Wat is de adiabatische proces?

Om een warmte-motor, die het werk kunnen doen door middel van warmte te bouwen, moet u aan bepaalde voorwaarden te creëren. Allereerst de verbrandingsmotor te werken in een cyclische modus, waarin het aantal opeenvolgende thermodynamische processen om een lus te maken. Het resultaat van een cyclus gas ingesloten in een cilinder met een beweegbare zuiger werkt. Maar een cyclus voor een batch machine een beetje, moet het over en herhalen weer voor enige tijd. De totale werkzaamheden gedurende de vooraf bepaalde tijd in werkelijkheid gedeeld door de tijd geeft een ander belangrijk concept - macht.

In het midden van de negentiende eeuw werden de eerste heat motoren gemaakt. Ze zijn het werk, maar besteden meer hoeveelheid warmte geproduceerd door de verbranding van de brandstof. Het was toen dat de theoretische fysici vragen: "Hoe doen gas werk in een warmte-motor? Hoe kan ik het meeste werk te krijgen met een minimum aan brandstof? '

Om de analyse van de uit te voeren gasfabrieken , het moest een heel systeem van definities en concepten te introduceren. De totaliteit van alle bepalingen en creëerde een hele onderzoeksgebied, genaamd "thermodynamica". In thermodynamica, werd door een aantal uitgangspunten vastgesteld, doet geen afbreuk aan de belangrijkste conclusies. Gereedschap body - vluchtig gas (niet in de natuur voorkomende) die kan worden samengedrukt tot nul volume waarvan de moleculen geen interactie. In de natuurlijke omgeving bestaan alleen echte gassen, die goed gedefinieerde eigenschappen te onderscheiden van het hebben ideaal gas.

Een model van de dynamica van de werkvloeistof te zien, is voorgesteld wetten van de thermodynamica, waarvan de basis thermodynamische processen beschrijven zoals:

• isochoor proces - een proces dat wordt uitgevoerd zonder het volume van het werkfluïdum veranderen. Voorwaarden isochoor proces, v = const;
• isobaar proces - een proces dat wordt uitgevoerd zonder dat de druk in de werkvloeistof. Voorwaarden isobaar proces, P = const;
• isotherm (isotherm) proces - een proces dat wordt uitgevoerd terwijl de temperatuur op een vooraf bepaald niveau. Voorwaarden isotherm proces, T = const;
• adiabatische proces (adiabatische, dus het de moderne Thermal Engineering wordt genoemd) - een proces, uitgevoerd in de ruimte zonder de uitwisseling van warmte met de omgeving. Algemene adiabatisch proces, q = 0;
• polytroop - het algemene proces dat de thermodynamische processen bovengenoemde, alsmede alle andere mogelijkheden in een cilinder met een beweegbare zuiger beschreven worden voldaan.

Tijdens het maken van de eerste warmte-motoren gezocht cyclus waarin om het hoogste rendement (prestatiecoëfficiënt) te krijgen. Sadi Carnot, behandeling van een set van thermodynamische processen, in een opwelling ging naar de ontwikkeling van haar cyclus, naar hem vernoemd - de Carnot cyclus. Sequentieel uitgevoerd isotherme, adiabatische dan het compressieproces. Het werkfluïdum na de uitvoering van deze werkwijzen werd de gereserveerde interne energie, maar de cyclus nog niet is voltooid, zodat het werkfluïdum wordt geëxpandeerd en voert isothermische expansieproces. Om de cyclus te voltooien en terug te keren naar de oorspronkelijke werkvloeistof parameters, is adiabatische expansieproces uitgevoerd.

Carnot bewezen dat de efficiëntie van de cyclus een maximum bereikt, en hangt alleen af van de temperaturen van de twee isothermen. Hoe groter het verschil tussen de overeenkomstig hoger thermisch rendement. Pogingen om een warmte-motor van de Carnot cyclus te maken en het ongelijk zijn gesteld. Het is een ideale cyclus, die niet kan worden uitgevoerd. Maar hij bleek de belangrijkste principe van de tweede wet van de thermodynamica, over de onmogelijkheid van het krijgen van een baan, gelijk aan de kosten van thermische energie. een aantal definities geformuleerd tweede wet (wet) wet van de thermodynamica, volgens welke Rudolf Clausius introduceerde het concept van entropie. De belangrijkste conclusie van zijn onderzoek - entropie neemt toe, wat leidt tot thermische "dood".

Het belangrijkste resultaat was de Clausius begrip van adiabatische proces bij de uitvoering van de werkende vloeistof de entropie verandert niet. Daarom is het adiabatisch proces Clausius - is s = const. Hier is - is de entropie die andere naam geeft voor de werkwijze zonder toevoeren of afvoeren van warmte wordt uitgevoerd - isentroop. Wetenschappers zijn op zoek naar dergelijke cyclus warmte-motor, waar was er een toename van de entropie. Maar helaas, dit kon hij niet maken. Daarom is afgeleid dat de warmte motor in het geheel niet kunnen worden gemaakt.

Maar niet alle onderzoekers zijn geconfigureerd zo pessimistisch. Ze waren op zoek naar de werkelijke cycli voor de thermische machines. Als gevolg van hun zoekopdrachten Nikolaus augustus Otto creëerde zijn cyclus warmte-motor, die nu in motoren die op benzine wordt uitgevoerd. Hier is de werkwijze uitgevoerd door adiabatische compressie van het werkende lichaam en isochoor warmtelevering (brandstofverbranding bij constant volume), dan zijn er adiabatische expansie (werk wordt gedaan door het werkmedium in het proces van het volume toeneemt) en isochore warmteafvoer. De eerste verbrandingsmotoren van de Otto cyclus werd gebruikt als brandstof gas ontvlambaar. Later werd uitgevonden dat carburateurs geworden benzovozdushnoy een mengsel van lucht en benzinedampen te voeren aan de motorcilinder maken.

In ottocyclus brandstofmengsel wordt gecomprimeerd, zodat de hoeveelheid compressie van de relatief kleine - brandstofmengsel heeft detonatievermogen (ontploffen als de kritische drukken en temperaturen). Daarom is het werken in een adiabatische compressie proces is relatief laag. Hier introduceren we een ander concept: de compressieverhouding - de verhouding van het totale volume van de compressie volume.

Het vinden van manieren om de brandstofefficiëntie van energie te verhogen voortgezet. Verhoogde efficiëntie gezien het verhogen van de compressieverhouding. Rudolf Diesel ontwikkelde een cyclus waarin de warmtetoevoer uitgevoerd bij constante druk wordt uitgevoerd (in het isobaar proces). De cyclus was de basis voor motoren die op diesel rijden (ook bekend als diesel). In cyclus Diesel brandstofmengsel niet gecomprimeerd en lucht. Daarom zeggen ze dat het werk wordt uitgevoerd in een adiabatische proces. De temperatuur en de druk aan het eind van hoge druk, zodat door het mondstuk brandstofinspuiting wordt uitgevoerd. Het wordt gemengd met hete lucht om een brandbaar mengsel te vormen. Het brandt, dit verhoogt de interne energiemarkt van de werkende vloeistof. Verdere gas door adiabatische expansie, uitgevoerd werkslag.

Proberen de dieselproces warmtemotoren mislukt, zodat Gustav Trinkler gecreëerd STEG Trinklera voeren. En gebruik het in de huidige dieselmotoren. In de cyclus van de door Trinklera toegevoerde warmte isochoor, en vervolgens de isobaren. Pas daarna wordt het adiabatisch proces van uitzetting van het arbeidsfluïdum gedaan.

Naar analogie met de zuiger een verbrandingsmotor en de turbine werk. Maar de werkwijze van warmteverwijdering aan het einde van de nuttige adiabatische expansie van het gas wordt uitgevoerd door isobaren. In vliegtuigen, gasturbinemotoren en turboprop adiabatisch proces komt twee keer tijdens compressie en expansie.

Te rechtvaardigen alle fundamentele concepten van adiabatische proces zijn voorgestelde schikking formules. Er lijkt een belangrijke waarde, genaamd de adiabatische index. De waarde ervan voor een twee atomen gas (zuurstof en stikstof - zijn de belangrijkste atomige gassen in lucht) gelijk aan 1,4. Om de adiabatische gebruikte index te berekenen heeft twee interessante kenmerken, namelijk, isobare en isochore warmtecapaciteit van de werkende vloeistof. De verhouding k = Cp / Cv - is de adiabatische index.

Waarom een adiabatische proces theoretische cycli van warmte motoren gebruiken? Daadwerkelijk uitgevoerde polytroop, maar vanwege het feit dat ze voorkomen in een hoog tempo wordt aangenomen de afwezigheid van warmteuitwisseling met de omgeving aannemen.

90% van de gebruikte energie door thermische centrales. In hen als de werkende vloeistof gebruikt stoom. Het wordt geproduceerd bij het koken. Om de werkcapaciteit van de stoom te verhogen, is oververhit. Vervolgens wordt de hogedruk oververhitte stoom toegevoerd aan de stoomturbine. Maar strekt zich ook adiabatische expansie processtoom. Turbine krijgt rollen, wordt doorgegeven aan de elektrische generator. Dat op zijn beurt genereert elektriciteit voor de consument. Stoomturbines werken op de Rankine cyclus. Idealiter efficiëntie wordt ook geassocieerd met een toename van de temperatuur en druk stoom.

Zoals uit het bovenstaande blijkt, een adiabatisch proces is heel gebruikelijk bij de productie van mechanische en elektrische energie.