ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Рассматривая идеализированные циклы, мы не заостряли внимания на вопросах подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу и отвода ее. Мы просто утверждали, что энергия подводится к рабочему телу в тепловой форме из окружающей среды и туда же отводится в тепловой форме на определенных этапах циклического процесса. Эта энергия как бы проходила через стенки расширительной машины (рис. 9.2), не претерпевая никаких воздействий со стороны этих стенок. В действительности на практике оказалось все совсем не так просто. Стенки расширительной машины имеют определенную толщину, через которые тепловая энергия не может быстро передаваться рабочему телу из окружающей среды и отводится от него. [c.165] Вся история человечества — это история получения и преобразования энергии. Создание тепловых машин требовало решения проблемы подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу и отвода ее от него. Необходимо было решить проблему источника тепловой энергии. Человек делал некоторые выводы из повседневной жизни, наблюдая за природными явлениями. Так он видел, что при сгорании дров предметы нагреваются, что позволяло заключить о наличии в дровах скрытой энергии в тепловой форме и привело к созданию тепловых машин (паровых двигателей), в которых происходило преобразование энергии из тепловой формы в механическую форму. В паровых котлах сгорали дрова (уголь) и выделялась тепловая энергия. В этих же котлах тепловая энергия подводилась к рабочему телу (водяному пару). Такие машины были громоздкими и малоэффективными, так как в них тепловая энергия к рабочему телу (водяному пару) передавалась через стенки теплообменного аппарата. Это замедляло процесс передачи энергии в тепловой форме. Чем меньше энергии передается рабочему телу в единицу времени, тем меньше ее в единицу времени преобразуется в механическую форму. Скорость работы (производительность) таких машин была низкой. Для повышения производительности этих тепловых машин приходилось увеличивать их размеры. При увеличении их размеров увеличивалось количество тепловой энергии, передаваемой в котле рабочему телу через теплообменный аппарат. Этот теплообменный аппарат имел значительные размеры. [c.165] Проблему источника тепловой энергии решала не термодинамика, а химия. Было установлено, что в результате химического взаимодействия некоторых веществ с кислородом (окисления) выделяется большое количество энергии в тепловой форме. Этот научный факт широко использовался в практической деятельности. Для отопления помещений и обеспечения первых тепловых машин (паровых двигателей) использовались дрова, а позднее — з голь. Вещества, выделяюпще при окислении большое количество энергии в тепловой форме, были названы топливом. Следовательно, древесина, уголь, спирт, бензин, метан — это топливо. [c.166] Увеличение потребности человечества в механической энергии привело к кризису в области тепловых машин, используюпщх котел для подвода энергии к рабочему телу в тепловой форме. Тем не менее, применение парового котла сыграло большую роль в становлении современных тепловых двигателей, так как он подсказал реальный путь решения проблемы источника тепловой энергии для двигателя. Чем больше размеры парового двигателя, тем больше потери в нем тепловой энергии. В паровых двигателях энергия в тепловой форме подводилась к рабочему телу в котле, а расширялось рабочее тело в расширительной машине, расположенной вне котла. По этой причине такие двигатели были названы двигателями с внешним подводом тепловой энергии к рабочему телу (пару). [c.166] Процесс окисления, например, сгорание дров в котле паровоза, происходит относительно медленно. Это обусловлено тем, что дрова (целлюлоза) не могут одновременно вступить в реакцию окисления по всему объему. Пока не окислятся внешние слои дров, внутренние окислиться не могут. По этой же причине относительно медленно горит уголь. Для ускорения процессов преобразования энергии из тепловой формы в механическую форму необходимо было ускорить процессы подвода и отвода энергии в тепловой форме. С помопцэю дров и угля, находящихся в твердом состоянии, эту проблему решить было невозможно. Ее можно было решить, используя топливо, способное мгновенно окисляться кислородом и с такой же скоростью выделять энергию в тепловой форме. [c.166] Были попытки использовать в тепловом двигателе твердое топливо, которое должно было быстро сгорать в цилиндре расширительной машины. Например, с этой целью измельчали угольный порошок. Скорость сгорания угля резко увеличивалась, но угольный порошок все же оставлял золу, которую необходимо удалять за пределы расширительной машины. [c.167] С течением времени было открыто жидкое топливо нефтяного происхождения (продукт переработки нефти). Его было безопасно транспортировать и хранить. При сгорании жидкое топливо практически не оставляло золы. Для сгорания оно достаточно просто могло быть доставлено в цилиндр расширительной машины (легко движется по трубопроводам различной конфигурации). Тем не менее, жидкое топливо не решало проблемы источника тепловой энергии, так как горело относительно медленно. Это по-прежнему обусловлено тем, что в жидком состоянии не все молекулы топлива имеют доступ к кислороду, находящемуся в возд)тсе. Топливо окисляется только в слоях, непосредственно контактирующих с воздухом. Это можно реально наблюдать, например, зажигая бензин в ведре (рис. 10.1). [c.167] Из зависимости (9.78) видно, что при уменьшении продолжительности рабочего цикла теплового двигателя при прочих равных условиях увеличивается количество механической энергии, отводимой от него в единицу времени, — мощность (производительность) теплового двигателя увеличивается. Процесс сжатия рабочего тела в цилиндре расширительной мяптины можно ускорить, но процесс расширения рабочего тела во многом зависит от интенсивности подвода энергии в тепловой форме. Следовательно, необходимо увеличивать скорость подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу. [c.167] Таким образом, быстрого подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу жидкое топливо все же не обеспечивало, но топливо нефтяного происхождения оказалось способным легко испаряться, то есть переходить в газообразное состояние. Необходимо было только быстро осуществить такой процесс с помощью различных технических устройств. Такие устройства, вначале весьма примитивные, а в последующем более совершенные, были вскоре созданы. [c.167] Топливо в газообразном состоянии легко перемешивается с воздухом, в котором имеется кислород. Такое смешение обеспечивает молекулам топлива одновременный доступ к молекулам кислорода. В результате этого реакция окисления (сгорания) топлива может происходить по всему пространству одновременно. Скорость выделения тепловой энергии в этом случае становится большой. Так, бензин в газообразном состоянии сгорает практически мгновенно. [c.167] Учитывая свойства топлива нефтяного происхождения, процесс его сгорания можно легко осуществить внутри расширительной машины теплового двигателя (рис. 10.2). [c.167] С научной точки зрения окисление топлива не является термодинамическим процессом, так как связано только с изменением состава рабочего тела. В дальнейшем сгорание топлива будет называться процессом только для указания факта подвода энергии к рабочему телу в тепловой форме. [c.170] Вернуться к основной статье