कई प्रकार की मशीनों के संचालन को इस तरह के एक महत्वपूर्ण संकेतक द्वारा गर्मी इंजन की दक्षता के रूप में चिह्नित किया जाता है। हर साल, इंजीनियर अधिक उन्नत उपकरण बनाने का प्रयास करते हैं, जो कम ईंधन लागत पर, इसके उपयोग से अधिकतम परिणाम देंगे।
हीट इंजन डिवाइस
दक्षता क्या है, यह समझने से पहले यह समझना आवश्यक है कि यह तंत्र कैसे काम करता है। इसकी क्रिया के सिद्धांतों को जाने बिना, इस सूचक के सार का पता लगाना असंभव है। ऊष्मा इंजन एक ऐसा उपकरण है जो आंतरिक ऊर्जा का उपयोग करके कार्य करता है। कोई भी ऊष्मा इंजन जो तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, बढ़ते तापमान के साथ पदार्थों के तापीय विस्तार का उपयोग करता है। सॉलिड-स्टेट इंजन में, न केवल पदार्थ की मात्रा को बदलना संभव है, बल्कि शरीर के आकार को भी बदलना संभव है। ऐसे इंजन का संचालन ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों के अधीन है।
ऑपरेटिंग सिद्धांत
यह समझने के लिए कि हीट इंजन कैसे काम करता है, बुनियादी बातों पर विचार करना आवश्यक हैउसके डिजाइन। डिवाइस के संचालन के लिए, दो निकायों की आवश्यकता होती है: गर्म (हीटर) और ठंडा (रेफ्रिजरेटर, कूलर)। ऊष्मा इंजनों के संचालन का सिद्धांत (ऊष्मा इंजनों की दक्षता) उनके प्रकार पर निर्भर करता है। अक्सर, स्टीम कंडेनसर एक रेफ्रिजरेटर के रूप में कार्य करता है, और भट्ठी में जलने वाला किसी भी प्रकार का ईंधन हीटर के रूप में कार्य करता है। एक आदर्श ऊष्मा इंजन की दक्षता निम्न सूत्र द्वारा ज्ञात की जाती है:
दक्षता=(थिएटिंग - कूलिंग)/थिएटिंग। x 100%।
उसी समय, एक वास्तविक इंजन की दक्षता इस सूत्र के अनुसार प्राप्त मूल्य से अधिक नहीं हो सकती है। साथ ही, यह सूचक कभी भी उपरोक्त मान से अधिक नहीं होगा। दक्षता बढ़ाने के लिए, अक्सर हीटर का तापमान बढ़ाएं और रेफ्रिजरेटर का तापमान कम करें। इन दोनों प्रक्रियाओं को उपकरण की वास्तविक परिचालन स्थितियों द्वारा सीमित किया जाएगा।
हीट इंजन दक्षता (सूत्र)
हीट इंजन के संचालन के दौरान, काम किया जाता है, क्योंकि गैस ऊर्जा खोने लगती है और एक निश्चित तापमान तक ठंडी हो जाती है। उत्तरार्द्ध आमतौर पर आसपास के वातावरण से कुछ डिग्री ऊपर होता है। यह रेफ्रिजरेटर का तापमान है। इस तरह के एक विशेष उपकरण को निकास भाप के बाद के संघनन के साथ ठंडा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जहां कंडेनसर मौजूद होते हैं, रेफ्रिजरेटर का तापमान कभी-कभी परिवेश के तापमान से कम होता है।
ऊष्मा इंजन में, शरीर गर्म और विस्तारित होने पर, कार्य करने के लिए अपनी सारी आंतरिक ऊर्जा देने में सक्षम नहीं होता है। कुछ गर्मी निकास गैसों या भाप के साथ रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित कर दी जाएगी। यह भागथर्मल आंतरिक ऊर्जा अनिवार्य रूप से खो जाती है। ईंधन के दहन के दौरान, काम करने वाले शरीर को हीटर से एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा Q1 प्राप्त होती है। साथ ही, यह अभी भी ए काम करता है, जिसके दौरान यह थर्मल ऊर्जा का हिस्सा रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित करता है: क्यू2<Q1।
Efficiency ऊर्जा रूपांतरण और संचरण के क्षेत्र में इंजन की दक्षता की विशेषता है। इस सूचक को अक्सर प्रतिशत के रूप में मापा जाता है। दक्षता सूत्र:
ηA/Qx100%, जहां Q खर्च की गई ऊर्जा है, A उपयोगी कार्य है।
ऊर्जा संरक्षण के नियम के आधार पर हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि दक्षता हमेशा एक से कम होगी। दूसरे शब्दों में, उस पर खर्च की गई ऊर्जा से अधिक उपयोगी कार्य कभी नहीं होगा।
इंजन दक्षता हीटर द्वारा आपूर्ति की गई ऊर्जा के लिए उपयोगी कार्य का अनुपात है। इसे निम्न सूत्र के रूप में दर्शाया जा सकता है:
η=(क्यू1-क्यू2)/ क्यू1, जहां क्यू 1 - हीटर से प्राप्त गर्मी, और Q2 - रेफ्रिजरेटर को दी गई।
हीट इंजन ऑपरेशन
एक ऊष्मा इंजन द्वारा किए गए कार्य की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
ए=|क्यूएच| - |QX|, जहाँ A काम करता है, QH हीटर से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा है, QX- कूलर को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा।
हीट इंजन दक्षता (सूत्र):
|क्यूएच| - |QX|)/|QH|=1 - |क्यूएक्स|/|क्यूएच|
यह इंजन द्वारा किए गए कार्य के अनुपात के बराबर हैगरमाहट। इस स्थानांतरण के दौरान तापीय ऊर्जा का कुछ भाग नष्ट हो जाता है।
कार्नोट इंजन
एक ऊष्मा इंजन की अधिकतम दक्षता कार्नोट डिवाइस पर नोट की जाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि इस प्रणाली में यह केवल हीटर (Тн) और कूलर (Тх) के पूर्ण तापमान पर निर्भर करता है। कार्नोट चक्र के अनुसार चलने वाले ऊष्मा इंजन की दक्षता निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:
(Тн -)/ н=- - н।
ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों ने हमें अधिकतम दक्षता की गणना करने की अनुमति दी है जो संभव है। पहली बार इस सूचक की गणना फ्रांसीसी वैज्ञानिक और इंजीनियर साडी कार्नोट ने की थी। उन्होंने एक ऊष्मा इंजन का आविष्कार किया जो आदर्श गैस पर चलता था। यह 2 समतापी और 2 रुद्धोष्म के चक्र पर कार्य करता है। इसके संचालन का सिद्धांत काफी सरल है: एक हीटर संपर्क गैस के साथ बर्तन में लाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप काम करने वाला तरल पदार्थ इज़ोटेर्मली फैलता है। साथ ही, यह कार्य करता है और एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्राप्त करता है। पोत को थर्मल रूप से इन्सुलेट करने के बाद। इसके बावजूद, गैस का विस्तार जारी है, लेकिन पहले से ही रुद्धोष्म रूप से (पर्यावरण के साथ ऊष्मा विनिमय के बिना)। इस समय, इसका तापमान रेफ्रिजरेटर तक गिर जाता है। इस समय, गैस रेफ्रिजरेटर के संपर्क में है, जिसके परिणामस्वरूप यह आइसोमेट्रिक संपीड़न के दौरान इसे एक निश्चित मात्रा में गर्मी देता है। फिर पोत को फिर से थर्मल रूप से इन्सुलेट किया जाता है। इस स्थिति में, गैस रुद्धोष्म रूप से अपने मूल आयतन और अवस्था में संकुचित हो जाती है।
किस्में
हमारे समय में कई तरह के हीट इंजन हैं जो अलग-अलग सिद्धांतों और अलग-अलग ईंधन पर काम करते हैं। सबकी अपनी-अपनी दक्षता है। इसमे शामिल हैनिम्नलिखित:
• आंतरिक दहन इंजन (पिस्टन), जो एक ऐसा तंत्र है जहां जलने वाले ईंधन की रासायनिक ऊर्जा का हिस्सा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। ऐसे उपकरण गैस और तरल हो सकते हैं। 2-स्ट्रोक और 4-स्ट्रोक इंजन हैं। उनके पास निरंतर कर्तव्य चक्र हो सकता है। ईंधन का मिश्रण तैयार करने की विधि के अनुसार, ऐसे इंजन कार्बोरेटर (बाहरी मिश्रण के निर्माण के साथ) और डीजल (आंतरिक के साथ) होते हैं। ऊर्जा कनवर्टर के प्रकारों के अनुसार, उन्हें पिस्टन, जेट, टर्बाइन, संयुक्त में विभाजित किया गया है। ऐसी मशीनों की दक्षता 0.5 से अधिक नहीं होती है।
• स्टर्लिंग इंजन - एक उपकरण जिसमें कार्यशील द्रव एक बंद स्थान में होता है। यह एक प्रकार का बाहरी दहन इंजन है। इसके संचालन का सिद्धांत शरीर की मात्रा में परिवर्तन के कारण ऊर्जा के उत्पादन के साथ समय-समय पर ठंडा/हीटिंग पर आधारित है। यह सबसे कुशल इंजनों में से एक है।
• ईंधन के बाहरी दहन के साथ टरबाइन (रोटरी) इंजन। इस तरह के इंस्टॉलेशन अक्सर थर्मल पावर प्लांट में पाए जाते हैं।
• टर्बाइन (रोटरी) ICE का उपयोग थर्मल पावर प्लांट में पीक मोड में किया जाता है। दूसरों की तरह आम नहीं।
• एक टर्बोप्रॉप इंजन प्रोपेलर के कारण कुछ जोर उत्पन्न करता है। बाकी निकास गैसों से आता है। इसका डिज़ाइन एक रोटरी इंजन (गैस टरबाइन) है, जिसके शाफ्ट पर एक प्रोपेलर लगा होता है।
अन्य प्रकार के ताप इंजन
• रॉकेट, टर्बोजेट और जेट इंजन जो पीछे हटने से जोर देते हैंनिकास गैसें।
• सॉलिड-स्टेट इंजन ईंधन के रूप में ठोस पदार्थों का उपयोग करते हैं। काम करते समय, इसकी मात्रा नहीं बदलती है, बल्कि इसका आकार बदलता है। उपकरण का संचालन बेहद कम तापमान अंतर का उपयोग करता है।
कार्यकुशलता में सुधार कैसे करें
क्या ऊष्मा इंजन की दक्षता बढ़ाना संभव है? उष्मागतिकी में उत्तर मांगा जाना चाहिए। यह विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन करता है। यह स्थापित किया गया है कि सभी उपलब्ध तापीय ऊर्जा को विद्युत, यांत्रिक, आदि में परिवर्तित करना असंभव है। साथ ही, थर्मल ऊर्जा में उनका रूपांतरण बिना किसी प्रतिबंध के होता है। यह इस तथ्य के कारण संभव है कि तापीय ऊर्जा की प्रकृति कणों की अव्यवस्थित (अराजक) गति पर आधारित होती है।
शरीर जितना गर्म होगा, उसे बनाने वाले अणु उतनी ही तेजी से हिलेंगे। कण गति और भी अनिश्चित हो जाएगी। इसके साथ ही सभी जानते हैं कि ऑर्डर आसानी से अराजकता में बदल सकता है, जिसे ऑर्डर करना बहुत मुश्किल है।
