Урок "Числові функції. Область визначення і множина значень"

Тепловим двигуном називається пристрій, у якому внутрішня енергія палива перетворюється на механічну енергію. Для виконання двигуном роботи необхідно створити різницю тисків між обома сторонами поршня двигуна чи лопатей турбіни. Процеси, що відбуваються при роботі теплового двигуна описуються законами термодинаміки.

Існує кілька видів теплових двигунів:

- двигун внутрішнього згоряння;

- парова та газова турбіни;

- реактивний двигун.

Двигу́н вну́трішнього згоря́ння — тип двигуна, теплова машина, в якій хімічна енергія палива, що згоряє в робочій зоні, перетворюється в механічну роботу. ККД = 10-50%.

Назва двигуна внутрішнього згоряння пов'язана з тим, що, на відміну від парової машини, горіння відбувається в закритій камері, в яку спеціально сконструйованими системами подається рідке або газоподібне паливо та повітря. У двигунах внутрішнього згоряння процеси згоряння палива, виділення теплоти й перетворення її в механічну енергію відбуваються безпосередньо у середині двигуна. 

Принцип роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння. Такти:

1. Впуск.

2. Стиснення.

3. Робочий хід.

4. Випуск

Парова́ маши́на — тепловий поршневий двигун зовнішнього згоряння, в якому потенціальна енергія водяної пари, котра надходить під тиском з парового котла, перетворюється в механічну роботу при зворотно-поступальному русі поршня, який через механічні ланки надає обертального руху вихідному валу. У ширшому розумінні, парова машина — всякий тепловий двигун, який перетворює енергію пари в механічну роботу.

Робота парової машини подвійної дії.

Реакти́вний двигу́н — двигун-рушій, що створює реактивний рух внаслідок швидкого витікання робочого тіла із сопла, найчастіше робочим тілом є гарячі гази, що утворюються внаслідок спалювання палива у камерах згоряння. 

Різновиди:

• Ракетний двигун
• Повітряно-реактивний двигун
• Турбореактивний двигун

Парова турбіна – паровий двигун безперервної дії, що перетворює теплову енергію водяної пари в механічну роботу обертання ротора. Парова турбіна використовує не потенційну енергію, а кінетичну енергію пари.

Потік газу через турбіну пов'язаний із зменшенням ентальпії (енергетичного потенціалу). Відповідно до закону збереження енергії ентальпія перетвориться в іншу форму енергії, зокрема, у механічну енергію на валу робочої машини. Другий закон термодинаміки показує, що не можливо побудувати теплову машину, яка повністю перетворює тепло в роботу, що на практиці означає, що парова турбіна на додаток до корисної роботи завжди збільшує температуру навколишнього повітря, яке, якщо не використовується, то стає надлишковим теплом. Це є основою комбінованого виробництва електроенергії і тепла на електростанціях.

Принцип дії парової турбіни

Газова турбіна  — це тепловий двигун безперервної дії, на лопатках якого енергія стисненого і нагрітого газу перетворюється в механічну роботу на валу.

Складається з компресора, сполученого безпосередньо з турбіною, і камерою згоряння між ними.

Стиснуте атмосферне повітря з компресора надходить в камеру згоряння, де змішуючись з паливом і відбувається горіння суміші. У результаті згоряння зростає температура, швидкість і обсяг потоку газу. Далі енергія гарячого газу перетворюється в роботу. При вході в соплову частину турбіни гарячі гази розширюються, і їх теплова енергія перетвориться в кінетичну. Потім, у роторній частині турбіни, кінетична енергія газів змушує обертатися ротор турбіни. Частина потужності турбіни витрачається на роботу компресора, а решта є корисною вихідною потужністю. 

Для характеристики ефективності теплового двигуна використовують коефіцієнт корисної дії (ККД). ККД — відношення роботи, що виконується двигуном, до кількості теплоти, одержаної від нагрівача. Вимірюється в %.