ड्रिलिंग में ऊष्मा इंजनों की भूमिका। मानव जीवन में ऊष्मा इंजनों की भूमिका

किसी भी क्षेत्र का नाम बताना फिलहाल असंभव है उत्पादन गतिविधियाँव्यक्ति, जहाँ भी उपयोग किया जाता है तापीय संस्थापन. अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी, धातु विज्ञान, मशीन उपकरण निर्माण, परिवहन, ऊर्जा, कृषि, रसायन उद्योग, उत्पादन खाद्य उत्पाद- दूर नहीं पूरी सूचीइंडस्ट्रीज राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था, जहां वैज्ञानिक निर्णय लेना आवश्यक है और तकनीकी मुद्देंहीटिंग प्रतिष्ठानों से संबंधित.

ऊष्मा इंजनों और थर्मल प्रतिष्ठानों में, ऊष्मा को कार्य में या कार्य को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है।

भाप टरबाइन एक ताप इंजन है जिसमें संभावित ऊर्जाभाप गतिज में बदल जाती है, और गतिज रोटर के घूमने की यांत्रिक ऊर्जा में बदल जाती है। टरबाइन रोटर सीधे काम करने वाली मशीन के शाफ्ट से जुड़ा होता है, जो एक विद्युत जनरेटर, एक प्रोपेलर आदि हो सकता है।

ऊष्मा इंजनों का उपयोग रेलवे परिवहनविशेष रूप से बड़ा, क्योंकि रेलवे पर डीजल इंजनों के आगमन से, सभी दिशाओं में बड़ी मात्रा में माल और यात्रियों के परिवहन में सुविधा हुई है। सोवियत पर डीजल लोकोमोटिव दिखाई दिए रेलवेआधी सदी से भी पहले, वी.आई. की पहल पर। लेनिन. डीजल लोकोमोटिव सीधे डीजल लोकोमोटिव चलाते हैं, और विद्युत ट्रांसमिशन - जनरेटर की मदद से विद्युत प्रवाहऔर बिजली की मोटरें। प्रत्येक डीजल लोकोमोटिव के साथ एक ही शाफ्ट पर एक प्रत्यक्ष धारा जनरेटर होता है। जनरेटर द्वारा उत्पन्न विद्युत धारा डीजल लोकोमोटिव के एक्सल पर स्थित ट्रैक्शन मोटर्स में प्रवेश करती है। एक डीजल लोकोमोटिव इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव की तुलना में अधिक जटिल होता है और इसकी लागत अधिक होती है, लेकिन इसके लिए संपर्क नेटवर्क या ट्रैक्शन सबस्टेशन की आवश्यकता नहीं होती है। डीजल लोकोमोटिव जहां भी स्थापित किया गया है, उसका उपयोग किया जा सकता है रेलवे, और यही इसका बहुत बड़ा फायदा है। डीज़ल एक किफायती इंजन है; डीज़ल लोकोमोटिव में पर्याप्त ईंधन होता है लंबी दौड़. बड़े और भारी माल के परिवहन के लिए भारी ट्रकों का निर्माण किया गया, जहां इसके बजाय गैसोलीन इंजनअधिक शक्तिशाली डीजल इंजन दिखाई दिए। वही इंजन ट्रैक्टर, कंबाइन और जहाजों पर काम करते हैं। इन इंजनों के उपयोग से मानव कार्य में काफी सुविधा होती है। 1897 में, जर्मन इंजीनियर आर. डीज़ल ने एक संपीड़न इग्निशन इंजन का प्रस्ताव रखा जो न केवल गैसोलीन पर, बल्कि किसी भी अन्य ईंधन पर भी चल सकता है: मिट्टी का तेल, तेल। इंजनों को डीज़ल भी कहा जाता था।

ऊष्मा इंजनों का इतिहास बहुत पुराना है। दो हजार साल से भी पहले, तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व में। उस युग में, महान यूनानी मैकेनिक और गणितज्ञ आर्किमिडीज़ ने एक तोप का निर्माण किया था जो भाप का उपयोग करके फायर करती थी।

आज दुनिया में करोड़ों ताप इंजन हैं। उदाहरण के लिए, इंजन आंतरिक जलनकारों, जहाजों, ट्रैक्टरों, मोटर नौकाओं आदि पर स्थापित। यह अवलोकन कि पिंडों के तापमान में परिवर्तन लगातार उनके आयतन में परिवर्तन के साथ होता है, सुदूर प्राचीन काल से है, हालाँकि, परिभाषा निरपेक्ष मूल्यइन परिवर्तनों का सम्बन्ध केवल आधुनिक काल से है। थर्मामीटर के आविष्कार से पहले, बेशक, ऐसी परिभाषाओं के बारे में सोचा नहीं जा सकता था, लेकिन थर्मोमेट्री के विकास के साथ, इस संबंध का सटीक अध्ययन बिल्कुल आवश्यक हो गया। इसके अलावा, पिछली 18वीं सदी के अंत और वर्तमान 19वीं सदी की शुरुआत में, बहुत सारे विभिन्न घटनाएं, जिसने मुझे गर्मी के कारण पिंडों के विस्तार का सावधानीपूर्वक माप लेने के लिए प्रोत्साहित किया; ये थे: ऊंचाई निर्धारित करते समय बैरोमीटर की रीडिंग को सही करने की आवश्यकता, खगोलीय अपवर्तन का निर्धारण, गैसों और वाष्पों की लोच का प्रश्न, वैज्ञानिक उपकरणों और तकनीकी उद्देश्यों के लिए धातुओं का धीरे-धीरे बढ़ता उपयोग आदि।

सबसे पहले, स्वाभाविक रूप से, मैंने वायु विस्तार की परिभाषा की ओर रुख किया, जो अपने परिमाण में सबसे हड़ताली थी और सबसे आसानी से मापने योग्य लगती थी। कई भौतिकविदों को जल्द ही प्राप्त हुआ एक बड़ी संख्या कीपरिणाम, लेकिन उनमें से कुछ काफी विरोधाभासी हैं। अमोंटोन ने उसे विनियमित करने के लिए कहा सामान्य थर्मामीटर 0° से 80° R तक गर्म करने पर हवा के विस्तार को मापा और अपेक्षाकृत सटीक रूप से निर्धारित किया कि 0° पर इसका आयतन 0.380 था। दूसरी ओर, 1705 में नुगे ने थोड़े से संशोधित उपकरण का उपयोग करके एक बार दोगुनी बड़ी संख्या प्राप्त की, और दूसरी बार 16 गुना बड़ी संख्या प्राप्त की। ला हायर (1708) को भी अमोंटोन संख्या के बजाय 1.5 और यहां तक ​​कि 3.5 भी प्राप्त हुए। गोकेस्बी (1709) ने संख्या 0.455 पाई; क्रुकियस (1720) -- 0.411; लॉग--0.333; बॉन--0.462; मुस्चेनब्रेक--0.500; लैंबर्ट ("पाइरोमेट्री", पृष्ठ 47) - 0.375; डेलुक--0.372; आई. टी. मेयर - 0.3755 और 0.3656; सॉसर--0.339; वेंडरमोंडे, बर्थोलेट और मोन्गे को (1786) - 0.4328 प्राप्त हुआ। प्रीस्टली, जिन्होंने हवा के विस्तार के लिए वास्तविक संख्या से काफी विचलन करते हुए 0.9375 की संख्या प्राप्त की, ने तर्क दिया कि ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, कार्बोनिक एसिड, नाइट्रिक के वाष्प, हाइड्रोक्लोरिक, सल्फ्यूरिक, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और अमोनिया - ये सभी भिन्न हैं हवा से उनके विस्तार में. जी. जी. श्मिट ("ग्रीन्स न्यूज़ जर्नल", IV, पृष्ठ 379) ने हवा के विस्तार के लिए संख्या 0.3574, ऑक्सीजन के लिए 0.3213, और अंत में, हाइड्रोजन, कार्बोनिक एसिड और नाइट्रोजन के लिए 0.4400, 0 .4352, 0.4787 प्राप्त की डुवर्नॉय ने प्रीस्टले की राय का समर्थन किया, लेकिन आम तौर पर पाया गया कि गैसों का विस्तार तापमान में परिवर्तन के लिए पूरी तरह से आनुपातिक नहीं है।

सैद्धांतिक सामग्री

प्राचीन काल से, मनुष्य शारीरिक प्रयास से मुक्त होना चाहता है या किसी चीज़ को हिलाने में आसानी करना चाहता है अधिक ताकत, रफ़्तार।

हवाई जहाज के कालीन, सात-लीग जूते और जादूगरों द्वारा एक व्यक्ति को छड़ी की लहर के साथ दूर देशों में ले जाने के बारे में किंवदंतियाँ बनाई गईं। भारी बोझ ढोते समय लोगों ने गाड़ियों का आविष्कार किया क्योंकि इसे लुढ़काना आसान होता है। फिर उन्होंने जानवरों - बैल, हिरण, कुत्ते और सबसे बढ़कर घोड़ों को अपना लिया। इस प्रकार गाड़ियाँ और गाड़ियाँ दिखाई दीं। गाड़ियों में, लोगों ने आराम की तलाश की, जिससे उनमें और अधिक सुधार हुआ।

लोगों की गति बढ़ाने की इच्छा ने परिवहन विकास के इतिहास में घटनाओं के बदलाव को भी तेज कर दिया। ग्रीक "ऑटोस" से - "स्वयं" और लैटिन "मोबिलिस" - "मोबाइल" में यूरोपीय भाषाएँविशेषण "स्व-चालित" का शाब्दिक अर्थ "ऑटोमोबाइल" बना।

यह घड़ियों, स्वचालित गुड़ियों, सभी प्रकार के तंत्रों, सामान्य तौर पर, हर उस चीज़ पर लागू होता है जो किसी व्यक्ति की "निरंतरता", "सुधार" के अतिरिक्त के रूप में कार्य करती है। 18वीं शताब्दी में, उन्होंने जनशक्ति को भाप की शक्ति से बदलने की कोशिश की और "कार" शब्द को ट्रैकलेस गाड़ियों के लिए लागू किया।

कार का युग आंतरिक दहन इंजन वाली पहली "गैसोलीन कारों" से क्यों शुरू होता है, जिसका आविष्कार और निर्माण 1885-1886 में हुआ था? मानो भाप और बैटरी (इलेक्ट्रिक) क्रू के बारे में भूल रहे हों। तथ्य यह है कि आंतरिक दहन इंजन ने परिवहन प्रौद्योगिकी में एक वास्तविक क्रांति ला दी है। लंबे समय तक, यह कार के विचार के साथ सबसे अधिक सुसंगत साबित हुआ और इसलिए लंबे समय तक अपनी प्रमुख स्थिति बरकरार रखी। आज वैश्विक सड़क परिवहन में आंतरिक दहन इंजन वाले वाहनों की हिस्सेदारी 99.9% से अधिक है।<Приложение 1>

मुख्य भाग इंजन गर्म करें

में आधुनिक प्रौद्योगिकीयांत्रिक ऊर्जा मुख्यतः ईंधन की आंतरिक ऊर्जा से प्राप्त होती है। वे उपकरण जिनमें आंतरिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, ऊष्मा इंजन कहलाते हैं। हीटर नामक उपकरण में ईंधन जलाकर काम करने के लिए, आप एक सिलेंडर का उपयोग कर सकते हैं जिसमें गैस को गर्म किया जाता है और विस्तारित किया जाता है और एक पिस्टन को घुमाया जाता है।<Приложение 3>वह गैस जिसके विस्तार के कारण पिस्टन गति करता है, कार्यशील द्रव कहलाता है। गैस इसलिए फैलती है क्योंकि उसका दबाव बाहरी दबाव से अधिक होता है। लेकिन जैसे-जैसे गैस फैलती है, इसका दबाव कम हो जाता है और देर-सबेर यह बाहरी दबाव के बराबर हो जाएगा। तब गैस का विस्तार समाप्त हो जायेगा और वह कार्य करना बंद कर देगी।

क्या किया जाना चाहिए ताकि ताप इंजन का संचालन बंद न हो? इंजन को लगातार चलाने के लिए, यह आवश्यक है कि पिस्टन, गैस का विस्तार करने के बाद, हर बार अपनी मूल स्थिति में लौट आए, जिससे गैस को उसकी मूल स्थिति में संपीड़ित किया जा सके। गैस का संपीड़न केवल बाहरी बल के प्रभाव में हो सकता है, जो इस मामले में कार्य करता है (इस मामले में गैस दबाव बल नकारात्मक कार्य करता है)। इसके बाद, गैस विस्तार और संपीड़न प्रक्रियाएँ फिर से हो सकती हैं। इसका मतलब यह है कि ताप इंजन के संचालन में विस्तार और संपीड़न की समय-समय पर दोहराई जाने वाली प्रक्रियाएं (चक्र) शामिल होनी चाहिए।

चित्र 1

चित्र 1 ग्राफिक रूप से गैस विस्तार (लाइन एबी) और मूल मात्रा (लाइन सीडी) में संपीड़न की प्रक्रियाओं को दर्शाता है। विस्तार प्रक्रिया के दौरान गैस द्वारा किया गया कार्य धनात्मक (AF > 0) है और संख्यात्मक रूप से आकृति ABEF के क्षेत्रफल के बराबर है। संपीड़न के दौरान किया गया गैस कार्य ऋणात्मक (AF से) होता है< 0) и численно равна площади фигуры CDEF. Полезная работа за этот цикл численно равна разности площадей под кривыми АВ и CD (закрашена на рисунке).

हीटर, कार्यशील द्रव और रेफ्रिजरेटर की उपस्थिति आवश्यक है आवश्यक शर्तकिसी भी ताप इंजन के निरंतर चक्रीय संचालन के लिए।

ताप इंजन दक्षता

कार्यशील द्रव, हीटर से एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा Q1 प्राप्त करके, ऊष्मा की इस मात्रा का एक भाग, मापांक |Q2| के बराबर, रेफ्रिजरेटर को देता है। इसलिए, किया गया कार्य A = Q1 -- |Q2| से अधिक नहीं हो सकता। हीटर से फैलने वाली गैस द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा और इस कार्य के अनुपात को ऊष्मा इंजन की दक्षता कहा जाता है:

बंद चक्र में चलने वाले ताप इंजन की दक्षता हमेशा एक से कम होती है। थर्मल पावर इंजीनियरिंग का कार्य दक्षता को यथासंभव उच्च बनाना है, अर्थात हीटर से प्राप्त गर्मी का अधिक से अधिक उपयोग कार्य उत्पन्न करने के लिए करना है। यह कैसे हासिल किया जा सकता है?

पहली बार, इज़ोटेर्म और एडियाबेट्स से युक्त सबसे उत्तम चक्रीय प्रक्रिया, 1824 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर एस. कार्नोट द्वारा प्रस्तावित की गई थी।

कार्नोट चक्र.

आइए मान लें कि गैस एक सिलेंडर में है, जिसकी दीवारें और पिस्टन गर्मी-इन्सुलेट सामग्री से बने होते हैं, और नीचे उच्च तापीय चालकता वाली सामग्री से बना होता है। गैस द्वारा व्याप्त आयतन V1 के बराबर है।

चित्र 2

आइए सिलेंडर को हीटर के संपर्क में लाएं (चित्र 2) और गैस को इज़ोटेर्मली विस्तारित होने और काम करने दें। गैस को हीटर से एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा Q1 प्राप्त होती है। इस प्रक्रिया को ग्राफ़िक रूप से एक इज़ोटेर्म (वक्र AB) द्वारा दर्शाया जाता है।

चित्र तीन

जब गैस का आयतन एक निश्चित मान V1 के बराबर हो जाता है< V2, дно цилиндра изолируют от нагревателя, после этого газ расширяется адиабатно до объема V2, соответствующего максимально возможному ходу поршня в цилиндре (адиабата ВС). При этом газ охлаждается до температуры T2 < T1.

ठंडी गैस को अब तापमान T2 पर समतापीय रूप से संपीड़ित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, इसे समान तापमान T2 वाले शरीर के संपर्क में लाया जाना चाहिए, यानी, रेफ्रिजरेटर के साथ, और गैस को बाहरी बल द्वारा संपीड़ित किया जाना चाहिए। हालाँकि, इस प्रक्रिया में गैस अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आएगी - इसका तापमान हमेशा T1 से कम रहेगा।

इसलिए, इज़ोटेर्मल संपीड़न को एक निश्चित मध्यवर्ती मात्रा V2">V1 (सीडी इज़ोटेर्म) पर लाया जाता है। इस मामले में, गैस रेफ्रिजरेटर को एक निश्चित मात्रा में गर्मी Q2 छोड़ती है, जो उस पर किए गए संपीड़न के कार्य के बराबर होती है। इसके बाद , गैस को रूद्धोष्म रूप से आयतन V1 तक संपीड़ित किया जाता है, जबकि इसका तापमान T1 (एडियाबेटिक DA) तक बढ़ जाता है। अब गैस अपनी मूल स्थिति में वापस आ गई है, जिसमें इसका आयतन V1 है, तापमान T1 है, दबाव p1 है, और चक्र हो सकता है पुनः दोहराया.

तो, एबीसी अनुभाग में गैस काम करती है (ए > 0), और सीडीए अनुभाग में काम गैस पर किया जाता है (ए > 0)< 0). На участках ВС и AD работа совершается только за счет изменения внутренней энергии газа. Поскольку изменение внутренней энергии UBC = -UDA, то и работы при адиабатных процессах равны: АВС = -АDA. Следовательно, पूर्णकालिक नौकरीप्रति चक्र निष्पादित, इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं (अनुभाग एबी और सीडी) के दौरान किए गए कार्य में अंतर से निर्धारित होता है। संख्यात्मक दृष्टि से यह कार्य ABCD चक्र वक्र से घिरी आकृति के क्षेत्रफल के बराबर है।

हीटर से प्राप्त गर्मी क्यूटी की मात्रा का केवल एक हिस्सा, जो कि QT1- |QT2| के बराबर है, वास्तव में उपयोगी कार्य में परिवर्तित हो जाता है। तो, कार्नोट चक्र में उपयोगी कार्यए = क्यूटी1 - |क्यूटी2|

आंतरिक ऊर्जा भंडार में भूपर्पटीऔर महासागरों को व्यावहारिक रूप से असीमित माना जा सकता है। लेकिन ऊर्जा भंडार होना ही पर्याप्त नहीं है। कारखानों और कारखानों, वाहनों, ट्रैक्टरों और अन्य मशीनों में मशीन टूल्स को चालू करने, विद्युत प्रवाह जनरेटर के रोटरों को घुमाने आदि के लिए ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम होना आवश्यक है। मानवता को काम करने में सक्षम इंजन - उपकरणों की आवश्यकता है।

प्रकृति में प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता ऊष्मा इंजनों में कार्य करने के लिए आंतरिक ऊर्जा का उपयोग करने की संभावना पर कुछ प्रतिबंध लगाती है।

थर्मल पावर इंजीनियरिंग और परिवहन के विकास में ताप इंजनों की भूमिका।पृथ्वी पर अधिकांश इंजन ऊष्मा इंजन हैं, यानी ऐसे उपकरण जो ईंधन की आंतरिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

सबसे बड़ा महत्व थर्मल पावर प्लांटों में ताप इंजन (मुख्य रूप से शक्तिशाली भाप टरबाइन) का उपयोग है, जहां वे विद्युत प्रवाह जनरेटर के रोटर्स को चलाते हैं। हमारे देश में 80% से अधिक बिजली ताप विद्युत संयंत्रों में उत्पन्न होती है।

हीट इंजन, भाप टरबाइन - भी सभी पर स्थापित किए गए हैं नाभिकीय ऊर्जा यंत्र. भाप पाने के लिए इन स्टेशनों पर उच्च तापमानपरमाणु नाभिक की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।

इसके अलावा, सभी प्रमुख प्रकार के आधुनिक परिवहन मुख्य रूप से ताप इंजनों का उपयोग करते हैं। पर सड़क परिवहनपिस्टन आंतरिक दहन इंजन का उपयोग करें बाह्य शिक्षादहनशील मिश्रण (कार्बोरेटर इंजन) और सीधे सिलेंडर (डीजल) के अंदर दहनशील मिश्रण बनाने वाले इंजन ट्रैक्टरों पर लगाए जाते हैं, जो कृषि में अपरिहार्य हैं।

20वीं सदी के मध्य तक रेलवे परिवहन में। मुख्य इंजन भाप इंजन था। अब वे मुख्य रूप से डीजल इंजनों का उपयोग करते हैं डीजल इकाइयाँऔर इलेक्ट्रिक इंजन। लेकिन इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव भी अंततः मुख्य रूप से बिजली संयंत्रों के थर्मल इंजनों से ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

जल परिवहन में बड़े जहाजों के लिए आंतरिक दहन इंजन और शक्तिशाली भाप टर्बाइन दोनों का उपयोग किया जाता है।

विमानन में, पिस्टन इंजन हल्के विमानों पर लगाए जाते हैं, और टर्बोजेट और जेट इंजन, जो थर्मल इंजन से भी संबंधित होते हैं, विशाल विमानों पर लगाए जाते हैं। जेट इंजनपर भी लागू होते हैं अंतरिक्ष रॉकेट.

ऊष्मा इंजनों के बिना आधुनिक सभ्यता की कल्पना भी नहीं की जा सकती। हमारे पास प्रचुर मात्रा में सस्ती बिजली नहीं होगी और हम सभी प्रकार के तीव्र परिवहन से वंचित रह जायेंगे।

ऊष्मा इंजनों के संचालन के लिए मुख्य शर्त।सभी ताप इंजनों में, दहन के दौरान ईंधन पर्यावरण की तुलना में काम कर रहे तरल पदार्थ के तापमान को सैकड़ों या हजारों डिग्री तक बढ़ा देता है। इस मामले में, कार्यशील द्रव का दबाव दबाव की तुलना में बढ़ जाता है पर्यावरण, अर्थात वातावरण और शरीर अपनी आंतरिक ऊर्जा के कारण कार्य करता है। सभी ऊष्मा इंजनों का कार्यशील द्रव गैस है।

कोई भी ऊष्मा इंजन अपने कार्यशील तरल पदार्थ और पर्यावरण के समान तापमान पर काम नहीं कर सकता है। योग्य थर्मल संतुलनकोई स्थूल प्रक्रिया नहीं होती; खास तौर पर कोई काम नहीं हो पाता.

एक ऊष्मा इंजन गर्म पिंडों से ठंडे पिंडों में ऊष्मा स्थानांतरित करने की प्रक्रिया में आंतरिक ऊर्जा का उपयोग करके कार्य करता है। इस मामले में, किया गया कार्य हमेशा गर्म बॉडी (हीटर) से इंजन द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा से कम होता है। ऊष्मा का कुछ भाग ठंडे पिंड (रेफ्रिजरेटर) में स्थानांतरित हो जाता है।

रेफ्रिजरेटर की भूमिका.आइए जानें कि क्यों, जब एक ताप इंजन चलता है, तो कुछ ऊष्मा अनिवार्य रूप से रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित हो जाती है।

एक सिलेंडर में गैस के रुद्धोष्म विस्तार के दौरान (चित्र 45), रेफ्रिजरेटर में गर्मी हस्तांतरण के बिना आंतरिक ऊर्जा में कमी के कारण काम होता है। सूत्र (4.14) के अनुसार. एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में, गैस में स्थानांतरित की गई सभी गर्मी काम के बराबर हो जाती है; .

हालाँकि, पहली और दूसरी दोनों प्रक्रियाओं में, बाहरी दबाव के बराबर दबाव में गैस के एकल विस्तार के दौरान काम किया जाता है (उदाहरण के लिए, वायु - दाब). इंजन चालू होना चाहिए लंबे समय तक. यह तभी संभव है जब इंजन के सभी हिस्से (पिस्टन, वाल्व, आदि) ऐसी हरकतें करें जो निश्चित अंतराल पर दोहराई जाएं। इंजन को एक परिचालन चक्र के बाद समय-समय पर अपनी मूल स्थिति में लौटना होगा; या इंजन को एक समय-अपरिवर्तनीय (स्थिर) प्रक्रिया से गुजरना होगा (उदाहरण के लिए, टरबाइन का निरंतर घूमना)।

सिलेंडर में गैस को उसकी मूल स्थिति में वापस लाने के लिए उसे संपीड़ित करना होगा। किसी गैस को संपीड़ित करने के लिए उस पर कार्य करना पड़ता है। संपीड़न का कार्य विस्तार के दौरान गैस द्वारा किए गए कार्य से कम होगा यदि गैस को कम तापमान पर संपीड़ित किया जाता है, और इसलिए गैस के विस्तार के दौरान जो हुआ उससे कम दबाव पर होता है। ऐसा करने के लिए, संपीड़न से पहले या संपीड़न प्रक्रिया के दौरान, रेफ्रिजरेटर में एक निश्चित मात्रा में गर्मी स्थानांतरित करके गैस को ठंडा करना आवश्यक है।

व्यवहार में उपयोग किए जाने वाले इंजनों में, पूर्ण कार्य (निकास) गैस (या भाप) को बाद के संपीड़न से पहले ठंडा नहीं किया जाता है, बल्कि इंजन से छोड़ा जाता है और अगला परिचालन चक्र गैस के एक नए हिस्से के साथ शुरू होता है। निकास गैस का तापमान आसपास के पिंडों की तुलना में अधिक होता है और उनमें कुछ गर्मी स्थानांतरित होती है।

भाप टरबाइन को घुमाने के लिए इसके ब्लेडों में लगातार उच्च दबाव में गर्म भाप की आपूर्ति की जाती है, जिसे काम पूरा करने के बाद ठंडा करके टरबाइन से निकाल दिया जाता है। जैसे ही भाप ठंडी और संघनित होती है, यह आसपास के पिंडों में गर्मी स्थानांतरित करती है।

भाप टरबाइन या मशीन में, हीटर एक भाप बॉयलर है, और रेफ्रिजरेटर निकास भाप को ठंडा करने और संघनित करने के लिए वातावरण या विशेष उपकरण है - कंडेनसर। आंतरिक दहन इंजनों में, तापमान में वृद्धि तब होती है जब इंजन के अंदर ईंधन जलाया जाता है, और "हीटर" स्वयं गर्म दहन उत्पाद होते हैं। रेफ्रिजरेटर एक ऐसे वातावरण के रूप में भी कार्य करता है जिसमें निकास गैसें छोड़ी जाती हैं।

ताप इंजन का योजनाबद्ध आरेख रंग इनसेट पर दिखाया गया है। इंजन का कार्यशील द्रव हीटर से ऊष्मा की मात्रा प्राप्त करता है, कार्य A करता है और ऊष्मा की मात्रा को रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित करता है

ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का एक और सूत्रीकरण।गर्मी इंजनों में आंतरिक ऊर्जा को पूरी तरह से काम में परिवर्तित करने की असंभवता जो समय-समय पर अपनी मूल स्थिति में लौटती है, प्रकृति में प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता के कारण होती है और थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के एक और सूत्रीकरण को रेखांकित करती है।

यह सूत्रीकरण अंग्रेजी वैज्ञानिक डब्ल्यू केल्विन का है: ऐसी आवधिक प्रक्रिया को अंजाम देना असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम एक स्रोत से ली गई गर्मी के कारण कार्य का उत्पादन होगा।

ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के दोनों सूत्रीकरण परस्पर एक दूसरे को निर्धारित करते हैं। यदि गर्मी स्वतः ही रेफ्रिजरेटर से हीटर में स्थानांतरित हो सकती है, तो आंतरिक ऊर्जाकिसी भी ताप इंजन द्वारा पूर्णतः कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है।

अधिकांश परिवहन वाहनों को चलाने के लिए बिजली उत्पन्न करने के लिए ताप इंजन आवश्यक हैं।

जनरेटर रोटर्स को घुमाने के लिए बिजली संयंत्रों में शक्तिशाली भाप टर्बाइनों का उपयोग सबसे महत्वपूर्ण है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में भाप टरबाइन भी स्थापित किए जाते हैं, जहाँ परमाणु नाभिक की ऊर्जा का उपयोग उच्च तापमान वाली भाप का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

आधुनिक परिवहन सभी प्रकार के ऊष्मा इंजनों का उपयोग करता है। कारों, ट्रैक्टरों, स्व-चालित कंबाइनों, डीजल इंजनों में, पिस्टन आंतरिक दहन इंजन का उपयोग किया जाता है, विमानन में - गैस टर्बाइन, अंतरिक्ष रॉकेट में - जेट इंजन।

ऊष्मा इंजनों का पर्यावरण पर कुछ हानिकारक प्रभाव पड़ता है:

1. ताप इंजन दक्षता η < 50 %, следовательно, большая часть энергии топлива рассеивается в окружающем пространстве, вредно влияя на общую экологическую обстановку:
2. थर्मल पावर प्लांट और कारें पौधों, जानवरों और मनुष्यों (सल्फर यौगिकों, कार्बन ऑक्साइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड, आदि) के लिए हानिकारक ईंधन दहन उत्पादों का उत्सर्जन करती हैं;
3. बढ़ी हुई एकाग्रता कार्बन डाईऑक्साइडवातावरण में वृद्धि होती है" ग्रीनहाउस प्रभाव"धरती।

इस संबंध में, प्रकृति संरक्षण की समस्या बहुत महत्वपूर्ण हो गई है। पर्यावरण की सुरक्षा के लिए यह सुनिश्चित करना आवश्यक है:

1. वायुमंडल में उत्सर्जित निकास गैसों की प्रभावी सफाई;
2. उच्च गुणवत्ता वाले ईंधन का उपयोग करना, अधिक पूर्ण दहन के लिए परिस्थितियाँ बनाना;
3. घर्षण हानियों और ईंधन के पूर्ण दहन आदि को कम करके ताप इंजनों की दक्षता बढ़ाना।

ऊष्मा इंजनों के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग आशाजनक है: हाइड्रोजन के दहन से पानी उत्पन्न होता है। ऐसे इलेक्ट्रिक वाहन बनाने के लिए गहन शोध चल रहा है जो गैसोलीन से चलने वाली कारों की जगह ले सकें।

साहित्य

अक्सेनोविच एल.ए. भौतिकी में हाई स्कूल: लिखित। कार्य. टेस्ट: पाठ्यपुस्तक। सामान्य शिक्षा प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। पर्यावरण, शिक्षा / एल. ए. अक्सेनोविच, एन. एन. राकिना, के. एस. फ़ारिनो; ईडी। के.एस. फ़ारिनो. - एमएन.: अदुकात्सिया आई व्याखावन्ने, 2004. - पी. 165.

तकनीकी ऊष्मप्रवैगिकी. बुनियादी अवधारणाएँ और परिभाषाएँ

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के 27 थर्मल इंजीनियरिंग: व्याख्यान का कोर्स। भाग 1. - गोर्की: बेलारूसी राज्य कृषि अकादमी, 2011। 48 पी।

आईएसबीएन 978-985-467-319-6

राज्य के मुख्य मापदण्डों एवं समीकरणों पर विचार किया गया आदर्श गैसें, ताप क्षमता की अवधारणा और प्रकार, आदर्श गैस मिश्रणऔर उनके पैरामीटर निर्धारित करने की विधियाँ। थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियमों के सूत्रीकरण और बुनियादी प्रावधान दिए गए हैं, साथ ही आदर्श गैसों की बुनियादी थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं का विश्लेषण भी दिया गया है।

विशिष्टताओं के विद्यार्थियों के लिए 1-74 06 01 - तकनीकी समर्थनकृषि उत्पादन प्रक्रियाएं, 1‑74 06 04 - पुनर्ग्रहण और जल प्रबंधन कार्यों के लिए तकनीकी सहायता, 1‑74 06 06 - कृषि-औद्योगिक परिसर के लिए रसद समर्थन।

तालिकाएँ 4. चित्र 27. ग्रंथ सूची। 12.

समीक्षक: ए.एस. डोबीशेव, इंजीनियरिंग के डॉक्टर। विज्ञान, प्रोफेसर, प्रमुख। पशुधन पालन और कृषि उत्पादन के विद्युतीकरण का मशीनीकरण विभाग (ईआई "बीएसएएचए"); वी.जी. समोस्युक, पीएच.डी. econ. विज्ञान, सीईओरिपब्लिकन एकात्मक उद्यम "कृषि मशीनीकरण के लिए बेलारूस की राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी का वैज्ञानिक और व्यावहारिक केंद्र"।

यूडीसी 621.1 (075.8)

बीबीके 31.3ya73

गर्मी का उपयोग मानव गतिविधि के सभी क्षेत्रों में किया जाता है - बिजली उत्पन्न करने, वाहनों और विभिन्न तंत्रों को चलाने, परिसर को गर्म करने के साथ-साथ तकनीकी जरूरतों के लिए।

आज गर्मी प्राप्त करने का मुख्य तरीका जीवाश्म ईंधन - कोयला, तेल और गैस का दहन है, जो मानवता की लगभग 90% ऊर्जा जरूरतों को पूरा करता है। विश्व में ऊर्जा खपत पर डेटा पिछले साल काऔर प्रजातियों द्वारा इसका वितरण तालिका में प्रस्तुत किया गया है। 1 .

तालिका नंबर एक। 1998-2008 में विश्व ऊर्जा खपत की संरचना

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है। 1 डेटा के अनुसार, वैश्विक ऊर्जा खपत साल-दर-साल बढ़ रही है। जनसंख्या और मानव ज़रूरतें लगातार बढ़ रही हैं, और इससे ऊर्जा उत्पादन और इसकी खपत की वृद्धि दर में वृद्धि होती है।

हालाँकि, तेल, गैस और कोयले के भंडार अनंत नहीं हैं और, पूर्वानुमानों के अनुसार, खोजे गए संसाधन पर्याप्त हो सकते हैं: तेल 40 वर्षों के लिए, गैस 60 वर्षों के लिए, कोयला 120 वर्षों के लिए। प्राकृतिक यूरेनियम भंडार लगभग 85 वर्षों तक दुनिया की ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त है।

ईंधन जलाने से ऊर्जा उत्पादन में और वृद्धि को सीमित करने वाला एक अन्य कारक इसके दहन उत्पादों द्वारा पर्यावरण का लगातार बढ़ता प्रदूषण है। पर्यावरण का तापीय प्रदूषण भी कम खतरनाक नहीं है, जिसके कारण ग्लोबल वार्मिंगऔर जलवायु परिवर्तन, पिघलते ग्लेशियर और समुद्र का बढ़ता स्तर।

परमाणु ऊर्जा में हैं पारिस्थितिक समस्याएंदफनाने की आवश्यकता से संबंधित अन्य प्रकार परमाणु कचराजिससे बड़ी कठिनाई भी होती है।

गर्मी का उपयोग करने के सबसे तर्कसंगत तरीकों को निर्धारित करने, थर्मल प्रतिष्ठानों की कार्य प्रक्रियाओं की दक्षता का विश्लेषण करने और नए, अधिक उन्नत प्रकार के थर्मल उपकरणों को बनाने के लिए ज्ञान की आवश्यकता है सैद्धांतिक संस्थापनाहीटिंग इंजीनियरिंग.