എഞ്ചിൻ ചെയ്യുന്ന ജോലി ഇതാണ്:
ഫ്രഞ്ച് എഞ്ചിനീയറും ശാസ്ത്രജ്ഞനുമായ എൻ.എൽ.എസ്. കാർനോട്ട് 1824-ൽ "തീയുടെ ചാലകശക്തിയെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രതിഫലനങ്ങളും ഈ ശക്തി വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിവുള്ള യന്ത്രങ്ങളും" എന്ന പുസ്തകത്തിലാണ് ഈ പ്രക്രിയ ആദ്യമായി പരിഗണിച്ചത്.
അക്കാലത്തെ ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ അപൂർണ്ണതയുടെ കാരണങ്ങൾ കണ്ടെത്തുക (അവയ്ക്ക് ≤ 5% കാര്യക്ഷമത ഉണ്ടായിരുന്നു) അവ മെച്ചപ്പെടുത്താനുള്ള വഴികൾ കണ്ടെത്തുക എന്നതായിരുന്നു കാർനോട്ടിൻ്റെ ഗവേഷണത്തിൻ്റെ ലക്ഷ്യം.
കാർനോട്ട് സൈക്കിൾ ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമാണ്. അതിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത പരമാവധി ആണ്.
ചക്രത്തിൻ്റെ തെർമോഡൈനാമിക് പ്രക്രിയകൾ ചിത്രം കാണിക്കുന്നു. താപനിലയിൽ ഐസോതെർമൽ വികാസം (1-2) സമയത്ത് ടി 1 , ഹീറ്ററിൻ്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റം മൂലമാണ് ജോലി ചെയ്യുന്നത്, അതായത് വാതകത്തിലേക്ക് താപം വിതരണം ചെയ്യുന്നതിനാൽ ക്യു:
എ 12 = ക്യു 1 ,
കംപ്രഷന് മുമ്പുള്ള ഗ്യാസ് കൂളിംഗ് (3-4) അഡിയാബാറ്റിക് എക്സ്പാൻഷൻ സമയത്ത് സംഭവിക്കുന്നു (2-3). ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിൽ മാറ്റം ΔU 23 ഒരു അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ ( Q = 0) പൂർണ്ണമായും മെക്കാനിക്കൽ ജോലിയായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു:
എ 23 = -ΔU 23 ,
അഡിയബാറ്റിക് വികാസത്തിൻ്റെ ഫലമായി വാതക താപനില (2-3) റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനിലയിലേക്ക് താഴുന്നു. ടി 2 < ടി 1 . പ്രക്രിയയിൽ (3-4), വാതകം ഐസോതെർമൽ കംപ്രസ്സുചെയ്യുന്നു, താപത്തിൻ്റെ അളവ് റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. ചോദ്യം 2:
A 34 = Q 2,
അഡിയാബാറ്റിക് കംപ്രഷൻ (4-1) എന്ന പ്രക്രിയയിൽ ചക്രം അവസാനിക്കുന്നു, അതിൽ വാതകം ഒരു താപനിലയിലേക്ക് ചൂടാക്കപ്പെടുന്നു. ടി 1.
കാർനോട്ട് സൈക്കിൾ അനുസരിച്ച് അനുയോജ്യമായ ഗ്യാസ് ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ പരമാവധി കാര്യക്ഷമത മൂല്യം:
.
സൂത്രവാക്യത്തിൻ്റെ സാരാംശം തെളിയിക്കപ്പെട്ടതിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു കൂടെ. ഹീറ്ററിൻ്റെയും റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെയും ഒരേ ഊഷ്മാവിൽ നടത്തുന്ന ഒരു കാർനോട്ട് സൈക്കിളിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയേക്കാൾ ഏതെങ്കിലും ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത കവിയാൻ കഴിയില്ലെന്ന കാർനോട്ടിൻ്റെ സിദ്ധാന്തം.
« ഫിസിക്സ് - പത്താം ക്ലാസ്"
പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന്, ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നതിന് നിങ്ങൾ അറിയപ്പെടുന്ന എക്സ്പ്രഷനുകൾ ഉപയോഗിക്കേണ്ടതുണ്ട്, കൂടാതെ എക്സ്പ്രഷൻ (13.17) ഒരു അനുയോജ്യമായ ഹീറ്റ് എഞ്ചിന് മാത്രമേ സാധുതയുള്ളൂ എന്ന് ഓർമ്മിക്കുക.
ടാസ്ക് 1.
ഒരു സ്റ്റീം എഞ്ചിൻ്റെ ബോയിലറിൽ താപനില 160 ° C ഉം റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില 10 ° C ഉം ആണ്.
200 കിലോഗ്രാം ഭാരമുള്ള കൽക്കരി 2.9 10 7 J/kg ജ്വലനത്തിൻ്റെ ഒരു പ്രത്യേക താപം 60% കാര്യക്ഷമതയുള്ള ഒരു ചൂളയിൽ കത്തിച്ചാൽ ഒരു യന്ത്രത്തിന് സൈദ്ധാന്തികമായി നിർവഹിക്കാൻ കഴിയുന്ന പരമാവധി ജോലി എന്താണ്?
പരിഹാരം.
കാർനോട്ട് സൈക്കിൾ അനുസരിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ഉപയോഗിച്ച് പരമാവധി ജോലി ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇതിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത η = (T 1 - T 2)/T 1 ആണ്, ഇവിടെ T 1 ഉം T 2 ഉം ഹീറ്ററിൻ്റെ കേവല താപനിലയാണ്. റഫ്രിജറേറ്റർ. ഏതൊരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിനും, കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നത് η = A/Q 1 എന്ന ഫോർമുലയാണ്, ഇവിടെ A എന്നത് ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ നടത്തുന്ന ജോലിയാണ്, Q 1 എന്നത് ഹീറ്ററിൽ നിന്ന് മെഷീന് ലഭിക്കുന്ന താപത്തിൻ്റെ അളവാണ്.
ഇന്ധന ജ്വലന സമയത്ത് പുറത്തുവിടുന്ന താപത്തിൻ്റെ അളവിൻ്റെ ഭാഗമാണ് Q 1 എന്ന് പ്രശ്നത്തിൻ്റെ വ്യവസ്ഥകളിൽ നിന്ന് വ്യക്തമാണ്: Q 1 = η 1 mq.
അപ്പോൾ എവിടെയാണ് A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1.2 10 9 J.
ടാസ്ക് 2.
N = 14.7 kW ൻ്റെ ശക്തിയുള്ള ഒരു സ്റ്റീം എഞ്ചിൻ 1 മണിക്കൂർ പ്രവർത്തനത്തിന് m = 8.1 kg ഭാരമുള്ള ഇന്ധനം ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഒരു പ്രത്യേക ജ്വലന താപം q = 3.3 10 7 J / kg.
ബോയിലർ താപനില 200 °C, റഫ്രിജറേറ്റർ 58 °C.
ഈ യന്ത്രത്തിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുക, അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുക.
പരിഹാരം.
ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത, പൂർത്തിയായ മെക്കാനിക്കൽ വർക്ക് A യുടെ അനുപാതത്തിന് തുല്യമാണ്, ഇന്ധന ജ്വലന സമയത്ത് പുറത്തുവിടുന്ന താപം Qlt ൻ്റെ ചെലവഴിച്ച തുക.
താപത്തിൻ്റെ അളവ് Q 1 = mq.
ഒരേ സമയത്ത് ചെയ്ത ജോലി A = Nt.
അങ്ങനെ, η = A/Q 1 = Nt/qm = 0.198, അല്ലെങ്കിൽ η ≈ 20%.
അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിന് 
η < η ид.
ടാസ്ക് 3.
കാര്യക്ഷമതയുള്ള ഒരു അനുയോജ്യമായ ചൂട് എഞ്ചിൻ η റിവേഴ്സ് സൈക്കിളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു (ചിത്രം 13.15).
മെക്കാനിക്കൽ വർക്ക് എ നടത്തി റഫ്രിജറേറ്ററിൽ നിന്ന് എടുക്കാൻ കഴിയുന്ന പരമാവധി ചൂട് എത്രയാണ്?
റഫ്രിജറേഷൻ മെഷീൻ ഒരു റിവേഴ്സ് സൈക്കിളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനാൽ, ചൂട് കുറഞ്ഞ ശരീരത്തിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ ചൂടായ ശരീരത്തിലേക്ക് താപം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നതിന്, ബാഹ്യശക്തികൾ പോസിറ്റീവ് വർക്ക് ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.
ഒരു റഫ്രിജറേഷൻ മെഷീൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം: താപത്തിൻ്റെ അളവ് Q 2 റഫ്രിജറേറ്ററിൽ നിന്ന് എടുക്കുന്നു, ബാഹ്യശക്തികൾജോലി പൂർത്തിയായി, ചൂട് Q 1 ൻ്റെ അളവ് ഹീറ്ററിലേക്ക് മാറ്റുന്നു.
അതിനാൽ, 
Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η.
അവസാനമായി, Q 2 = (A/η)(1 - η).
ഉറവിടം: "ഫിസിക്സ് - പത്താം ക്ലാസ്", 2014, പാഠപുസ്തകം മൈകിഷെവ്, ബുഖോവ്ത്സെവ്, സോറ്റ്സ്കി
തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ അടിസ്ഥാനങ്ങൾ. താപ പ്രതിഭാസങ്ങൾ - ഭൗതികശാസ്ത്രം, ഗ്രേഡ് 10-നുള്ള പാഠപുസ്തകം - ക്ലാസ്റൂം ഭൗതികശാസ്ത്രം
ഒരു അനുയോജ്യമായ യന്ത്രത്തിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയ്ക്കായി കാർനോട്ട് നേടിയ ഫോർമുലയുടെ (5.12.2) പ്രധാന പ്രാധാന്യം അത് ഏത് ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെയും പരമാവധി കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നു എന്നതാണ്.
തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ രണ്ടാം നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി കാർനോട്ട് ഇനിപ്പറയുന്ന സിദ്ധാന്തം തെളിയിച്ചു: ഒരു താപനില ഹീറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഏതെങ്കിലും യഥാർത്ഥ ചൂട് എഞ്ചിൻടി 1 ഫ്രിഡ്ജ് താപനിലയുംടി 2 , അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയെ കവിയുന്ന ഒരു കാര്യക്ഷമത ഉണ്ടായിരിക്കാൻ കഴിയില്ല.
ക്ലോസിയസിനും കെൽവിനും മുമ്പ് കാർനോട്ട് യഥാർത്ഥത്തിൽ തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ രണ്ടാമത്തെ നിയമം സ്ഥാപിച്ചു, തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ ആദ്യ നിയമം ഇതുവരെ കർശനമായി രൂപപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ലായിരുന്നു.
ഒരു യഥാർത്ഥ വാതകം ഉപയോഗിച്ച് റിവേഴ്സിബിൾ സൈക്കിളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ നമുക്ക് ആദ്യം പരിഗണിക്കാം. സൈക്കിൾ എന്തും ആകാം, ഹീറ്ററിൻ്റെയും റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെയും താപനില എന്നത് പ്രധാനമാണ് ടി 1 ഒപ്പം ടി 2 .
മറ്റൊരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത (കാർണോട്ട് സൈക്കിൾ അനുസരിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ല) η എന്ന് നമുക്ക് അനുമാനിക്കാം ’ > η . ഒരു സാധാരണ ഹീറ്ററും ഒരു സാധാരണ റഫ്രിജറേറ്ററും ഉപയോഗിച്ചാണ് യന്ത്രങ്ങൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. കാർനോട്ട് മെഷീൻ റിവേഴ്സ് സൈക്കിളിൽ പ്രവർത്തിക്കട്ടെ (ഒരു റഫ്രിജറേഷൻ മെഷീൻ പോലെ), മറ്റേ മെഷീൻ ഫോർവേഡ് സൈക്കിളിൽ പ്രവർത്തിക്കട്ടെ (ചിത്രം 5.18). സൂത്രവാക്യങ്ങൾ (5.12.3), (5.12.5) എന്നിവ അനുസരിച്ച് ചൂട് എഞ്ചിൻ തുല്യമായ ജോലി ചെയ്യുന്നു:
ഒരു റഫ്രിജറേഷൻ മെഷീൻ എപ്പോഴും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും, അങ്ങനെ അത് റഫ്രിജറേറ്ററിൽ നിന്നുള്ള താപത്തിൻ്റെ അളവ് എടുക്കും ക്യു 2
= |
|
തുടർന്ന്, ഫോർമുല (5.12.7) അനുസരിച്ച്, അതിൽ പ്രവർത്തിക്കും
(5.12.12)
വ്യവസ്ഥ പ്രകാരം മുതൽ η" > η , അത് എ" > എ.അതിനാൽ, ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിന് ഒരു റഫ്രിജറേഷൻ മെഷീൻ ഓടിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ അധിക ജോലി അവശേഷിക്കുന്നു. ഒരു സ്രോതസ്സിൽ നിന്ന് എടുത്ത ചൂട് ഉപയോഗിച്ചാണ് ഈ അധിക ജോലി ചെയ്യുന്നത്. എല്ലാത്തിനുമുപരി, രണ്ട് യന്ത്രങ്ങൾ ഒരേസമയം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് ചൂട് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നില്ല. എന്നാൽ ഇത് തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ രണ്ടാമത്തെ നിയമത്തിന് വിരുദ്ധമാണ്.
നമ്മൾ η > η എന്ന് അനുമാനിക്കുകയാണെങ്കിൽ ", അപ്പോൾ നിങ്ങൾക്ക് മറ്റൊരു യന്ത്രം റിവേഴ്സ് സൈക്കിളിലും ഒരു കാർനോട്ട് മെഷീൻ ഫോർവേഡ് സൈക്കിളിലും പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും. തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ രണ്ടാമത്തെ നിയമവുമായി ഞങ്ങൾ വീണ്ടും ഒരു വൈരുദ്ധ്യത്തിലേക്ക് വരും. തൽഫലമായി, റിവേഴ്സിബിൾ സൈക്കിളുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന രണ്ട് മെഷീനുകൾക്ക് ഒരേ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്: η " = η .
രണ്ടാമത്തെ യന്ത്രം മാറ്റാനാകാത്ത ചക്രത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിൽ അത് മറ്റൊരു കാര്യമാണ്. ഞങ്ങൾ അനുമാനിക്കുകയാണെങ്കിൽ η "
>
η ,
അപ്പോൾ നമ്മൾ തെർമോഡൈനാമിക്സിൻ്റെ രണ്ടാം നിയമവുമായി വീണ്ടും ഒരു വൈരുദ്ധ്യത്തിലേക്ക് വരും. എന്നിരുന്നാലും, അനുമാനം ടി|"< г| не противоречит второму закону
термодинамики, так как необратимая
тепловая машина не может работать как
холодильная машина. Следовательно, КПД
любой тепловой машины η"
≤ η, അല്ലെങ്കിൽ 
ഇതാണ് പ്രധാന ഫലം:
(5.12.13)
യഥാർത്ഥ ചൂട് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത
ഫോർമുല (5.12.13) ചൂട് എഞ്ചിനുകളുടെ പരമാവധി കാര്യക്ഷമത മൂല്യത്തിന് സൈദ്ധാന്തിക പരിധി നൽകുന്നു. ഹീറ്ററിൻ്റെ ഉയർന്ന താപനിലയും റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താഴ്ന്ന താപനിലയും ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമാണെന്ന് ഇത് കാണിക്കുന്നു. കേവല പൂജ്യത്തിന് തുല്യമായ റഫ്രിജറേറ്റർ താപനിലയിൽ മാത്രമേ η = 1 ആകുകയുള്ളൂ.
എന്നാൽ റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില പ്രായോഗികമായി ആംബിയൻ്റ് താപനിലയേക്കാൾ വളരെ കുറവായിരിക്കില്ല. നിങ്ങൾക്ക് ഹീറ്ററിൻ്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, ഏതൊരു വസ്തുവിനും (ഖരശരീരം) പരിമിതമായ താപ പ്രതിരോധം അല്ലെങ്കിൽ താപ പ്രതിരോധം ഉണ്ട്. ചൂടാക്കുമ്പോൾ, അത് ക്രമേണ അതിൻ്റെ ഇലാസ്റ്റിക് ഗുണങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നു, ആവശ്യത്തിന് ഉയർന്ന താപനിലയിൽ അത് ഉരുകുന്നു.
എഞ്ചിനുകളുടെ ഭാഗങ്ങളുടെ ഘർഷണം, അപൂർണ്ണമായ ജ്വലനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഇന്ധനനഷ്ടം മുതലായവ കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് ഇപ്പോൾ എഞ്ചിനീയർമാരുടെ പ്രധാന ശ്രമങ്ങൾ. ഇവിടെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള യഥാർത്ഥ അവസരങ്ങൾ ഇപ്പോഴും മികച്ചതാണ്. അതിനാൽ, ഒരു സ്റ്റീം ടർബൈനിന്, പ്രാരംഭവും അവസാനവുമായ നീരാവി താപനിലകൾ ഏകദേശം ഇപ്രകാരമാണ്: ടി 1 = 800 കെ ഒപ്പം ടി 2 = 300 കെ. ഈ താപനിലകളിൽ, പരമാവധി കാര്യക്ഷമത മൂല്യം:
വിവിധ തരത്തിലുള്ള ഊർജ്ജ നഷ്ടം മൂലമുള്ള യഥാർത്ഥ കാര്യക്ഷമത മൂല്യം ഏകദേശം 40% ആണ്. പരമാവധി കാര്യക്ഷമത - ഏകദേശം 44% - ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകൾ നേടിയെടുക്കുന്നു.
ഏതെങ്കിലും ചൂട് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത സാധ്യമായ പരമാവധി മൂല്യത്തിൽ കവിയരുത് 
,
എവിടെ ടി 1
-
ഹീറ്ററിൻ്റെ സമ്പൂർണ്ണ താപനില, കൂടാതെ ടി 2
-
റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ സമ്പൂർണ്ണ താപനില.
ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും സാധ്യമായ പരമാവധി അടുപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു- ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സാങ്കേതിക വെല്ലുവിളി.
ആധുനിക യാഥാർത്ഥ്യങ്ങൾക്ക് ചൂട് എഞ്ചിനുകളുടെ വ്യാപകമായ ഉപയോഗം ആവശ്യമാണ്. അവയ്ക്ക് പകരം ഇലക്ട്രിക് മോട്ടോറുകൾ സ്ഥാപിക്കാനുള്ള നിരവധി ശ്രമങ്ങൾ ഇതുവരെ പരാജയപ്പെട്ടു. സ്വയംഭരണ സംവിധാനങ്ങളിൽ വൈദ്യുതി ശേഖരിക്കുന്നതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്.
ഇലക്ട്രിക് പവർ ബാറ്ററികൾക്കായുള്ള നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രശ്നങ്ങൾ, അവയുടെ ദീർഘകാല ഉപയോഗം കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഇപ്പോഴും പ്രസക്തമാണ്. ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളുടെ വേഗത സവിശേഷതകൾ ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകളുള്ള കാറുകളിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ്.
ഹൈബ്രിഡ് എഞ്ചിനുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ആദ്യ ഘട്ടങ്ങൾ മെഗാസിറ്റികളിലെ ദോഷകരമായ ഉദ്വമനം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും പാരിസ്ഥിതിക പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുകയും ചെയ്യും.
ഒരു ചെറിയ ചരിത്രം
നീരാവി ഊർജ്ജത്തെ ചലന ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള സാധ്യത പുരാതന കാലത്ത് അറിയപ്പെട്ടിരുന്നു. 130 ബിസി: അലക്സാണ്ട്രിയയിലെ തത്ത്വചിന്തകനായ ഹെറോൺ ഒരു നീരാവി കളിപ്പാട്ടം - അയോലിപൈൽ - പ്രേക്ഷകർക്ക് സമ്മാനിച്ചു. നീരാവി നിറച്ച ഗോളം അതിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന ജെറ്റുകളുടെ സ്വാധീനത്തിൽ കറങ്ങാൻ തുടങ്ങി. ആധുനിക സ്റ്റീം ടർബൈനുകളുടെ ഈ പ്രോട്ടോടൈപ്പ് അക്കാലത്ത് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നില്ല.
നിരവധി വർഷങ്ങളും നൂറ്റാണ്ടുകളും, തത്ത്വചിന്തകൻ്റെ സംഭവവികാസങ്ങൾ ഒരു രസകരമായ കളിപ്പാട്ടമായി കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. 1629-ൽ ഇറ്റാലിയൻ ഡി.ബ്രാഞ്ചി ഒരു സജീവ ടർബൈൻ സൃഷ്ടിച്ചു. നീരാവി ബ്ലേഡുകൾ ഘടിപ്പിച്ച ഒരു ഡിസ്ക് ഓടിച്ചു.
ആ നിമിഷം മുതൽ, ആവി എഞ്ചിനുകളുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനം ആരംഭിച്ചു.
ചൂട് എഞ്ചിൻ
യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെയും മെക്കാനിസങ്ങളുടെയും ചലനത്തിൻ്റെ ഊർജ്ജമായി ഇന്ധനത്തിൻ്റെ പരിവർത്തനം ചൂട് എഞ്ചിനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
യന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ: ഹീറ്റർ (പുറത്ത് നിന്ന് ഊർജ്ജം ലഭിക്കുന്നതിനുള്ള സംവിധാനം), പ്രവർത്തന ദ്രാവകം (ഒരു ഉപയോഗപ്രദമായ പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു), റഫ്രിജറേറ്റർ.
പ്രവർത്തിക്കുന്ന ദ്രാവകം ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലി നിർവഹിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ ആന്തരിക ഊർജ്ജം ശേഖരിക്കുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാനാണ് ഹീറ്റർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. റഫ്രിജറേറ്റർ അധിക ഊർജ്ജം നീക്കം ചെയ്യുന്നു.
കാര്യക്ഷമതയുടെ പ്രധാന സ്വഭാവത്തെ ചൂട് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ മൂല്യം ചൂടിൽ ചെലവഴിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ എത്രമാത്രം ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലികൾ ചെയ്യുന്നുവെന്ന് കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, യന്ത്രത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനം കൂടുതൽ ലാഭകരമാണ്, എന്നാൽ ഈ മൂല്യം 100% കവിയാൻ പാടില്ല.
കാര്യക്ഷമത കണക്കുകൂട്ടൽ
Q 1 ന് തുല്യമായ ബാഹ്യ ഊർജ്ജത്തിൽ നിന്ന് ഹീറ്റർ നേടട്ടെ. പ്രവർത്തന ദ്രാവകം വർക്ക് A നിർവഹിച്ചു, അതേസമയം റഫ്രിജറേറ്ററിന് നൽകിയ ഊർജ്ജം Q 2 ആയിരുന്നു.
നിർവചനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഞങ്ങൾ കാര്യക്ഷമത മൂല്യം കണക്കാക്കുന്നു:
η= A / Q 1 . A = Q 1 - Q 2 എന്ന് നമുക്ക് കണക്കിലെടുക്കാം.
അതിനാൽ, ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത, അതിൻ്റെ ഫോർമുല η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, ഇനിപ്പറയുന്ന നിഗമനങ്ങളിൽ എത്തിച്ചേരാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു:
- കാര്യക്ഷമത 1 (അല്ലെങ്കിൽ 100%) കവിയാൻ പാടില്ല;
- ഈ മൂല്യം പരമാവധിയാക്കാൻ, ഒന്നുകിൽ ഹീറ്ററിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയോ റഫ്രിജറേറ്ററിന് നൽകുന്ന ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുകയോ ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്;
- ഹീറ്റർ ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഇന്ധനത്തിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം മാറ്റുന്നതിലൂടെയാണ്;
- റഫ്രിജറേറ്ററിന് നൽകുന്ന ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുന്നത് നിങ്ങളെ നേടാൻ അനുവദിക്കുന്നു ഡിസൈൻ സവിശേഷതകൾഎഞ്ചിനുകൾ.
അനുയോജ്യമായ ചൂട് എഞ്ചിൻ
പരമാവധി കാര്യക്ഷമതയുള്ള (100% ന് തുല്യമായ) ഒരു എഞ്ചിൻ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുമോ? ഫ്രഞ്ച് സൈദ്ധാന്തിക ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനും കഴിവുള്ള എഞ്ചിനീയറുമായ സാഡി കാർനോട്ട് ഈ ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം കണ്ടെത്താൻ ശ്രമിച്ചു. 1824-ൽ, വാതകങ്ങളിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രക്രിയകളെക്കുറിച്ചുള്ള അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടലുകൾ പരസ്യമാക്കി.
ഐഡിയൽ മെഷീനിൽ അന്തർലീനമായ പ്രധാന ആശയം ഒരു ആദർശ വാതകം ഉപയോഗിച്ച് റിവേഴ്സിബിൾ പ്രക്രിയകൾ നടപ്പിലാക്കുന്നത് പരിഗണിക്കാം. T 1 താപനിലയിൽ വാതകം ഐസോതെർമൽ ആയി വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ഞങ്ങൾ ആരംഭിക്കുന്നു. ഇതിന് ആവശ്യമായ താപത്തിൻ്റെ അളവ് Q 1 ആണ്. പിന്നീട്, താപ വിനിമയം കൂടാതെ വാതകം വികസിക്കുന്നു T 2, വാതകം ഐസോതെർമൽ ആയി കംപ്രസ്സുചെയ്യുന്നു, ഊർജ്ജം Q 2 റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. വാതകം അതിൻ്റെ യഥാർത്ഥ അവസ്ഥയിലേക്ക് മടങ്ങുന്നു.
ഒരു അനുയോജ്യമായ കാർനോട്ട് ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത, കൃത്യമായി കണക്കുകൂട്ടിയാൽ, ചൂടാക്കൽ, തണുപ്പിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താപനില വ്യത്യാസത്തിൻ്റെ അനുപാതവും ഹീറ്ററിൻ്റെ താപനിലയും തുല്യമാണ്. ഇത് ഇതുപോലെ കാണപ്പെടുന്നു: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ സാധ്യമായ കാര്യക്ഷമത, ഇതിൻ്റെ സൂത്രവാക്യം: η = 1 - T 2 / T 1, ഹീറ്ററിൻ്റെയും കൂളറിൻ്റെയും താപനിലയെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, 100% ൽ കൂടുതൽ ആയിരിക്കരുത്.
മാത്രമല്ല, റഫ്രിജറേറ്റർ താപനിലയിൽ എത്തുമ്പോൾ മാത്രമേ ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത ഐക്യത്തിന് തുല്യമാകൂ എന്ന് തെളിയിക്കാൻ ഈ ബന്ധം നമ്മെ അനുവദിക്കുന്നു. അറിയപ്പെടുന്നതുപോലെ, ഈ മൂല്യം കൈവരിക്കാനാവില്ല.
കാർനോട്ടിൻ്റെ സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഏതെങ്കിലും രൂപകൽപ്പനയുടെ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ പരമാവധി കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നത് സാധ്യമാക്കുന്നു.
കാർനോട്ട് തെളിയിച്ച സിദ്ധാന്തം ഇപ്രകാരമാണ്. ഒരു സാഹചര്യത്തിലും ഒരു അനിയന്ത്രിതമായ ഹീറ്റ് എഞ്ചിന് അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ അതേ കാര്യക്ഷമത മൂല്യത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമത ഉണ്ടാകില്ല.
പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനുള്ള ഉദാഹരണം
ഉദാഹരണം 1. ഹീറ്ററിൻ്റെ താപനില 800 o C ഉം റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില 500 o C ഉം ആണെങ്കിൽ അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത എന്താണ്?
T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?
നിർവ്വചനം പ്രകാരം: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
നമുക്ക് റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില നൽകിയിട്ടില്ല, പക്ഷേ ∆T= (T 1 - T 2), അതിനാൽ:
η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0.46.
ഉത്തരം: കാര്യക്ഷമത = 46%.
ഉദാഹരണം 2. ഒരു കിലോജൂൾ ഹീറ്റർ ഊർജം നേടിയെടുത്താൽ, അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുക. ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലി 650 ജെ. കൂളർ താപനില 400 കെ ആണെങ്കിൽ ഹീറ്റർ ഹീറ്ററിൻ്റെ താപനില എത്രയാണ്?
Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 = ?
ഈ പ്രശ്നത്തിൽ നമ്മൾ ഒരു താപ ഇൻസ്റ്റാളേഷനെക്കുറിച്ചാണ് സംസാരിക്കുന്നത്, അതിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:
ഹീറ്റർ താപനില നിർണ്ണയിക്കാൻ, അനുയോജ്യമായ ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയ്ക്കായി ഞങ്ങൾ ഫോർമുല ഉപയോഗിക്കുന്നു:
η = (T 1 - T 2)/ T 1 = 1 - T 2 / T 1.
ഗണിത പരിവർത്തനങ്ങൾ നടത്തിയ ശേഷം, നമുക്ക് ലഭിക്കുന്നത്:
T 1 = T 2 /(1- η).
T 1 = T 2 /(1- A / Q 1).
നമുക്ക് കണക്കാക്കാം:
η= 650 J/ 1000 J = 0.65.
T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.
ഉത്തരം: η= 65%, T 1 = 1142.8 K.
യഥാർത്ഥ വ്യവസ്ഥകൾ
അനുയോജ്യമായ പ്രക്രിയകൾ മനസ്സിൽ വെച്ചാണ് അനുയോജ്യമായ ചൂട് എഞ്ചിൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയകളിൽ മാത്രമാണ് ജോലി നിർവഹിക്കുന്നത്;
വാസ്തവത്തിൽ, താപനില മാറ്റങ്ങളില്ലാതെ വാതകത്തിൻ്റെ അവസ്ഥ മാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയ്ക്ക് സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് അസാധ്യമാണ്. ചുറ്റുമുള്ള വസ്തുക്കളുമായുള്ള താപ വിനിമയം ഒഴിവാക്കുന്ന വസ്തുക്കളൊന്നുമില്ല. അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയ നടപ്പിലാക്കുന്നത് അസാധ്യമാണ്. താപ വിനിമയത്തിൻ്റെ കാര്യത്തിൽ, വാതക താപനില അനിവാര്യമായും മാറണം.
യഥാർത്ഥ സാഹചര്യങ്ങളിൽ സൃഷ്ടിച്ച ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത അനുയോജ്യമായ എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമതയിൽ നിന്ന് കാര്യമായി വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥ എഞ്ചിനുകളിലെ പ്രക്രിയകൾ വളരെ വേഗത്തിൽ സംഭവിക്കുന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക, പ്രവർത്തിക്കുന്ന പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ അളവ് മാറ്റുന്ന പ്രക്രിയയിലെ ആന്തരിക താപ energy ർജ്ജത്തിലെ വ്യത്യാസം ഹീറ്ററിൽ നിന്നുള്ള താപത്തിൻ്റെ വരവ് വഴി നികത്താനും റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് മാറ്റാനും കഴിയില്ല.
മറ്റ് ചൂട് എഞ്ചിനുകൾ
യഥാർത്ഥ എഞ്ചിനുകൾ വ്യത്യസ്ത സൈക്കിളുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു:
- ഓട്ടോ സൈക്കിൾ: ഒരു സ്ഥിരമായ വോളിയം ഉള്ള ഒരു പ്രക്രിയ അഡിയാബാറ്റിക്കായി മാറുന്നു, ഇത് ഒരു അടഞ്ഞ ചക്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നു;
- ഡീസൽ സൈക്കിൾ: ഐസോബാർ, അഡിയബാറ്റിക്, ഐസോചോർ, അഡിയബാറ്റിക്;
- സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രക്രിയയെ ഒരു അഡിയാബാറ്റിക് ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റി, ചക്രം അടയ്ക്കുന്നു.
യഥാർത്ഥ എഞ്ചിനുകളിൽ സന്തുലിത പ്രക്രിയകൾ സൃഷ്ടിക്കുക (അവയെ അനുയോജ്യമായവയിലേക്ക് അടുപ്പിക്കുന്നതിന്). ആധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യസാധ്യമല്ല. ചൂട് എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത വളരെ കുറവാണ്, ഇത് കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ പോലും താപനില വ്യവസ്ഥകൾ, ഒരു അനുയോജ്യമായ തെർമൽ ഇൻസ്റ്റലേഷൻ പോലെ.
എന്നാൽ കാര്യക്ഷമത കണക്കുകൂട്ടൽ സൂത്രവാക്യത്തിൻ്റെ പങ്ക് കുറയ്ക്കരുത്, കാരണം ഇത് യഥാർത്ഥ എഞ്ചിനുകളുടെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രവർത്തന പ്രക്രിയയുടെ ആരംഭ പോയിൻ്റായി മാറുന്നു.
കാര്യക്ഷമത മാറ്റാനുള്ള വഴികൾ
അനുയോജ്യമായതും യഥാർത്ഥവുമായ ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകൾ താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ, രണ്ടാമത്തേതിൻ്റെ റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില ഒന്നുമാകാൻ കഴിയില്ല എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. സാധാരണയായി അന്തരീക്ഷം ഒരു റഫ്രിജറേറ്ററായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. അന്തരീക്ഷ ഊഷ്മാവ് ഏകദേശ കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ മാത്രമേ അംഗീകരിക്കാൻ കഴിയൂ. ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകളിലെ (ICE എന്ന് ചുരുക്കത്തിൽ) പോലെ, കൂളൻ്റിൻ്റെ താപനില എഞ്ചിനുകളിലെ എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളുടെ താപനിലയ്ക്ക് തുല്യമാണെന്ന് അനുഭവം കാണിക്കുന്നു.
നമ്മുടെ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും സാധാരണമായ ചൂട് എഞ്ചിനാണ് ICE. ഈ കേസിൽ ചൂട് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത കത്തുന്ന ഇന്ധനം സൃഷ്ടിച്ച താപനിലയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകളും നീരാവി എഞ്ചിനുകളും തമ്മിലുള്ള ഒരു പ്രധാന വ്യത്യാസം എയർ-ഇന്ധന മിശ്രിതത്തിൽ ഹീറ്ററിൻ്റെ പ്രവർത്തനങ്ങളും ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തന ദ്രാവകവും ലയിപ്പിക്കുന്നതാണ്. മിശ്രിതം കത്തുന്നതിനാൽ, അത് എഞ്ചിൻ്റെ ചലിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങളിൽ സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാതകങ്ങളുടെ താപനിലയിൽ വർദ്ധനവ് കൈവരിക്കുന്നു, ഇന്ധനത്തിൻ്റെ ഗുണങ്ങളെ ഗണ്യമായി മാറ്റുന്നു. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഇത് അനിശ്ചിതമായി ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ഒരു എഞ്ചിൻ്റെ ജ്വലന അറ നിർമ്മിക്കുന്ന ഏതൊരു മെറ്റീരിയലിനും അതിൻ്റേതായ ദ്രവണാങ്കമുണ്ട്. അത്തരം വസ്തുക്കളുടെ ചൂട് പ്രതിരോധം എഞ്ചിൻ്റെ പ്രധാന സ്വഭാവമാണ്, അതുപോലെ തന്നെ കാര്യക്ഷമതയെ സാരമായി ബാധിക്കാനുള്ള കഴിവുമാണ്.
മോട്ടോർ കാര്യക്ഷമത മൂല്യങ്ങൾ
ഇൻലെറ്റിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന നീരാവിയുടെ താപനില 800 കെ, എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് ഗ്യാസ് - 300 കെ എന്നിവ പരിഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഈ മെഷീൻ്റെ കാര്യക്ഷമത 62% ആണ്. വാസ്തവത്തിൽ, ഈ മൂല്യം 40% കവിയരുത്. ടർബൈൻ കേസിംഗ് ചൂടാക്കുമ്പോൾ താപനഷ്ടം മൂലമാണ് ഈ കുറവ് സംഭവിക്കുന്നത്.
ആന്തരിക ജ്വലനത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന മൂല്യം 44% കവിയരുത്. ഈ മൂല്യം വർധിപ്പിക്കുക എന്നത് സമീപ ഭാവിയിലെ കാര്യമാണ്. വസ്തുക്കളുടെയും ഇന്ധനത്തിൻ്റെയും ഗുണങ്ങൾ മാറ്റുന്നത് മനുഷ്യരാശിയുടെ മികച്ച മനസ്സുകൾ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു പ്രശ്നമാണ്.
പല തരത്തിലുള്ള യന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനം ചൂട് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത പോലുള്ള ഒരു പ്രധാന സൂചകമാണ്. എല്ലാ വർഷവും എൻജിനീയർമാർ കൂടുതൽ നൂതനമായ ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു, കുറഞ്ഞ ഇന്ധന ഉപഭോഗം, അതിൻ്റെ ഉപയോഗത്തിൽ നിന്ന് പരമാവധി ഫലം നൽകും.
ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ഉപകരണം
കാര്യക്ഷമത എന്താണെന്ന് മനസിലാക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ഈ സംവിധാനം എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് മനസിലാക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ തത്വങ്ങൾ അറിയാതെ, ഈ സൂചകത്തിൻ്റെ സാരാംശം കണ്ടെത്തുന്നത് അസാധ്യമാണ്. ആന്തരിക ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് ജോലി ചെയ്യുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ. താപ ഊർജ്ജത്തെ മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന ഏതൊരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിനും താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് വസ്തുക്കളുടെ താപ വികാസം ഉപയോഗിക്കുന്നു. സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് എഞ്ചിനുകളിൽ, ഒരു പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ അളവ് മാത്രമല്ല, ശരീരത്തിൻ്റെ ആകൃതിയും മാറ്റാൻ കഴിയും. അത്തരമൊരു എഞ്ചിൻ്റെ പ്രവർത്തനം തെർമോഡൈനാമിക്സ് നിയമങ്ങൾക്ക് വിധേയമാണ്.
പ്രവർത്തന തത്വം
ഒരു ചൂട് എഞ്ചിൻ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് മനസിലാക്കാൻ, അതിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയുടെ അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങൾ പരിഗണിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന്, രണ്ട് ബോഡികൾ ആവശ്യമാണ്: ചൂട് (ഹീറ്റർ), തണുത്ത (റഫ്രിജറേറ്റർ, കൂളർ). ഹീറ്റ് എഞ്ചിനുകളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം (ചൂട് എഞ്ചിൻ കാര്യക്ഷമത) അവയുടെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പലപ്പോഴും റഫ്രിജറേറ്റർ ഒരു നീരാവി കണ്ടൻസറാണ്, കൂടാതെ ഹീറ്റർ ഫയർബോക്സിൽ കത്തുന്ന ഏതെങ്കിലും തരത്തിലുള്ള ഇന്ധനമാണ്. ഒരു അനുയോജ്യമായ ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണ്ടെത്തുന്നു:
കാര്യക്ഷമത = (തീയറ്റ് - കൂൾ) / തിയേറ്റർ. x 100%.
ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഒരു യഥാർത്ഥ എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത ഒരിക്കലും ഈ ഫോർമുല അനുസരിച്ച് ലഭിച്ച മൂല്യത്തെ കവിയാൻ കഴിയില്ല. കൂടാതെ, ഈ കണക്ക് ഒരിക്കലും മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച മൂല്യത്തെ കവിയുകയില്ല. കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, മിക്കപ്പോഴും ഹീറ്റർ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും റഫ്രിജറേറ്റർ താപനില കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രണ്ട് പ്രക്രിയകളും പരിമിതമായിരിക്കും യഥാർത്ഥ വ്യവസ്ഥകൾഉപകരണ പ്രവർത്തനം.
ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, വാതകം ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടാൻ തുടങ്ങുകയും ഒരു നിശ്ചിത ഊഷ്മാവിൽ തണുക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, ജോലി പൂർത്തിയായി. രണ്ടാമത്തേത് സാധാരണയായി ചുറ്റുമുള്ള അന്തരീക്ഷത്തേക്കാൾ നിരവധി ഡിഗ്രി കൂടുതലാണ്. ഇത് റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനിലയാണ്. ഈ പ്രത്യേക ഉപകരണം തണുപ്പിക്കുന്നതിനും എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് നീരാവിയുടെ തുടർന്നുള്ള ഘനീഭവിക്കുന്നതിനുമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. കണ്ടൻസറുകൾ ഉള്ളിടത്ത്, റഫ്രിജറേറ്ററിൻ്റെ താപനില ചിലപ്പോൾ അന്തരീക്ഷ താപനിലയേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും.
ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിനിൽ, ഒരു ശരീരം ചൂടാകുകയും വികസിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ജോലി ചെയ്യാൻ അതിൻ്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജം മുഴുവൻ ഉപേക്ഷിക്കാൻ അതിന് കഴിയില്ല. ചില താപം എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളോ നീരാവിയോ ഉപയോഗിച്ച് റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് മാറ്റും. താപ ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഈ ഭാഗം അനിവാര്യമായും നഷ്ടപ്പെടും. ഇന്ധന ജ്വലന സമയത്ത്, ജോലി ചെയ്യുന്ന ദ്രാവകത്തിന് ഹീറ്ററിൽ നിന്ന് ഒരു നിശ്ചിത അളവ് ചൂട് Q 1 ലഭിക്കുന്നു. അതേ സമയം, ഇത് ഇപ്പോഴും വർക്ക് എ നിർവ്വഹിക്കുന്നു, ഈ സമയത്ത് ഇത് താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് മാറ്റുന്നു: Q 2 ഊർജ്ജ പരിവർത്തനത്തിൻ്റെയും പ്രക്ഷേപണത്തിൻ്റെയും മേഖലയിൽ എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമതയാണ് കാര്യക്ഷമത. ഈ സൂചകം പലപ്പോഴും ഒരു ശതമാനമായി കണക്കാക്കുന്നു. കാര്യക്ഷമത ഫോർമുല: η*A/Qx100%, ഇവിടെ Q എന്നത് ചെലവഴിക്കുന്ന ഊർജ്ജമാണ്, A എന്നത് ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലിയാണ്. ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, കാര്യക്ഷമത എല്ലായ്പ്പോഴും ഐക്യത്തേക്കാൾ കുറവായിരിക്കുമെന്ന് നമുക്ക് നിഗമനം ചെയ്യാം. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, അതിനായി ചെലവഴിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലി ഒരിക്കലും ഉണ്ടാകില്ല. എഞ്ചിൻ കാര്യക്ഷമത എന്നത് ഹീറ്റർ നൽകുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഉപയോഗപ്രദമായ ജോലിയുടെ അനുപാതമാണ്. ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുലയുടെ രൂപത്തിൽ ഇത് പ്രതിനിധീകരിക്കാം: η = (Q 1 -Q 2)/ Q 1, ഇവിടെ Q 1 എന്നത് ഹീറ്ററിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന താപമാണ്, കൂടാതെ Q 2 റഫ്രിജറേറ്ററിന് നൽകുന്നു. ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ ചെയ്യുന്ന ജോലി ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കുന്നു: A = |Q H | - |Q X |, ഇവിടെ A എന്നത് പ്രവർത്തിക്കുന്നു, Q H എന്നത് ഹീറ്ററിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന താപത്തിൻ്റെ അളവാണ്, Q X എന്നത് കൂളറിന് നൽകുന്ന താപത്തിൻ്റെ അളവാണ്. |Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H | ലഭിച്ച താപത്തിൻ്റെ അളവിന് എഞ്ചിൻ ചെയ്യുന്ന ജോലിയുടെ അനുപാതത്തിന് തുല്യമാണ് ഇത്. ഈ കൈമാറ്റ സമയത്ത് താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം നഷ്ടപ്പെടും. ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ പരമാവധി കാര്യക്ഷമത കാർനോട്ട് ഉപകരണത്തിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ സംവിധാനത്തിൽ ഇത് ഹീറ്റർ (Tn), കൂളർ (Tx) എന്നിവയുടെ കേവല താപനിലയെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു എന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം. കാർനോട്ട് സൈക്കിൾ അനുസരിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുലയാണ്: (Tn - Tx)/ Tn = - Tx - Tn. ഇക്കാലത്ത്, വ്യത്യസ്ത തത്വങ്ങളിലും വ്യത്യസ്ത ഇന്ധനങ്ങളിലും പ്രവർത്തിക്കുന്ന നിരവധി തരം ചൂട് എഞ്ചിനുകൾ ഉണ്ട്. അവർക്കെല്ലാം അവരുടേതായ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്. ഇവയിൽ ഇനിപ്പറയുന്നവ ഉൾപ്പെടുന്നു: ഒരു ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിൻ (പിസ്റ്റൺ), ഇത് കത്തുന്ന ഇന്ധനത്തിൻ്റെ രാസ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന ഒരു സംവിധാനമാണ്. അത്തരം ഉപകരണങ്ങൾ വാതകവും ദ്രാവകവും ആകാം. 2-സ്ട്രോക്ക്, 4-സ്ട്രോക്ക് എഞ്ചിനുകൾ ഉണ്ട്. അവർക്ക് തുടർച്ചയായ ഡ്യൂട്ടി സൈക്കിൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം. ഇന്ധന മിശ്രിതം തയ്യാറാക്കുന്ന രീതി അനുസരിച്ച്, അത്തരം എഞ്ചിനുകൾ കാർബറേറ്റർ (ബാഹ്യ മിശ്രിത രൂപീകരണത്തോടൊപ്പം), ഡീസൽ (ആന്തരികം) എന്നിവയാണ്. എനർജി കൺവെർട്ടറിൻ്റെ തരത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, അവ പിസ്റ്റൺ, ജെറ്റ്, ടർബൈൻ, സംയോജിത എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. അത്തരം യന്ത്രങ്ങളുടെ കാര്യക്ഷമത 0.5 കവിയരുത്. പ്രവർത്തിക്കുന്ന ദ്രാവകം പരിമിതമായ സ്ഥലത്ത് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് സ്റ്റെർലിംഗ് എഞ്ചിൻ. ഇത് ഒരു തരം ബാഹ്യ ജ്വലന എഞ്ചിനാണ്. അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ തത്വം അതിൻ്റെ അളവിലുള്ള മാറ്റങ്ങൾ കാരണം ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഉൽപാദനത്തോടുകൂടിയ ശരീരത്തിൻ്റെ ആനുകാലിക തണുപ്പിക്കൽ / ചൂടാക്കൽ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമായ എഞ്ചിനുകളിൽ ഒന്നാണിത്. ഇന്ധനത്തിൻ്റെ ബാഹ്യ ജ്വലനത്തോടുകൂടിയ ടർബൈൻ (റോട്ടറി) എഞ്ചിൻ. അത്തരം ഇൻസ്റ്റാളേഷനുകൾ മിക്കപ്പോഴും താപവൈദ്യുത നിലയങ്ങളിൽ കാണപ്പെടുന്നു. ടർബൈൻ (റോട്ടറി) ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകൾ പീക്ക് മോഡിൽ താപവൈദ്യുത നിലയങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. മറ്റുള്ളവരെപ്പോലെ വ്യാപകമല്ല. ഒരു ടർബൈൻ എഞ്ചിൻ അതിൻ്റെ പ്രൊപ്പല്ലറിലൂടെ അതിൻ്റെ ചില ത്രസ്റ്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. ബാക്കിയുള്ളത് എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്നു. അതിൻ്റെ രൂപകൽപ്പന ഒരു റോട്ടറി എഞ്ചിൻ (ഗ്യാസ് ടർബൈൻ) ആണ്, അതിൻ്റെ ഷാഫ്റ്റിൽ ഒരു പ്രൊപ്പല്ലർ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളിൽ നിന്ന് ത്രസ്റ്റ് ലഭിക്കുന്ന റോക്കറ്റ്, ടർബോജെറ്റ്, ജെറ്റ് എഞ്ചിനുകൾ. സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് എഞ്ചിനുകൾ ഖര ദ്രവ്യത്തെ ഇന്ധനമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഓപ്പറേഷൻ സമയത്ത്, അതിൻ്റെ വോളിയമല്ല മാറുന്നത്, അതിൻ്റെ ആകൃതിയാണ്. ഉപകരണങ്ങൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുമ്പോൾ, വളരെ ചെറിയ താപനില വ്യത്യാസം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമോ? തെർമോഡൈനാമിക്സിൽ ഉത്തരം തേടണം. വിവിധ തരത്തിലുള്ള ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ പരസ്പര പരിവർത്തനങ്ങളെ അവൾ പഠിക്കുന്നു. ലഭ്യമായ എല്ലാ താപ ഊർജ്ജവും ഇലക്ട്രിക്കൽ, മെക്കാനിക്കൽ മുതലായവയിലേക്ക് മാറ്റുന്നത് അസാധ്യമാണെന്ന് സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു. എന്നിരുന്നാലും, താപ ഊർജ്ജമായി അവയുടെ പരിവർത്തനം യാതൊരു നിയന്ത്രണവുമില്ലാതെ സംഭവിക്കുന്നു. താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ സ്വഭാവം കണികകളുടെ ക്രമരഹിതമായ (കുഴപ്പമുള്ള) ചലനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് എന്ന വസ്തുത കാരണം ഇത് സാധ്യമാണ്. ശരീരം എത്രത്തോളം ചൂടാകുന്നുവോ അത്രയും വേഗത്തിൽ അതിലെ ഘടക തന്മാത്രകൾ നീങ്ങും. കണങ്ങളുടെ ചലനം കൂടുതൽ ക്രമരഹിതമാകും. ഇതോടൊപ്പം, ഓർഡർ എളുപ്പത്തിൽ കുഴപ്പമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയുമെന്ന് എല്ലാവർക്കും അറിയാം, അത് ഓർഡർ ചെയ്യാൻ വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ പ്രവർത്തനം
കാർനോട്ട് എഞ്ചിൻ
തെർമോഡൈനാമിക്സ് നിയമങ്ങൾ സാധ്യമായ പരമാവധി കാര്യക്ഷമത കണക്കാക്കുന്നത് സാധ്യമാക്കി. ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനും എഞ്ചിനീയറുമായ സാഡി കാർനോട്ട് ആണ് ഈ സൂചകം ആദ്യം കണക്കാക്കിയത്. അനുയോജ്യമായ വാതകത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഹീറ്റ് എഞ്ചിൻ അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. 2 ഐസോതെർമുകളുടെയും 2 അഡിയബാറ്റുകളുടെയും ഒരു ചക്രത്തിലാണ് ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ തത്വം വളരെ ലളിതമാണ്: ഒരു ഹീറ്റർ കോൺടാക്റ്റ് ഗ്യാസ് ഉള്ള ഒരു പാത്രത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നു, അതിൻ്റെ ഫലമായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ദ്രാവകം ഐസോതെർമൽ ആയി വികസിക്കുന്നു. അതേ സമയം, അത് പ്രവർത്തിക്കുകയും ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ ചൂട് സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനുശേഷം, പാത്രം താപ ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നു. ഇതൊക്കെയാണെങ്കിലും, വാതകം വികസിക്കുന്നത് തുടരുന്നു, പക്ഷേ (പരിസ്ഥിതിയുമായി ചൂട് കൈമാറ്റം കൂടാതെ). ഈ സമയത്ത്, അതിൻ്റെ താപനില ഒരു റഫ്രിജറേറ്ററിലേക്ക് താഴുന്നു. ഈ നിമിഷത്തിൽ, വാതകം റഫ്രിജറേറ്ററുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നു, അതിൻ്റെ ഫലമായി ഐസോമെട്രിക് കംപ്രഷൻ സമയത്ത് ഒരു നിശ്ചിത അളവ് ചൂട് നൽകുന്നു. തുടർന്ന് പാത്രം വീണ്ടും താപ ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, വാതകം അതിൻ്റെ യഥാർത്ഥ വോള്യത്തിലേക്കും അവസ്ഥയിലേക്കും അഡിയാബാറ്റിക്കായി കംപ്രസ് ചെയ്യുന്നു.ഇനങ്ങൾ
മറ്റ് തരത്തിലുള്ള ചൂട് എഞ്ചിനുകൾ
നിങ്ങൾക്ക് എങ്ങനെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും
