό αεροσκάφος ήταν ένα μονοθέσιο μαχητικό με έναν κινητήρα turbojet που βρισκόταν στην άτρακτο πίσω από το πιλοτήριο. Το αεροσκάφος διέθετε τρίτροχο σύστημα προσγείωσης που αναδιπλώνεται κατά την πτήση. Ενάμιση χρόνο αργότερα, τον Οκτώβριο του 1942, πραγματοποιήθηκε η πρώτη πτητική δοκιμή του αμερικανικού μαχητικού αεροσκάφους Erkomet R-59A με δύο κινητήρες στροβιλοτζετ σχεδίασης Whittle. Ήταν ένα μονοπλάνο με μεσαίο φτερό με ψηλά τοποθετημένη ουρά. Στις πτητικές δοκιμές επιτεύχθηκε ταχύτητα 800 χιλιομέτρων την ώρα. Μεταξύ άλλων αεροσκαφών με κινητήρα turbojet αυτής της περιόδου, πρέπει να σημειωθεί το μαχητικό Gloucester Meteor, η πρώτη πτήση του οποίου έγινε το 1943. Αυτό το μονοθέσιο μονοπλάνο από μέταλλο αποδείχθηκε ένα από τα πιο επιτυχημένα μαχητικά τζετ της περιόδου. Δύο στροβιλοκινητήρες εγκαταστάθηκαν σε ένα χαμηλό φτερό προβόλου. Σειριακά μαχητικά αεροσκάφη ανέπτυξαν ταχύτητα 810 χιλιομέτρων την ώρα. Η διάρκεια της πτήσης ήταν περίπου 1,5 ώρα, το ανώτατο όριο ήταν 12 χιλιόμετρα. Το αεροσκάφος διέθετε 4 αυτόματα πυροβόλα διαμετρήματος 20 χλστ. Το αυτοκίνητο είχε καλή ευελιξία και έλεγχο σε όλες τις ταχύτητες. Τον Νοέμβριο του 1941, ένα παγκόσμιο ρεκόρ ταχύτητας 975 χιλιομέτρων την ώρα σημειώθηκε σε μια ειδική έκδοση ρεκόρ αυτής της μηχανής. Ήδη στην αρχική περίοδο της ανάπτυξης των κινητήρων αεριωθουμένων, οι πρώην γνωστές μορφές αεροσκαφών υπέστησαν περισσότερο ή λιγότερο σημαντικές αλλαγές. Για παράδειγμα, το αγγλικό μαχητικό αεροσκάφος "Vampire" σχεδίασης δύο ακτίνων φαινόταν πολύ ασυνήθιστο. Στη χώρα μας, κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Πατριωτικού Πολέμου, ξεκίνησε εκτεταμένη ερευνητική εργασία για τη δημιουργία πολεμικών αεροσκαφών με κινητήρες turbojet. Ο πόλεμος έθεσε ως στόχο να δημιουργήσει ένα μαχητικό αεροσκάφος όχι μόνο με υψηλή ταχύτητα, αλλά και με σημαντική διάρκεια πτήσης: τελικά, τα ανεπτυγμένα μαχητικά αεριωθούμενα με LRE είχαν πολύ μικρή διάρκεια πτήσης μόνο 8-15 λεπτά. Τα μαχητικά αεροσκάφη αναπτύχθηκαν με συνδυασμένη μονάδα παραγωγής ενέργειας με έλικα και αεριωθούμενα. Έτσι, για παράδειγμα, τα μαχητικά La-7 και La-9 ήταν εξοπλισμένα με jet booster. Οι εργασίες σε ένα από τα πρώτα σοβιετικά αεριωθούμενα αεροσκάφη ξεκίνησαν το 1943-1944. Αυτό το όχημα μάχης δημιουργήθηκε από μια ομάδα σχεδιασμού με επικεφαλής τον Στρατηγό της Υπηρεσίας Μηχανικών Αεροπορίας Artem Ivanovich Mikoyan. Ήταν ένα μαχητικό I-250 με μονάδα συνδυασμένης παραγωγής ενέργειας, το οποίο αποτελούνταν από έναν υγρόψυκτο εμβολοφόρο κινητήρα αεροσκάφους τύπου VK-107 A με έλικα και ένα WFD, ο συμπιεστής του οποίου κινούνταν από έναν εμβολοφόρο κινητήρα. Το I-250 έκανε την πρώτη του πτήση τον Μάρτιο του 1945. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών πτήσης, επιτεύχθηκαν ταχύτητες που ξεπερνούσαν σημαντικά τα 800 χιλιόμετρα την ώρα. Σύντομα, η ίδια ομάδα σχεδιαστών δημιούργησε το μαχητικό αεροσκάφος MIG-9. Σε αυτό εγκαταστάθηκαν δύο κινητήρες turbojet τύπου RD-20. Στις 24 Απριλίου 1946, ο δοκιμαστικός πιλότος A.N. Grinchik έκανε την πρώτη πτήση με το αεροσκάφος MIG-9. Όπως το αεροσκάφος BI, αυτό το μηχάνημα διέφερε ελάχιστα στο σχεδιασμό του από τα αεροσκάφη με έμβολα. Η μέγιστη ταχύτητα του MIG-9 ξεπέρασε τα 900 χιλιόμετρα την ώρα. Στα τέλη του 1946, αυτό το μηχάνημα τέθηκε σε μαζική παραγωγή. Τον Απρίλιο του 1946, έγινε η πρώτη πτήση με ένα μαχητικό τζετ που σχεδιάστηκε από τον A.S. Yakovlev. Η επίμονη δημιουργική εργασία των ομάδων έρευνας, σχεδιασμού και παραγωγής στέφθηκε με επιτυχία: τα νέα εγχώρια αεροσκάφη τζετ δεν ήταν σε καμία περίπτωση κατώτερα από την παγκόσμια αεροπορική τεχνολογία εκείνης της περιόδου. Μεταξύ των μηχανών τζετ υψηλής ταχύτητας που δημιουργήθηκαν στην ΕΣΣΔ το 1946-1947, το μαχητικό τζετ που σχεδίασαν οι A.I. Mikoyan και M.I. Gurevich "MIG-15", με σαρωμένο φτερό και φτέρωμα, ξεχωρίζει για τα υψηλά τακτικά και επιχειρησιακά του χαρακτηριστικά. Η χρήση ενός σαρωμένου πτερυγίου και της εμπέδησης αύξησε την ταχύτητα της οριζόντιας πτήσης χωρίς σημαντικές αλλαγές στη σταθερότητα και τη δυνατότητα ελέγχου. Η αύξηση της ταχύτητας του αεροσκάφους διευκολύνθηκε επίσης σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση της τροφοδοσίας του: ένας νέος κινητήρας turbojet με φυγόκεντρο συμπιεστή "RD-45" με ώθηση περίπου 19,5 kilonewtons με 12 χιλιάδες στροφές ανά λεπτό εγκαταστάθηκε σε αυτό . Οι οριζόντιες και κάθετες ταχύτητες αυτού του μηχανήματος ξεπέρασαν ό,τι είχε επιτευχθεί προηγουμένως σε αεροσκάφη τζετ. Το γραφείο σχεδιασμού, που εργάζεται υπό την ηγεσία του S.A. Lavochkin, ταυτόχρονα με την κυκλοφορία του MIG-15, δημιούργησε ένα νέο μαχητικό αεροσκάφος La-15. Είχε μια σαρωμένη πτέρυγα που βρισκόταν πάνω από την άτρακτο. Είχε ισχυρά όπλα στο σκάφος. Από όλα τα τότε υπάρχοντα μαχητικά σαρωτής πτέρυγας, το La-15 είχε το μικρότερο βάρος πτήσης. Χάρη σε αυτό, το αεροσκάφος La-15 με τον κινητήρα RD-500, το οποίο είχε μικρότερη ώση από τον κινητήρα RD-45 που ήταν εγκατεστημένο στο MIG-15, είχε περίπου τα ίδια τακτικά δεδομένα πτήσης με το MIG-15». Το σκούπισμα και το ειδικό προφίλ των φτερών και του φτερώματος των αεριωθούμενων αεροσκαφών μείωσαν δραματικά την αντίσταση του αέρα όταν πετούσαν με την ταχύτητα του ήχου. Τώρα, κατά τη διάρκεια της κυματικής κρίσης, η αντίσταση αυξήθηκε όχι κατά 8-12 φορές, αλλά μόνο κατά 2-3 φορές. Αυτό επιβεβαιώθηκε από τις πρώτες υπερηχητικές πτήσεις σοβιετικών τζετ. 3.2. Η χρήση της τεχνολογίας τζετ στην πολιτική αεροπορία. Σύντομα, οι κινητήρες τζετ άρχισαν να εγκαθίστανται σε αεροσκάφη της πολιτικής αεροπορίας. Το 1955, το πολυθέσιο επιβατικό τζετ αεροσκάφος Kometa-1 άρχισε να δραστηριοποιείται στο εξωτερικό. Αυτό το επιβατικό αυτοκίνητο με τέσσερις κινητήρες turbojet είχε ταχύτητα περίπου 800 χιλιομέτρων την ώρα σε υψόμετρο 12 χιλιομέτρων. Το αεροσκάφος μπορούσε να μεταφέρει 48 επιβάτες. Το εύρος πτήσης ήταν περίπου 4 χιλιάδες χιλιόμετρα. Ωστόσο, μετά από ένα μεγάλο ατύχημα αυτού του αεροσκάφους στη Μεσόγειο, η λειτουργία του διακόπηκε. Σύντομα, μια εποικοδομητική έκδοση αυτού του αεροσκάφους "Kometa-3" άρχισε να χρησιμοποιείται. Το 1959 ξεκίνησε η λειτουργία του γαλλικού επιβατικού αεροσκάφους Caravel. Το αεροσκάφος είχε μια στρογγυλή άτρακτο με διάμετρο 3,2 μέτρα, η οποία ήταν εξοπλισμένη με ένα διαμέρισμα υπό πίεση μήκους 25,4 μέτρων. Το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας αποτελούνταν από δύο κινητήρες στροβιλοτζετ με ώθηση 40 kilonewton έκαστος. Η ταχύτητα του αεροσκάφους ήταν περίπου 800 χιλιόμετρα την ώρα. Στην ΕΣΣΔ, ήδη το 1954, σε μία από τις αεροπορικές διαδρομές, η παράδοση επείγοντος φορτίου και ταχυδρομείου πραγματοποιήθηκε με αεριωθούμενο αεροσκάφος υψηλής ταχύτητας Il-20.Αυτό το αεροσκάφος με δύο turbojet κινητήρες με ώθηση 80 kilonewton έκαστος είχε εξαιρετικά αεροδυναμικά σχήματα. Το «TU-104» εκτιμήθηκε ιδιαίτερα τόσο στη χώρα μας όσο και στο εξωτερικό. Ξένοι εμπειρογνώμονες, μιλώντας στον Τύπο, δήλωσαν ότι ξεκινώντας την τακτική μεταφορά επιβατών με αεροσκάφη TU-104, η Σοβιετική Ένωση ήταν δύο χρόνια μπροστά από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Αγγλία και άλλες δυτικές χώρες στη μαζική λειτουργία επιβατικών αεροσκαφών στροβιλοτζετ: το αμερικανικό αεροσκάφος Boeing 707» και το αγγλικό Comet-IV εισήλθαν στις αεροπορικές γραμμές μόλις στα τέλη του 1958 και το γαλλικό Caravel το 1959. Ενδιάμεσος τύπος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής αεροσκαφών TVD. Αν και τα αέρια που φεύγουν από τον στρόβιλο αποβάλλονται μέσω ενός ακροφυσίου και η αντίδρασή τους δημιουργεί κάποια ώθηση, η κύρια ώθηση δημιουργείται από μια έλικα που λειτουργεί, όπως σε ένα συμβατικό αεροσκάφος που κινείται με έλικα. Το θέατρο επιχειρήσεων δεν έχει κερδίσει δημοτικότητα στην πολεμική αεροπορία, καθώς δεν μπορεί να προσφέρει τέτοια ταχύτητα όπως οι αμιγώς κινητήρες αεριωθουμένων. Είναι επίσης ακατάλληλο σε γραμμές express της πολιτικής αεροπορίας, όπου η ταχύτητα είναι ο αποφασιστικός παράγοντας και τα ζητήματα της οικονομίας και του κόστους της πτήσης σβήνουν στο παρασκήνιο. Ωστόσο, τα turboprops θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε διαδρομές διαφόρων μηκών, πτήσεις στις οποίες γίνονται με ταχύτητες της τάξης των 600-800 χιλιομέτρων την ώρα. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, όπως έχει δείξει η εμπειρία, η μεταφορά επιβατών σε αυτά σε απόσταση 1000 χιλιομέτρων είναι 30% φθηνότερη από ό,τι σε αεροσκάφη με έλικα με εμβολοφόρους κινητήρες αεροσκαφών. 3.3. Η αρχή της λειτουργίας των κινητήρων τζετ. Ο κινητήρας τζετ βασίζεται στη συσκευή ενός συνηθισμένου πυραύλου. Λειτουργεί ως εξής. Σε έναν ειδικό θάλαμο, ο οποίος έχει μία έξοδο με ακροφύσιο σωλήνα σε σχήμα κώνου, καίγεται καύσιμο. Τα αέρια προϊόντα της καύσης πετούν έξω μέσα από το ακροφύσιο με τεράστια ταχύτητα. Κατά την καύση του καυσίμου στο θάλαμο, σχηματίζεται αυξημένη πίεση έως και 80100 ατμόσφαιρες. Αυτή η πίεση δρα προς όλες τις κατευθύνσεις με την ίδια δύναμη. Οι πιέσεις στα πλευρικά τοιχώματα του θαλάμου είναι αμοιβαία ισορροπημένες. Η δύναμη που ασκεί στον μπροστινό τοίχο δεν εξισορροπείται με τίποτα, αφού στην απέναντι πλευρά τα αέρια διαφεύγουν ελεύθερα μέσα από την οπή. Επομένως, το αποτέλεσμα όλων των δυνάμεων πίεσης στα τοιχώματα του θαλάμου αναγκάζει τον πυραυλοκινητήρα να εκτελεί μεταφορική κίνηση. Για τη δημιουργία ώθησης πίδακα που χρησιμοποιείται από τον R. d., είναι απαραίτητο: μια πηγή αρχικής (πρωτογενούς) ενέργειας, η οποία μετατρέπεται στην κινητική ενέργεια του ρεύματος πίδακα. το λειτουργικό ρευστό, το οποίο εκτοξεύεται από το R. d. με τη μορφή ρεύματος πίδακα. Ο ίδιος ο R. D. είναι μετατροπέας ενέργειας. Η αρχική ενέργεια αποθηκεύεται σε αεροσκάφος ή άλλη συσκευή εξοπλισμένη με RD (χημικό καύσιμο, πυρηνικό καύσιμο) ή (κατ' αρχήν) μπορεί να προέρχεται από έξω (ηλιακή ενέργεια). Για να αποκτήσετε ένα σώμα εργασίας στο R. d. Mayχρησιμοποιείται μια ουσία που λαμβάνεται από το περιβάλλον (για παράδειγμα, αέρας ή νερό). την ουσία που βρίσκεται σε δεξαμενές της συσκευής ή απευθείας στο θάλαμο του R. του d. μείγμα ουσιών που προέρχονται από το περιβάλλον και αποθηκεύονται στο όχημα. Στη σύγχρονη R. d., η χημική ενέργεια χρησιμοποιείται συχνότερα ως πρωταρχική. Σε αυτή την περίπτωση, το ρευστό εργασίας είναι πυρακτωμένα αέρια - προϊόντα καύσης χημικών καυσίμων. Κατά τη λειτουργία ενός πυραυλοκινητήρα, η χημική ενέργεια των ουσιών που καίγονται μετατρέπεται στη θερμική ενέργεια των προϊόντων καύσης και η θερμική ενέργεια των καυτών αερίων μετατρέπεται στη μηχανική ενέργεια της μεταφορικής κίνησης του ρεύματος πίδακα και κατά συνέπεια, η συσκευή στην οποία είναι εγκατεστημένος ο κινητήρας. Το κύριο μέρος οποιουδήποτε R. d. είναι ο θάλαμος καύσης στον οποίο παράγεται το λειτουργικό ρευστό. Το ακραίο τμήμα του θαλάμου, το οποίο χρησιμεύει για την επιτάχυνση του ρευστού εργασίας και τη λήψη ενός ρεύματος πίδακα, ονομάζεται ακροφύσιο πίδακα. Όλοι γνωρίζουν ότι μετά από έναν πυροβολισμό, ένα όπλο ή ένα τουφέκι επιστρέφεται. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα βλήμα ή μια σφαίρα πετάει έξω από το ρύγχος ενός όπλου ή της κάννης τουφεκιού με μεγάλη ταχύτητα. Και το ίδιο το εργαλείο, λόγω της αντίδρασης, δέχεται μια κίνηση προς την αντίθετη κατεύθυνση. Τα βλήματα προωθούνται από αέρια που σχηματίζονται κατά την καύση της πυρίτιδας. Αν δεν δυναμώναμε το στόμιο του όπλου στο βαγόνι, αλλά το αφήναμε να κινείται ελεύθερα, τότε μετά τη βολή το ρύγχος θα πετούσε πίσω σαν πύραυλος. Η πτήση συμβατικών αεροσκαφών είναι αδύνατη σε ένα χώρο χωρίς αέρα. Η δύναμη ανύψωσης ενός αεροπλάνου δημιουργείται μόνο λόγω της δράσης ενός ρεύματος αέρα στα φτερά του. Ένα αερόπλοιο ή αερόστατο μπορεί να πετάξει μόνο εάν είναι ελαφρύτερο από αέρα του ίδιου όγκου. Υπό αυτή την έννοια, οι πυραυλοκινητήρες έχουν τεράστιο πλεονέκτημα έναντι των συμβατικών αεροσκαφών. Ο πυραυλοκινητήρας λειτουργεί ανεξάρτητα από το περιβάλλον, δεν χρειάζεται αεροπορική υποστήριξη. Οχήματα εξοπλισμένα με κινητήρες πυραύλων μπορούν να πετάξουν όχι μόνο σε εξαιρετικά σπάνιο αέρα, αλλά ακόμη και σε χώρο χωρίς αέρα. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει διάφορα, περισσότερο ή λιγότερο επιτυχημένα πειράματα σχετικά με την εφαρμογή κινητήρων τζετ σε διάφορους τύπους οχημάτων. Εξετάστε αυτή τη διαδικασία σε σχέση με τους κινητήρες τζετ. Ας ξεκινήσουμε με τον θάλαμο καύσης του κινητήρα, στον οποίο έχει ήδη δημιουργηθεί ένα εύφλεκτο μείγμα με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα και τον τύπο του καυσίμου. Αυτό μπορεί να είναι, για παράδειγμα, ένα μείγμα αέρα και κηροζίνης, όπως σε έναν κινητήρα turbojet ενός σύγχρονου αεριωθούμενου αεροσκάφους, ή ένα μείγμα υγρού οξυγόνου και αλκοόλης, όπως σε ορισμένους κινητήρες υγρών πυραύλων, ή, τέλος, κάποιο είδος στερεού προωθητικού για πυραύλους σκόνης. Το εύφλεκτο μείγμα μπορεί να καεί, δηλ. εισέρχονται σε μια χημική αντίδραση με ταχεία απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας. Η ικανότητα απελευθέρωσης ενέργειας κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης είναι η δυνητική χημική ενέργεια των μορίων του μείγματος. Η χημική ενέργεια των μορίων σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά της δομής τους, πιο συγκεκριμένα, τη δομή των ηλεκτρονικών τους κελύφους, δηλ. το ηλεκτρονιακό νέφος που περιβάλλει τους πυρήνες των ατόμων που αποτελούν το μόριο. Ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης, κατά την οποία ορισμένα μόρια καταστρέφονται, ενώ άλλα σχηματίζονται, εμφανίζεται φυσικά μια αναδιάταξη των κελυφών ηλεκτρονίων. Σε αυτή την αναδιάρθρωση, είναι η πηγή της απελευθερωμένης χημικής ενέργειας. Μπορεί να φανεί ότι μόνο ουσίες που, κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης στον κινητήρα (καύση), εκπέμπουν αρκετά μεγάλη ποσότητα θερμότητας και επίσης σχηματίζουν μεγάλη ποσότητα αερίων, μπορούν να χρησιμεύσουν ως καύσιμα για κινητήρες αεριωθουμένων. Όλες αυτές οι διεργασίες λαμβάνουν χώρα στον θάλαμο καύσης, αλλά ας σταθούμε στην αντίδραση όχι σε μοριακό επίπεδο (αυτό έχει ήδη συζητηθεί παραπάνω), αλλά στις «φάσεις» της εργασίας. Μέχρι να ξεκινήσει η καύση, το μείγμα έχει μεγάλη ποσότητα δυνητικής χημικής ενέργειας. Αλλά μετά η φλόγα τύλιξε το μείγμα, μια άλλη στιγμή - και η χημική αντίδραση τελείωσε. Πλέον, αντί για τα μόρια του εύφλεκτου μείγματος, ο θάλαμος γεμίζει με μόρια προϊόντων καύσης, πιο πυκνά «συσκευασμένα». Η περίσσεια ενέργειας δέσμευσης, που είναι η χημική ενέργεια της αντίδρασης καύσης που έχει λάβει χώρα, έχει απελευθερωθεί. Τα μόρια που κατείχαν αυτήν την περίσσεια ενέργειας τη μετέφεραν σχεδόν αμέσως σε άλλα μόρια και άτομα ως αποτέλεσμα συχνών συγκρούσεων μαζί τους. Όλα τα μόρια και τα άτομα στον θάλαμο καύσης άρχισαν να κινούνται τυχαία, χαοτικά με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα, η θερμοκρασία των αερίων αυξήθηκε. Υπήρξε λοιπόν μια μετάβαση της δυνητικής χημικής ενέργειας του καυσίμου στη θερμική ενέργεια των προϊόντων καύσης. Μια παρόμοια μετάβαση πραγματοποιήθηκε σε όλες τις άλλες θερμικές μηχανές, αλλά οι κινητήρες αεριωθουμένων διαφέρουν θεμελιωδώς από αυτούς σε σχέση με την περαιτέρω τύχη των προϊόντων θερμής καύσης. Αφού σχηματιστούν θερμά αέρια στη θερμική μηχανή, που περιέχουν μεγάλη θερμική ενέργεια, αυτή η ενέργεια πρέπει να μετατραπεί σε μηχανική ενέργεια. Άλλωστε ο σκοπός των κινητήρων είναι να κάνουν μηχανικές εργασίες, να "κινήσουν" κάτι, να το κάνουν πράξη, δεν έχει σημασία αν είναι δυναμό κατόπιν αιτήματος να συμπληρώσουν τα σχέδια ενός εργοστασίου, ενός ντίζελ. ατμομηχανή, αυτοκίνητο ή αεροπλάνο. Για να μετατραπεί η θερμική ενέργεια των αερίων σε μηχανική, πρέπει να αυξηθεί ο όγκος τους. Με μια τέτοια διαστολή, τα αέρια κάνουν τη δουλειά για την οποία δαπανάται η εσωτερική και θερμική τους ενέργεια. Στην περίπτωση ενός εμβολοφόρου κινητήρα, τα διαστελλόμενα αέρια πιέζουν ένα έμβολο που κινείται μέσα στον κύλινδρο, το έμβολο σπρώχνει τη μπιέλα, η οποία ήδη περιστρέφει τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Ο άξονας συνδέεται με τον ρότορα ενός δυναμό, τους κινητήριους άξονες μιας ατμομηχανής ντίζελ ή αυτοκινήτου ή την προπέλα ενός αεροσκάφους - ο κινητήρας εκτελεί χρήσιμη εργασία. Σε μια ατμομηχανή ή έναν αεριοστρόβιλο, τα διαστελλόμενα αέρια προκαλούν την περιστροφή του τροχού που συνδέεται με τον άξονα του στροβίλου - δεν υπάρχει ανάγκη για μηχανισμό μετάδοσης στροφάλου και ράβδου, που είναι ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα του στροβίλου. Τα αέρια διαστέλλονται, φυσικά, σε έναν κινητήρα τζετ, γιατί χωρίς αυτόν δεν κάνουν δουλειά. Αλλά η εργασία διαστολής σε αυτή την περίπτωση δεν δαπανάται για την περιστροφή του άξονα. Συνδέεται με τον μηχανισμό κίνησης, όπως και σε άλλους θερμικούς κινητήρες. Ο σκοπός ενός κινητήρα τζετ είναι διαφορετικός - να δημιουργήσει ώση εκτόξευσης, και για αυτό είναι απαραίτητο ένας πίδακας αερίων - προϊόντα καύσης να ρέουν έξω από τον κινητήρα με υψηλή ταχύτητα: η δύναμη αντίδρασης αυτού του πίδακα είναι η ώθηση του κινητήρα . Κατά συνέπεια, το έργο της επέκτασης των αερίων προϊόντων της καύσης καυσίμου στον κινητήρα πρέπει να δαπανηθεί για την επιτάχυνση των ίδιων των αερίων. Αυτό σημαίνει ότι η θερμική ενέργεια των αερίων σε έναν κινητήρα τζετ πρέπει να μετατραπεί στην κινητική τους ενέργεια - η τυχαία χαοτική θερμική κίνηση των μορίων πρέπει να αντικατασταθεί από την οργανωμένη ροή τους προς μια κατεύθυνση κοινή για όλους. Για το σκοπό αυτό εξυπηρετεί ένα από τα πιο σημαντικά μέρη του κινητήρα, το λεγόμενο ακροφύσιο jet. Ανεξάρτητα από τον τύπο στον οποίο ανήκει ένας συγκεκριμένος κινητήρας τζετ, είναι απαραίτητα εξοπλισμένος με ένα ακροφύσιο μέσω του οποίου ρέουν θερμά αέρια από τον κινητήρα με μεγάλη ταχύτητα - τα προϊόντα της καύσης του καυσίμου στον κινητήρα. Σε ορισμένους κινητήρες, τα αέρια εισέρχονται στο ακροφύσιο αμέσως μετά τον θάλαμο καύσης, για παράδειγμα, σε κινητήρες πυραύλων ή ramjet. Σε άλλους, τους στροβιλοτζίκες, τα αέρια πρώτα περνούν από έναν στρόβιλο, στον οποίο δίνουν μέρος της θερμικής τους ενέργειας. Καταναλώνει σε αυτή την περίπτωση για την κίνηση του συμπιεστή, ο οποίος χρησιμεύει για τη συμπίεση του αέρα μπροστά από τον θάλαμο καύσης. Αλλά ούτως ή άλλως, το ακροφύσιο είναι το τελευταίο μέρος του κινητήρα - τα αέρια ρέουν μέσα από αυτό πριν φύγουν από τον κινητήρα. Το ακροφύσιο πίδακα μπορεί να έχει διάφορα σχήματα και, επιπλέον, διαφορετικό σχέδιο, ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα. Το κύριο πράγμα είναι η ταχύτητα με την οποία τα αέρια ρέουν έξω από τον κινητήρα. Εάν αυτή η ταχύτητα εκροής δεν υπερβαίνει την ταχύτητα με την οποία διαδίδονται τα ηχητικά κύματα στα εκροή αέρια, τότε το ακροφύσιο είναι ένα απλό κυλινδρικό ή στενευόμενο τμήμα σωλήνα. Εάν η ταχύτητα εκροής πρέπει να υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου, τότε δίνεται στο ακροφύσιο το σχήμα ενός διαστελλόμενου σωλήνα ή, πρώτα, στενεύει και στη συνέχεια διαστέλλεται (Ακροφύσιο Love). Μόνο σε ένα σωλήνα τέτοιου σχήματος, όπως δείχνει η θεωρία και η εμπειρία, είναι δυνατό να διασκορπιστεί το αέριο σε υπερηχητικές ταχύτητες, να περάσει πάνω από το «ηχητικό φράγμα». Ψυγείο Ρύζι. 2.31. θερμική μηχανή Θερμάστρα Σώμα εργασίας κινητήρα Εν ολίγοις, οι θερμικές μηχανές μετατρέπουν τη θερμότητα σε εργασία ή, αντίθετα, την εργασία σε θερμότητα. Οι θερμικοί κινητήρες είναι δύο τύπων ανάλογα με την κατεύθυνση των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτούς. 1.
Οι θερμικές μηχανές μετατρέπουν τη θερμότητα από μια εξωτερική πηγή σε μηχανικό έργο. Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης αυτοκινήτου είναι ένα παράδειγμα θερμικής μηχανής. Μετατρέπει τη θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου σε μηχανική ενέργεια του αυτοκινήτου. 2.
Οι ψυκτικές μηχανές μεταφέρουν θερμότητα από ένα λιγότερο θερμαινόμενο σώμα σε ένα πιο θερμαινόμενο λόγω της μηχανικής εργασίας μιας εξωτερικής πηγής. Το οικιακό ψυγείο που έχετε στο διαμέρισμά σας είναι ένα παράδειγμα ψυκτικής μηχανής. Σε αυτό, η θερμότητα απομακρύνεται από τον θάλαμο ψύξης και μεταφέρεται στον περιβάλλοντα χώρο. Εξετάστε αυτούς τους τύπους θερμικών μηχανών με περισσότερες λεπτομέρειες. Γνωρίζουμε ότι η εργασία σε ένα σώμα είναι ένας από τους τρόπους αλλαγής της εσωτερικής του ενέργειας: η εργασία που γίνεται, όπως λέγαμε, διαλύεται στο σώμα, μετατρέποντας σε ενέργεια χαοτικής κίνησης και αλληλεπίδρασης των σωματιδίων του. Η θερμική μηχανή είναι μια συσκευή που, αντίθετα, εξάγει χρήσιμο έργο από τη ¾χαοτική¿ εσωτερική ενέργεια του σώματος. Η εφεύρεση της θερμικής μηχανής άλλαξε ριζικά το πρόσωπο του ανθρώπινου πολιτισμού. Το σχηματικό διάγραμμα μιας θερμικής μηχανής μπορεί να απεικονιστεί ως εξής (εικ. 2.31). Ας καταλάβουμε τι σημαίνουν τα στοιχεία αυτού του σχήματος. Το υγρό λειτουργίας του κινητήρα είναι αέριο. Διαστέλλεται, κινεί το έμβολο και ως εκ τούτου εκτελεί χρήσιμα μηχανικά καλή δουλειά. Αλλά για να αναγκαστεί το αέριο να διασταλεί, ξεπερνώντας τις εξωτερικές δυνάμεις, είναι απαραίτητο να θερμανθεί σε θερμοκρασία που είναι σημαντικά υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για να γίνει αυτό, το αέριο έρχεται σε επαφή με τον θερμαντήρα από το καύσιμο που καίγεται. Κατά τη διαδικασία της καύσης του καυσίμου, απελευθερώνεται σημαντική ενέργεια, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του αερίου. Το αέριο λαμβάνει από τη θερμάστρα την ποσότητα θερμότητας Q1. Λόγω αυτής της θερμότητας ο κινητήρας εκτελεί χρήσιμο έργο Α. Όλα αυτά είναι ξεκάθαρα. Τι είναι το ψυγείο και γιατί χρειάζεται; Με μία μόνο διαστολή του αερίου, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εισερχόμενη θερμότητα όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά και να τη μετατρέψουμε εξ ολοκλήρου σε εργασία. Για Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να διαστέλλουμε το αέριο ισόθερμα: ο πρώτος θερμοδυναμικός νόμος, όπως γνωρίζουμε, μας δίνει σε αυτή την περίπτωση A = Q1 . Αλλά κανείς δεν χρειάζεται μια εφάπαξ επέκταση. Ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί κυκλικά, παρέχοντας περιοδική επανάληψη των κινήσεων του εμβόλου. Επομένως, στο τέλος της διαστολής, το αέριο πρέπει να συμπιεστεί, επιστρέφοντάς το στην αρχική του κατάσταση. Κατά τη διαδικασία διαστολής, το αέριο κάνει κάποια θετική εργασία Α1. Στη διαδικασία της συμπίεσης, το θετικό έργο Α2 εκτελείται στο αέριο (και το ίδιο το αέριο εκτελεί αρνητικό έργο Α2). Ως αποτέλεσμα, το χρήσιμο έργο του αερίου ανά κύκλο: A = A1 A2 . Φυσικά, πρέπει να υπάρχει Α > 0, ή Α2< A1
(иначе никакого смысла в двигателе нет). Сжимая газ, мы должны совершить меньшую работу, чем совершил газ при расширении. Πώς να το πετύχετε αυτό; Απάντηση: συμπιέστε το αέριο σε χαμηλότερες πιέσεις από αυτές κατά τη διαστολή. Με άλλα λόγια, στο διάγραμμα pV, η διαδικασία συμπίεσης πρέπει να είναι κάτω από τη διαδικασία διαστολής, δηλαδή ο κύκλος πρέπει να πηγαίνει δεξιόστροφα (Εικ. 2.32). Ρύζι. 2.32. Κύκλος θερμικής μηχανής Για παράδειγμα, στον κύκλο στο σχήμα, το έργο που εκτελείται από το αέριο κατά τη διαστολή είναι ίσο με το εμβαδόν του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς V1 1a2V2. Ομοίως, το έργο του αερίου κατά τη συμπίεση είναι ίσο με το εμβαδόν του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς V1 1b2V2 με σύμβολο μείον. Ως αποτέλεσμα, το έργο Α του αερίου ανά κύκλο αποδεικνύεται θετικό και ίσο με την περιοχή κύκλου 1a2b1. Εντάξει, αλλά πώς κάνεις το αέριο να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση κατά μήκος μιας χαμηλότερης καμπύλης, δηλαδή μέσω καταστάσεων με χαμηλότερες πιέσεις; Θυμηθείτε ότι για έναν δεδομένο όγκο, η πίεση ενός αερίου είναι όσο χαμηλότερη, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία. Επομένως, κατά τη συμπίεση, το αέριο πρέπει να περάσει από καταστάσεις με χαμηλότερες θερμοκρασίες. Για αυτό ακριβώς χρησιμεύει το ψυγείο: για την ψύξη του αερίου κατά τη διαδικασία συμπίεσης. Το ψυγείο μπορεί να είναι η ατμόσφαιρα (για κινητήρες εσωτερικής καύσης) ή το τρεχούμενο νερό ψύξης (για τουρμπίνες ατμού). Όταν κρυώσει, το αέριο εκπέμπει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας Q2 στο ψυγείο. Η συνολική ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει το αέριο ανά κύκλο είναι ίση με Q1 Q2. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής: Q1 Q2 = A + U; όπου U είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου ανά κύκλο. Είναι ίσο με μηδέν: U = 0, αφού το αέριο έχει επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση (και η εσωτερική ενέργεια, όπως θυμόμαστε, είναι συνάρτηση της κατάστασης). Ως αποτέλεσμα, το έργο που εκτελείται από το αέριο ανά κύκλο είναι ίσο με: A = Q1 Q2: Όπως μπορείτε να δείτε, ο Α< Q1
: не удаётся полностью превратить в работу поступающее от нагревателя тепло. Часть теплоты приходится отдавать холодильнику для обеспечения цикличности процесса. αυτοκίνητα Ψυγείο Ρύζι. 2.33. Ψυκτικό μηχάνημα Θερμάστρα Το σώμα εργασίας της ψύξης Ένας δείκτης της αποτελεσματικότητας της μετατροπής της ενέργειας του καυσίμου που καίγεται σε μηχανικό έργο είναι η απόδοση της θερμικής μηχανής. Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής είναι η αναλογία του μηχανικού έργου Α προς την ποσότητα της θερμότητας λάβατε το Q1 από τον θερμαντήρα: Α: Ε1 Λαμβάνοντας υπόψη τη σχέση (2.12 ), έχουμε επίσης Q1Q2 Η απόδοση μιας θερμικής μηχανής, όπως βλέπουμε, είναι πάντα μικρότερη από τη μονάδα. Για παράδειγμα, η απόδοση των ατμοστροβίλων είναι περίπου 25%, και η απόδοση των κινητήρων εσωτερικής καύσης είναι περίπου 40%. Η καθημερινή εμπειρία και τα φυσικά πειράματα μας λένε ότι στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας, η θερμότητα μεταφέρεται από ένα θερμότερο σώμα σε ένα λιγότερο θερμαινόμενο, αλλά όχι το αντίστροφο. Δεν παρατηρούνται ποτέ διεργασίες κατά τις οποίες, λόγω μεταφοράς θερμότητας, η ενέργεια μεταφέρεται αυθόρμητα από ένα ψυχρό σώμα σε ένα ζεστό, με αποτέλεσμα το ψυχρό σώμα να κρυώνει ακόμη περισσότερο και το θερμό σώμα να θερμαίνεται ακόμη περισσότερο. Η λέξη κλειδί εδώ είναι ¾αυθόρμητο¿. Εάν χρησιμοποιείτε μια εξωτερική πηγή ενέργειας, τότε είναι πολύ πιθανό να πραγματοποιήσετε τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από ένα κρύο σώμα σε ένα ζεστό. Αυτό κάνουν τα ψυγεία. Σε σύγκριση με έναν θερμικό κινητήρα, οι διεργασίες σε μια ψυκτική μηχανή έχουν αντίθετη κατεύθυνση (Εικ. 2.33). Το ρευστό εργασίας μιας ψυκτικής μηχανής ονομάζεται επίσης που απορροφά τη θερμότητα καθώς διαστέλλεται και την απελευθερώνει καθώς συστέλλεται. Ένα ψυγείο σε μια μηχανή ψύξης είναι ένα σώμα από το οποίο αφαιρείται η θερμότητα. Το ψυγείο μεταδίδει λειτουργεί στο σώμα (αέριο) η ποσότητα θερμότητας Q2, με αποτέλεσμα το αέριο να διαστέλλεται. Κατά τη διάρκεια της συμπίεσης, το αέριο εκπέμπει θερμότητα Q1 σε ένα πιο θερμαινόμενο σώμα, τον θερμαντήρα. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί μια τέτοια μεταφορά θερμότητας, το αέριο πρέπει να συμπιέζεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι όταν διαστέλλεται. Αυτό είναι δυνατό μόνο λόγω της εργασίας A0 που εκτελείται από μια εξωτερική πηγή (για παράδειγμα, έναν ηλεκτρικό κινητήρα)22. Επομένως, η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρατε στη θερμάστρα αποδεικνύεται ότι είναι μεγαλύτερη από την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από το κρύο dilnik, μόνο με την τιμή του A0: Q1 = Q2 + A0 : 21 Στα πραγματικά συστήματα ψύξης, το ψυκτικό είναι ένα πτητικό διάλυμα με χαμηλό σημείο βρασμού που απορροφά τη θερμότητα κατά την εξάτμιση και την απελευθερώνει κατά τη συμπύκνωση. 22 Στις πραγματικές μονάδες ψύξης, ο ηλεκτροκινητήρας δημιουργεί χαμηλή πίεση στον εξατμιστή, με αποτέλεσμα το ψυκτικό να βράσει και να πάρει θερμότητα. Αντίθετα, στον συμπυκνωτή, ο ηλεκτροκινητήρας δημιουργεί υψηλή πίεση, κάτω από την οποία το ψυκτικό μέσο συμπυκνώνεται και εκπέμπει θερμότητα. Έτσι, στο διάγραμμα pV, ο κύκλος λειτουργίας της ψυκτικής μηχανής πηγαίνει αριστερόστροφα. Η περιοχή κύκλου είναι το έργο A0 που εκτελείται από μια εξωτερική πηγή (Εικ. 2.34). Ρύζι. 2.34. Κύκλος ψυκτικού συγκροτήματος Ο κύριος σκοπός της ψυκτικής μηχανής είναι η ψύξη μιας συγκεκριμένης δεξαμενής (για παράδειγμα, ένας καταψύκτης). Σε αυτή την περίπτωση, αυτή η δεξαμενή παίζει το ρόλο του ψυγείου και το περιβάλλον χρησιμεύει ως θερμαντήρας, η θερμότητα που αφαιρείται από τη δεξαμενή διαχέεται σε αυτό. Ένας δείκτης της απόδοσης της ψυκτικής μηχανής είναι ο συντελεστής απόδοσης, ίσος με την αναλογία θερμότητας που αφαιρείται από το ψυγείο προς το έργο μιας εξωτερικής πηγής: Q A 2 0: Ο συντελεστής απόδοσης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από ένα. Στα πραγματικά ψυγεία, παίρνει τιμές περίπου από 1 έως 3. Υπάρχει μια άλλη ενδιαφέρουσα εφαρμογή: το ψυγείο μπορεί να λειτουργήσει ως αντλία θερμότητας. Τότε ο σκοπός του είναι να θερμάνει μια συγκεκριμένη δεξαμενή (για παράδειγμα, θέρμανση χώρου) λόγω της θερμότητας που απομακρύνεται από το περιβάλλον. Σε αυτή την περίπτωση, αυτή η δεξαμενή θα είναι μια θερμάστρα και το περιβάλλον θα είναι ένα ψυγείο. Ένας δείκτης της απόδοσης της αντλίας θερμότητας είναι ο συντελεστής θέρμανσης, ίσος με την αναλογία της ποσότητας θερμότητας που μεταφέρεται στη θερμαινόμενη δεξαμενή προς την εργασία εξωτερική πηγή: Q A 1 0 : Οι τιμές του συντελεστή θέρμανσης των πραγματικών αντλιών θερμότητας είναι συνήθως στην περιοχή από 3 έως 5. Σημαντικά χαρακτηριστικά μιας θερμικής μηχανής είναι οι υψηλότερες και οι χαμηλότερες θερμοκρασίες του ρευστού εργασίας κατά τη διάρκεια του κύκλου. Αυτές οι τιμές ονομάζονται θερμοκρασία θερμαντήρα και θερμοκρασία ψυγείου, αντίστοιχα. Είδαμε ότι η απόδοση μιας θερμικής μηχανής είναι αυστηρά μικρότερη από τη μονάδα. Τίθεται ένα φυσικό ερώτημα: ποια είναι η μέγιστη δυνατή απόδοση μιας θερμικής μηχανής με σταθερές τιμές της θερμοκρασίας του θερμαντήρα T1 και της ψυχρότερης θερμοκρασίας T2; Έστω, για παράδειγμα, η μέγιστη θερμοκρασία του ρευστού εργασίας του κινητήρα είναι 1000 K και η ελάχιστη θερμοκρασία είναι 300 K. Ποιο είναι το θεωρητικό όριο απόδοσης ενός τέτοιου κινητήρα; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα δόθηκε από τον Γάλλο φυσικό και μηχανικό Sadi Carnot το 1824. Εφηύρε και ερεύνησε έναν υπέροχο θερμικό κινητήρα με ιδανικό αέριο ως σώμα εργασίας. Αυτό το μηχάνημα λειτουργεί σε έναν κύκλο Carnot που αποτελείται από δύο ισόθερμες και δύο αδιαβάτες. Θεωρήστε τον άμεσο κύκλο της μηχανής Carnot, που πηγαίνει δεξιόστροφα (Εικ. 2.35). Σε αυτή την περίπτωση, το μηχάνημα λειτουργεί ως θερμικός κινητήρας. Τ 23 Ρύζι. 2.35. Κύκλος Carnot Ισόθερμος 1! 2. Στην τοποθεσία 1 ! 2, το αέριο έρχεται σε θερμική επαφή με τον θερμαντήρα θερμοκρασίας Τ1 και διαστέλλεται ισοθερμικά. Η ποσότητα θερμότητας Q1 προέρχεται από τη θερμάστρα και μετατρέπεται πλήρως σε εργασία σε αυτόν τον τομέα: A12 = Q1. Adiabat 2! 3. Για τον σκοπό της μετέπειτα συμπίεσης, είναι απαραίτητο να μεταφερθεί το αέριο σε ζώνη χαμηλότερων θερμοκρασιών. Για να γίνει αυτό, το αέριο είναι θερμικά μονωμένο και στη συνέχεια διαστέλλεται αδιαβατικά στην περιοχή 2 ! 3. Κατά τη διαστολή, το αέριο κάνει θετικό έργο A23, και λόγω αυτού, η εσωτερική του ενέργεια μειώνεται: U23 = A23. Ισόθερμος 3! 4. Η θερμομόνωση αφαιρείται, το αέριο έρχεται σε θερμική επαφή με το ψυγείο θερμοκρασίας Τ2. Παρουσιάζεται ισοθερμική συμπίεση. Το αέριο δίνει στο ψυγείο την ποσότητα θερμότητας Q2 και κάνει αρνητικό έργο A34 = Q2. Adiabat 4! 1. Αυτό το τμήμα είναι απαραίτητο για την επαναφορά του αερίου στην αρχική του κατάσταση. Κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής συμπίεσης, το αέριο κάνει αρνητικό έργο A41 , και η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια είναι θετική: U41 = A41 . Το αέριο θερμαίνεται στην αρχική θερμοκρασία Τ1. Ο Carnot βρήκε την αποτελεσματικότητα αυτού του κύκλου (οι υπολογισμοί, δυστυχώς, είναι πέρα από το πεδίο εφαρμογής του σχολικού προγράμματος σπουδών): T 1T 2 Επιπλέον, απέδειξε ότι η απόδοση του κύκλου Carnot είναι η μέγιστη δυνατή για όλες τις θερμικές μηχανές με θερμοκρασία θερμαντήρα T1 και ψυχρότερη θερμοκρασία T2. Άρα, στο παραπάνω παράδειγμα (T1 = 1000 K, T2 = 300 K) έχουμε: μέγιστο =1000 300 = 0;7 (= 70%): 1000 Τι νόημα έχει να χρησιμοποιούμε ακριβώς ισόθερμες και αδιαβάτες, και όχι κάποιες άλλες διεργασίες; Αποδεικνύεται ότι οι ισοθερμικές και αδιαβατικές διεργασίες καθιστούν τη μηχανή Carnot αναστρέψιμη. Μπορεί να λειτουργήσει αντίστροφα (αριστερόστροφα) μεταξύ του ίδιου θερμαντήρα και του ψυγείου χωρίς να εμπλέκονται άλλες συσκευές. Σε αυτή την περίπτωση, η μηχανή Carnot θα λειτουργεί ως ψυκτικό μηχάνημα. Η ικανότητα λειτουργίας μιας μηχανής Carnot και προς τις δύο κατευθύνσεις παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη θερμοδυναμική. Για παράδειγμα, αυτό το γεγονός χρησιμεύει ως σύνδεσμος στην απόδειξη της μέγιστης απόδοσης του κύκλου Carnot. Θα επανέλθουμε σε αυτό στο επόμενο άρθρο για τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.
Σε σύγκριση με έναν θερμικό κινητήρα, οι διαδικασίες σε μια ψυκτική μηχανή είναι προς την αντίθετη κατεύθυνση. (Εικ.86).
Ο κύριος σκοπός μιας ψυκτικής μηχανής είναι να ψύχει μια συγκεκριμένη δεξαμενή (για παράδειγμα, έναν καταψύκτη). Σε αυτή την περίπτωση, αυτή η δεξαμενή παίζει το ρόλο του ψυγείου και το περιβάλλον χρησιμεύει ως θερμαντήρας - η θερμότητα που αφαιρείται από τη δεξαμενή διαχέεται σε αυτήν.
Ως αποτέλεσμα της εκπνοής του ρευστού εργασίας από το ακροφύσιο του κινητήρα, σχηματίζεται μια αντιδραστική δύναμη με τη μορφή αντίδρασης (ανάκρουσης) του πίδακα, η οποία κινεί τον κινητήρα και τη συσκευή που συνδέεται δομικά με αυτόν προς την αντίθετη κατεύθυνση στην εκροή του πίδακα. Διάφοροι τύποι ενέργειας (χημική, πυρηνική, ηλεκτρική, ηλιακή) μπορούν να μετατραπούν στην κινητική (ταχύτητα) ενέργεια ενός jet stream σε έναν πυραυλοκινητήρα. Το R. D. (κινητήρας άμεσης αντίδρασης) συνδυάζει τον πραγματικό κινητήρα με τον κινητήρα, δηλαδή παρέχει τη δική του κίνηση χωρίς τη συμμετοχή ενδιάμεσων μηχανισμών.
Σε όλους τους κινητήρες, υπάρχουν δύο διαδικασίες μετατροπής ενέργειας. Αρχικά, η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια των προϊόντων καύσης και στη συνέχεια η θερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για την εκτέλεση μηχανικών εργασιών. Τέτοιοι κινητήρες περιλαμβάνουν παλινδρομικούς κινητήρες αυτοκινήτων, ατμομηχανές ντίζελ, ατμοστρόβιλους και αεριοστρόβιλους σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κ.λπ.2.12 Θερμικές μηχανές
2.12.1
Θερμικές μηχανές
2.12.2
Ψυκτικές μηχανές
2.12.3
Θερμική μηχανή Carnot
