Роль термодинамики в современной физике
еля. Для дельнейшего повышения КПД двигателя внутреннего
сгорания в 1892 г. немецкий инженер Рудольф Дизель предложил испсльзовать
еще большие степени сжатия рабочего тела.
Высокая степень сжатия без детонации достигается в двигателе Дизеля за
счет того, что сжатию подвергается не горючая смесь, а только воздух. По
окончании процесса сжатия в цилиндр впрыскивается горючее. Для его
зажигания не требуется никакого специального устройства, так как при
высокой степени адиабатического сжатия воздуха его температура повышается
до 600 — 700 С. Горючее, впрыскиваемое с помощью топливного насоса через
форсунку, воспламеняется при соприкосновении с раскаленным воздухом.
Подача топлива управляется особым регулятором, в результате чего процесс
горения протекает не столь кратковременно, как в карбюраторном двигателе, а
происходит изобарно, а затем адиабатно. При обратном движении поршня
осуществляется выхлоп.
Современные дизели имеют степень сжатия (=16 — 21 и КПД около 40%. Более
высокий коэффициент полезного действия дизельных двигателей обусловлен тем,
что вследствие более высокой степени сжатия начальная температура горения
смеси (480— 630 °С) у них выше, чем у карбюраторных двигателей (330— 480
°С). Этим обеспечивается более полное сгорание дизельного топлива.
Дизельные двигатели используются в мощных грузовых автомобилях, тракторах,
на судах речного и морского транспорта, тепловозах.
Газовая турбина. Все более широкое применение в современном транспорте
получают газотурбинные двигатели. Газотурбинная установка состоит из
воздушного компрессора 1, камер сгорания 2 и газовой турбины 3 (рис. 2).
Компрессор состоит из ротора, укрепленного на одной оси с турбиной, и
неподвижного направляющего аппарата.
При работе турбины ротор компрессора вращается. Лопатки ротора имеют такую
форму, что при их вращении давление перед компрессором понижается, а за ним
повышается. Воздух засасывается в компрессор, несколько ступеней лопаток
компрессора обеспечивают повышение давления воздуха в 5—7 раз.
Процесс сжатия протекает адиабатно, поэтому температура воздуха
повышается до температуры 200 °С и более.
Сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Одновременно через форсунку в
нее впрыскивается под большим давлением жидкое топливо — керосин, мазут.
При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, получает некоторое
количество тепла и нагревается до температуры 1500— 2200 °С. Нагревание
воздуха происходит при постоянном давлении, поэтому воздух расширяется и
скорость его движения увеличивается.
Рис. 2
Движущийся с большой скоростью воздух и продукты горения направляются в
турбину. Переходя от ступени к ступени, они отдают свою кинетическую
энергию лопаткам турбины. Часть полученной турбиной энергии расходуется на
вращение компрессора, а остальная используется для вращения винта самолета,
винта морского корабля или колес автомобиля.
Вместо вращения винта самолета, теплохода или ротора электрогенератора
газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель. Воздух и
продукты горения выбрасываются из газовой турбины с большой скоростью.
Реактивная сила тяги, возникшая при этом, может быть использована для
движения самолета, теплохода или железнодорожного транспорта.
Турбореактивными двигателями оборудованы известные всему миру самолеты ИЛ-
62, ТУ-154.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении хотелось бы отметить о взаимодействии тепловых машин и
окружающей средой. Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других
видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в
промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения
жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество
ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива
настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана
окружающей среды от вредного влияния продуктов сгорания.
Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую сре-ДУ связано с
действием разных факторов.
Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферного
воздуха, поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
Если в России пока количество кислорода, производимого лесами, превышает
количество кислорода, потребляемого промышленностьо, то, например, в США
леса восстанавливают лишь 60% используемого промышленностью кислорода.
Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу
углекислого газа. За последние двадцать лет содержание углекислого газа в
атмосфере Земли увеличилось примерно на 5%.
Молекулы оксида углерод способны поглощать инфракрасное излучение. Поэтому
увеличение содержания углекислого газа в атмосфере изменяет ее
прозрачность. Инфракрасное излучений, испускаемое земной поверхностью, все
в большей мере поглощается в атмосфере. Дальнейшее существенное увеличение
концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению ее
температуры.
В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и
серными соединениеями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно
это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах.
Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида
углерода и соединений азота, автомобильная двигатели ежегодно выбрасывают в
атмосферу 2—3 млн. т свинца. Соединения свинца добавляют в автомобильный
бензин для предотвращения детонации топлива в двигателе, т.е. слишком
быстрого сгорания топлива, приводящего к снижению мощности двигателя и его
быстрому износу. Так как автомобильные двигатели играют решающую роль в
загрязнении атмосферы в городах, проблема существенного усовершенствования
автомобильного двигателя представляет одну из наиболее актуальных научно-
технических проблем.
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – переход от
использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к
использованию дизельных двигателей, в топливо которых не добавляют
соединения свинца.
Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых
вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель, питающийся от
аккумулятора, или двигатель, использующий в качестве топлива водород. В
последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бернал Дж. Наука в истории общества.М.,1956.
Енохович А.С. Справочник по физике и технике. – М.: Просвещение, 1983.
Кабардин О.Ф. Физика. – М.: Просвещение, 1988.
Курс общей физики. – Киев.: Днепр, 1994.
| |  скачать работу |
Роль термодинамики в современной физике |
