Тепловой двигатель

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

гимназия №69 города Липецка

Тепловые двигатели

Болгов Антон,

Максимов Максим,

Рощупкин Иван

8 Е

Руководитель:

Ломакина Татьяна Евгеньевна

учитель физики

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

гимназия №69 города Липецка

Тепловые двигатели

Цель исследования:  создать и исследовать модель теплового двигателя для их демонстрации, произвести сравнительный анализ тепловых двигателей.

Объект исследования: паровые машины.

Предмет исследования: изучение принципа работы теплового двигателя .

Актуальность  выбранной темы состоит:

- во-первых, тепловой двигатель - необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить, современный транспорт;

- во-вторых, тепловые двигатели уже изменили мир, что дальше? С чего все началось?

- в-третьих, повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду.

История создания тепловых двигателей

Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. главным образом в Англии. Копи, в которых добывали руду, нуждались в устройствах для откачки воды. Глубина шахт стала достигать 200 м. Приходилось держать до пятисот лошадей на одном руднике. Эта чисто практическая задача и стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки воды.

Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком Воскресенских заводов на Алтае И.И.Ползуновым. Кроме того, Ползунов внес серьезные усовершенствования в конструкцию рабочих органов двигателя, применил оригинальную систему паро- и водораспределения, и в отличие от машин Ньюкомена ось вала его машины была параллельна плоскости цилиндров. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной начальнику Колывано-Воскресенского горного округа А. И. Порошину.

Тепловые двигатели

• Тепловые двигатели (ТП) — устройства, обеспечивающие превращение химической энергии топлива в механическую работу.

Тепловые двигатели (ТП) — устройства, обеспечивающие превращение химической энергии топлива в механическую работу.

К видам тепловых двигателей относятся

-паровая машина,

-двигатель внутреннего сгорания,

-паровая и газовая турбины,

-реактивный двигатель.

Паровая машина

Паровая машина  — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.

Принцип работы

Газовая турбина  

• Газовая турбина  (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу.

Газовая турбина  (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу.

Реактивный двигатель

• Реактивный двигатель  — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания  (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания  (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Принцип работы

Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.

Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.

Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.

Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Паровая турбина

• Паровая турбина  представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором.

Паровая турбина  представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором.

Принцип работы

Сравнительный анализ тепловых двигателей

Сравнительный анализ тепловых двигателей

Расчет коэффициента полезного действия

• КПД паровой турбины:

 = Q1  Q2= 18900  32400  100 %=0,58  100 %= 58%

• Вывод: в тепловых двигателях не вся внутренняя энергия пара или газа превращается в механическую энергию.
• Тепловой двигатель состоит из: нагревателя, рабочего тела (газ, пар) и холодильника. Важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель превращает в полезную работу, т.е. в ту работу, ради которой он создан. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.

Заключение

Результатом исследования является:

• 1. Очень интересна история создания двигателей. Оказывается, долгие годы тепловые механизмы были лишь развлечением.
• 2. Более глубокое понимание работы тепловых двигателей. При изучении работы двигателей мы убедились, что свойства их настолько разнообразны, что мы смогли исследовать лишь некоторые из них: паровая турбина и ДВС.
• 3. Мы попробовали сконструировать простейшие модели тепловых двигателей, работающие на пару и ДВС.

Результатом исследования является:

1. Очень интересна история создания двигателей. Оказывается, долгие годы тепловые механизмы были лишь развлечением.

2. Более глубокое понимание работы тепловых двигателей. При изучении работы двигателей мы убедились, что свойства их настолько разнообразны, что мы смогли исследовать лишь некоторые из них: паровая турбина и ДВС.

3. Мы попробовали сконструировать простейшие модели тепловых двигателей, работающие на пару и ДВС.

СПАСИБО

ЗА ВНИМАНИЕ