Что такое тепловой двигатель двс

Что такое тепловой двигатель двс

Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания

Разделы: Физика

Цель:

  1. Рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях.
  2. Познакомиться с историей создания автомобиля и паровоза.
  3. Познакомить учащихся с физическими принципами действия тепловых двигателей на примере ДВС.

План.

1. Подготовка к изучению нового материала:

Жизнь невозможна без использования различных видов энергии.

? Какие виды энергии вы знаете?

Источниками энергии являются различные виды топлива, энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов.

Поэтому существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

Демонстрация: В литературе встречается описание паровой машины английского изобретателя Т. Севери, созданной в 1698 г. и предназначенной для откачивания воды из шахт. Демонстрация модели Т. Севери:


Рисунок 1.


Рисунок 2.

? Преобразование, какой энергии, в какую мы наблюдаем в данном опыте?

Тепловая энергия преобразуется в механическую работу.

Учитель: Мы рассмотрели модель паровой машины. Паровая машина один из видов тепловых двигателей.

Записывает тему урока: Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания.

? Что такое тепловой двигатель?

2. Изучение нового материала:

1) Тепловым двигателем называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

? какие виды тепловых двигателей вы знаете?

В процессе совершения работы часть внутренней энергии газа превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя.

Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.

? Можно ли считать ружье тепловым двигателем?

При сгорании внутренняя энергия пороха превращается в механическую энергию.

2) Любой двигатель характеризуется величиной КПД.

ή =·100%

где Q – количество теплоты, полученное в результате сгорания топлива, Дж;
А – работа, совершенная двигателем, Дж.

  1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли ученик решил задачу?
  2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число?
    (45% идет на полезную работу, а 55% тратится впустую на обогрев атмосферы, двигателя и т.д.).

3) Если проследить историю развития тепловых машин, современные машины имеют достаточно высокий КПД.

Заглянем в историю.

Первые тепловые двигатели были построены в конце 18 века – это были тепловые машины.

Сообщение учащихся: «Первые паровые машины. Паровые машины Джеймса Уатта».

Учитель: Пропагандируя использование паровых машин, Джеймс Уатт тем не менее был противником их использования на транспорте. Но прогресс нельзя остановить. В 1770 году Ж. Кюньо построил первую самодвижущуюся тележку …

Сообщение учащихся: «Изобретение автомобиля».

Учитель: Следующий этап в развитии техники был связан с изобретением …

Загадка: Железные избушки держатся друг за дружку. Одна с трубой тянет всех за собой? (Поезд).

Сообщение учащихся: «Изобретение паровоза».

Учитель: В современных тепловозах и автомобилях применяются ДВС. Первый ДВС изобрел француз Э. Ленуар, КПД=3%. Спустя 18 лет немецкий изобретатель Н. Отто создал ДВС, который работал по четырехтактной схеме.

4) ДВС.

? Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

Учитель: Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя.

Сообщение учащихся: видео зарисовка учащихся – современные ДВС.

Учитель: Теперь познакомимся с устройством и принципом действия ДВС (используя модель или видеофрагмент).

? Из каких основных частей состоит простейший ДВС?
? Как называется каждый такт ДВС?
? Опишите принцип действия четырехтактного ДВС (используя модель)?


Рисунок 3.

5) Учитель: при использовании тепловых машин остро встает вопрос загрязнения окружающей среды. При сжигании топлива в атмосферу попадает очень много вредных выбросов. К ним можно отнести СО2 , СО, различные виды сернистых соединений, а так соединения тяжелых металлов.

Сообщение учащихся: Практическая работа по определению уровня загрязнения в районе школы.

Учитель: Большую часть механической и электрической энергии вырабатывают тепловые двигатели. Пока равноценной замены им нет. В то же время тепловые двигатели оказывают отрицательное влияние на окружающую среду и условия существования человека на Земле.

Что бы вы предложили для решения проблемы загрязнения окружающей среды тепловыми двигателями?

3. Домашнее задание.

Написать сочинение «Тепловые двигатели будущего».

Виды тепловых двигателей

Развитие человеческой цивилизации немыслимо без применения машин и устройств, приводимых в действие за счёт механической работы. Благодаря наличию в земной коре ресурсов, способных выступать в роли топлива, человечество получило доступ к энергии.

При сжигании полезных ископаемых возник вопрос, как преобразовать тепловую энергию в механическую работу. С этой целью сконструированы и воплощены в жизнь всевозможные виды тепловых двигателей. Влияние агрегатов на нашу повседневную жизнь сложно оценить, ни один день не обходится без их участия. Установки вырабатывают электрическую энергию. Двигатели перемещают наземный, водный, воздушный транспорт, участвуют в повседневных делах, как подручный инструмент.

Читать еще:  Двигатель bks не заводится

Наиболее распространённый тепловой двигатель внутреннего сгорания в разрезе:

Понятие теплового двигателя

Дабы разобраться, какое устройство называют тепловым двигателем, рассмотрим, как функционирует агрегат. По принятой классификации, установка способна преобразовать тепло от окисления горючего в действие силы на тело посредством теплового объёмного увеличения. Что касается изменения объёма, этот показатель часто встречающийся, однако, в некоторых двигателях используется изменение формы рабочего вещества.

Принцип работы теплового двигателя заключается в воздействии расширяющихся частиц газа на поршень, или лопасти турбины. В результате этого давления происходит перемещение детали, либо вращение вокруг оси. Работа наблюдается в силовых установках, работающих за счёт пара и в агрегатах, где сгорание горючего происходит внутри. Используя вращение, функционируют реактивные моторы самолётов.

Конструктивно агрегаты отличаются между собой, однако принцип действия тепловых двигателей одинаков. Механизмы оборудованы устройством нагрева, в роли рабочего вещества выступает пар или газ и устройством, поддерживающим низкую температуру. Установка нагрева предназначена для выработки тепловой энергии, способствует сгоранию и выделению тепла. Допустим, при горении выделилось некоторое количество тепла «Q нагревателя», эта энергия частично передаётся нагревателю и нагревает до температуры «T нагревателя». Проводится работа «А», ей предшествует перемещение поршня или турбинных лопаток.

Структурная схема работы теплового двигателя:

Вся величина в работу не трансформируется, её количество «Q холодильника» передаётся посредством теплоотдачи через корпус охладительной установке с величиной температуры «T холодильника», роль охладителя играет атмосфера.

Работа теплового двигателя заключается в действии силы на тело. Эффект оценивается величиной, называемой КПД (коэффициент полезного действия), поскольку только часть выделенной энергии расходуется на работу.

Полное расходование энергии невозможно, поскольку природные действия нельзя провести в обратном направлении. Это означает, что выделенное тепло не может самостоятельно вернуться от холодильника к нагревателю, иначе всю энергию можно было бы пустить на работу силовой установки.

Работа двигателя характеризуется формулой:

«Q1» — количество тепла, переданное от охладительной установки, «Q2» – величина тепла, переданное охладительной установке.

КПД тепловых двигателей «ɳ», это частное, полученное от совершённой установкой работы к величине тепла, которое отдала нагревательная установка.

Двигателей, вся теплота которых идёт на выполнение работы, нет, поэтому КПД ɳ˂1. Коэффициент полезного действия пропорционален результату вычитания температуры установки нагрева и установки охлаждения. «T1» -«T2» = 0, работа двигателя невозможна. Энергию, расходуемую двигателем, определяют исходя из энергии, выделяемой при сжигании используемой смеси. Показатель определяют, сжигая килограмм топлива и производя замеры в калориметре.

Удельная теплота сгорания горючего:

Горючее Количество теплоты, при сгорании 1кг горючего МДж/кг.
Керосин 44
Бензин 46
Каменный уголь 30
Бурый уголь 20
Дерево 10

Обратимый круговой процесс

Работа агрегата оценивается, с этой целью принято КПД идеального теплового двигателя. Впервые такое понятие ввёл изобретатель, Карно, в двадцать четвёртом году девятнадцатого века. Главный принцип цикла, обратимость. Согласно рассуждениям инженера, повторяемость процесса будет обеспечена, когда расширение рабочего вещества при нагреве будет сменяться сжатием этой субстанции до начального состояния при охлаждении. Обмен теплом с атмосферой цикле не учитывается, его нет.

Никола Леонард Сади Карно (1796 – 1832 года жизни):

Идеальный тепловой двигатель конструктивно содержит устройство нагрева с температурой «Т нагревателя», устройство охлаждения с температурой «Т холодильника» и вещество, которое, то сжимается, то расширяется.

Рассмотрим стадии цикла:

  • Расширение с температурой = const (А – Б).

Начальная стадия процесса, температура вещества равно значению «Т нагревателя». Происходит соприкосновение с устройством нагрева, веществу передалось тепло от «Q нагревателя», и оно увеличивается в объёме.

Стадии цикла Карно:

  • Увеличиваясь в объёме, вещество ни отдало, ни получило тепла (Б – В).

Тело, выполняющее силовое воздействие не соприкасается с устройством нагрева, однако продолжает увеличиваться в объёме, не передавая части теплового носителя атмосфере. Температура вещества выравнивается с температурой установки охлаждения.

  • Сдавливание с постоянной температурой (В – Г).

Вещество с показателем температуры, равным температуре установки охлаждения «Т холодильника», контактирует с охладителем и уменьшается в объёме, температура не меняется. Но само тело отдаёт часть температуры холодильнику, «Q холодильника».

  • Сдавливание с нарастанием силы и температуры, без теплообмена (Г – А).

Вещество уже не контактирует с холодильником, сжимается без отдачи температуры атмосфере. Температура вещества приравнивается к температуре нагревательного элемента.

Читать еще:  Двигатель 4м41 плавают обороты

Изотермические процессы протекают с постоянной температурой, тогда как адиабатические процессы происходят без теплообмена, следовательно, энтропия в процессах Карно сохраняется.

КПД, соответствующий реальным агрегатам ниже эталонного коэффициента. Идеальный коэффициент используют как эталон, когда определяют, каков резерв разработанной или усовершенствованной силовой установки.

Виды двигателей

Что бы легче различать, какие двигатели называют тепловыми, условно агрегаты классифицировали:

Тепловые двигатели с источником тепла отдельно от рабочего тела.

Мотор Стирлинга

Принцип действия основан на круговороте вещества, совершающего работу в замкнутом объёме. Само совершающее работу вещество, время от времени охлаждается или нагревается. Работа выполняется за счёт изменения объёма. Преимущество двигателя в том, что он способен функционировать от подвода тепла любого происхождения.

Действующая модель двигателя Стирлинга:

Паровой мотор

Преимущество агрегатов, простота и тяга на низких оборотах. Применение установки, работающую от пара не требует использования редуктора, что облегчает конструкцию. Паровая машина хороша для применения, как тяговый двигатель и по этому показателю превосходит двигатель внутреннего сгорания. Недостатки: вес агрегата, низкая скорость и КПД, постоянное применение больших объёмов жидкости.

Применение парового двигателя CVA201 на автомобильном транспорте:

Тепловые двигатели, с источником тепла, выполняющим роль рабочего тела

Двигатель со сгоранием внутри механизма

Силовая установка, работа которой сопряжена с частичным переходом энергии от окислившегося горючего в действие силы.

Классификация моторов проходит по нескольким признакам:

  • потребление топлива (бензин, солярка, пропан, бутан, метан);
  • цикл работы (моторы на 2 или 4 такта);
  • способ приготовления смеси (карбюратор, инжектор, дизель);
  • преобразование энергии (поршень, турбина, комбинация).

Поршневые двигатели внутреннего сгорания сегодня занимают лидирующие позиции. По сравнению с другими агрегатами, установок сделано и продано большинство. Ни одна сфера деятельности человека не обходится без этих моторов.

Роторные моторы внутреннего сгорания

Особенность, простота и возможность исполнения любых габаритов установки. Ротор выступает в качестве поршня, вращение происходит по траектории эпитрохоиды в замкнутом пространстве. Пространство снабжено технологическими отверстиями впуска и выпуска, а так же свечой воспламенения. Для выполнения рабочего хода требуется четыре такта, выполнение которых происходит без механизма распределения газов. Роторный мотор не требователен к горючему, дешевле в производстве, и надёжней в сравнении с поршневыми моторами. Недостаток установки, не соответствие экологическим нормам.

Двигатели с силой тяги от реактивной струи рабочего тела

Силовые установки функционируют за счёт силы тяги, полученной от отработанных газов при сгорании рабочего вещества. Преимущество в возможности работы в пространстве без воздуха.

Турбовинтовые агрегаты

Сила тяги сгоревшего рабочего тела используется для привода воздушного винта.

Экологические аспекты

За время использования установок, выявлены экологические проблемы тепловых двигателей. Если раньше человечество не ощущало выбросов в атмосферу, то по мере роста производства и увеличения количества установок, влияние чувствуется в значительной степени. Содержание углекислого газа за счёт рассеивания тепла в окружающую атмосферу ведёт к усилению парникового эффекта, что сказывается на всём живом и увеличивает среднегодовые показатели температур на Земле. Глобальное потепление катастрофически повлияет на мировой океан и последствия для цивилизации будут непредсказуемы.

Очистка, глобальный контроль, применение новых экологических стандартов, вот что спасёт нашу планету. Применение новых, безвредных видов топлива, к которым относится водород, переход на возобновляемые виды энергии. Только объединённые усилия всех стран повлияют на ситуацию, действуя в общих интересах, убережём наш дом от полного вымирания.

Тепловые двигатели

О профессии

Тематика диссертационных исследований охватывает широкий круг приоритетных направлений развития науки, техники и технологий в РФ, направленных на повышение энергетической эффективности и снижение расходных показателей работы, особенно применительно к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Основные направления научных исследований:
— программное обеспечение режимометрирования двигателя внутреннего сгорания;
— моделирование движения транспортного средства в соответствии с новым европейским циклом движения NEDC;
— улучшение экономических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период прогрева после холодного пуска;
— расчётный анализ возможностей повышения КПД ДВС применением присадок — модернизаторов горения;
— уточнение показателей качества протекания неустановившихся режимов разгонов дизеля после пуска;
— выявление фактических значений цетановых чисел смесей дизельного топлива;
— регулирование дизеля с применением метода выключения-включения цилиндров или отдельных циклов;
— замещение нефтяного дизельного топлива этанолом;
— разработка новой конструкции двухпружинных форсунок топливной аппаратуры дизеля.

Учебный процесс

У аспирантов формируются углубленные знания в профессиональной области на основе изучения таких практико-ориентированных дисциплин, как «Научно-исследовательский семинар», «Методология научных исследований», «Математическое моделирование тепловых процессов», «Тепловые двигатели», «Современные энергетические технологии», «Когенерационные установки на базе тепловых двигателей».

Читать еще:  Что такое стук пальцев двигателя

Практика

Программой подготовки специалистов высшей квалификации (аспирантура) предусматривается прохождение педагогической и научно-исследовательской практики. Научно-исследовательская практика проводится в департаменте машиностроения и приборостроения, а также на научно-исследовательских и производственных предприятиях, имеющих научное оборудование. Целью научно-исследовательской практики является закрепление знаний, полученных в результате освоения теоретических курсов и самостоятельных научных исследований, а также получение навыков производственно-инновационной деятельности в научно- исследовательских институтах, производственных организациях, формирование навыков проведения научно-практической и научно-исследовательской деятельности на базе производственных предприятий и научно-исследовательских лабораторий.
Целями и задачами педагогической практики являются овладение основами педагогической и учебно-методической деятельности по основным профессиональным образовательным программам высшего образования, приобретение опыта педагогической работы по реализации основных профессиональных образовательных программ высшего образования, формирование умений по организации учебного процесса и контролю его результатов, освоение основных образовательных технологий. Педагогическая практика проводится в департаменте машиностроения и приборостроения.

Карьера

По окончании обучения и успешной защиты выпускной научно-квалификационной работы аспиранту присваивается квалификация «Исследователь. Преподаватель-исследователь».
Основные сферы профессиональной деятельности выпускника аспирантуры: научные и научно-производственные учреждения и организации любой формы собственности; государственные и негосударственные средние, специальные средние и высшие учебные заведения.

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

18 и 26 июня на кафедре «Тепловые двигатели и установки» Машиностроительного факультета успешно прошли защиты выпускных квалификационных работ (ВКР).

По направлению бакалавриата 13.03.03 «Энергетическое машиностроение», профиль подготовки «Двигатели внутреннего сгорания» было представлено 13 работ. По направлению магистратуры 13.04.03 «Энергетическое машиностроение», программа «Поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания» — 5 работ.

В ходе защиты комиссия особо отметила четыре ВКР, которые имеют потенциальную возможность воплощения не только на предприятиях Удмуртии, но и на ведущем предприятии по производству всемирно известных грузовиков «КАМАЗ», а так же на предприятиях близлежащих регионов. Вот тематика этих работ:

— «Исследование нестационарных пространственных газодинамических процессов в выпускном коллекторе дизельного двигателя» (магистрант Фаннур Зиатдинов);

— «Проект гидравлической станции для испытательного стенда теплообменных аппаратов» (магистрант Егор Насыров);

— «Проектирование двигателя рабочим объемом 0,6 литра для снегохода» (студент Александр Ашихмин);

— «Проектирование двигателя внутреннего сгорания для установки монтажа винтовых свай» (студент Ильфат Гусманов).

В комиссию ГАК по направлению 13.04.03, 13.03.03 «Энергетическое машиностроение» вошли опытные практики машиностроительной отрасли России и УР, а так же сотрудники кафедры ТДУ:

  • Олег Геннадьевич Зубков — председатель комиссии ГАК, Главный механик ПАО «Белкамнефть имени А.А. Волкова»;
  • Вячеслав Валерьевич Бурлаков — начальник конструкторско-исследовательского отдела механизмов и систем двигателей Научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»;
  • Денис Викторович Матвеев — к.т.н., начальник отдела высокоточных измерений АО «Концерн «Калашников»;
  • Борис Яковлевич Бендерский — профессор, д.т.н., Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации;
  • Ольга Андреевна Воеводина — доцент, к.т.н.;
  • Алексей Николаевич Терентьев — заведующий кафедрой «ТДУ», доцент, к.т.н.

По заключению комиссии все выпускники получили положительные оценки и были приглашены на собеседование с потенциальными работодателями с возможностью дальнейшего трудоустройства и повышения своего статуса на предприятии.

У новоиспеченных, теперь уже магистров и бакалавров, сейчас есть выбор не только перспективной работы от многочисленных работодателей, но дальнейшей траектории образования и приложения творческих усилий: для магистров есть возможность поступить в аспирантуру, а для бакалавров, соответственно, поступить в магистратуру — ОФО или ЗФО.

Аспирантура — это, в основном, как показывает практика, направление «Машиностроение», а бакалавры могут продолжить обучение и перейти на 2-ой уровень высшего образования по направлению 13.04.03 «Энергетическое машиностроение» по программе «Поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания» или обучаться по параллельным направлениям 2-го уровня высшего образования кафедры ТДУ факультета Машиностроительный:

  • 15.04.02 «Технологические машины и оборудование»;
  • 21.04.01 «Нефтегазовое дело»;
  • или выбрать другие понравившиеся направления обучения вуза.

Выбор есть и выбор только за Вами!

Следует отметить, что все выпускники-магистры уже имеют трудоустройство на ведущих предприятиях Удмуртии, однако, «повышение официального статуса» благодаря получению диплома бакалавра и магистра, — всегда приятно!

Тематика всех представленных работ тесно связана с исследованием, совершенствованием и развитием производства промышленных предприятий, как нашего региона, так и соседних, наращиванием их производственных мощностей и повышением энергоэффективности использования машин и оборудования.
В ходе выполнения большинства ВКР решались задачи повышения надежности и эффективности объектов энергетического машиностроения.

По завершению работы, председатель ГАК и члены комиссии поздравили всех с успешной защитой и пожелали выпускникам дальнейших творческих успехов!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector