Как повысить кпд тепловой машины

СВЕЖИЙ НОМЕР

Новости ИР

Наши лауреаты

ЖУРНАЛ «ИЗОБРЕТАТЕЛЬ И РАЦИОНАЛИЗАТОР»

О перспективе увеличения КПД поршневых тепловых машин

По всей планете ученые и изобретатели ищут новые подходы к созданию мощных, экономичных и экологических моделей тепловых машин, однако, эти поиски пока не увенчались успехом. Общим технологическим недостатком известных тепловых машин (паровые поршневые двигатели, двигатели внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, ракетные двигатели) является необходимость передачи в окружающую среду большей части тепла, подведенного в цикл тепловой машины, поэтому они имеют низкий КПД и экономичность.

Напомню читателю, что газ или пар (рабочее тело) при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается, в результате принудительного сжатия, например, в цилиндре при помощи поршня рабочее тело нагревается, а во время расширения охлаждается. Однако, при расширении газа в пустоту (вакуум) его температура не меняется, потому что в процессе этого расширения внутренняя энергия газа не расходуется на совершение работы. Следует еще отметить, что только обратимые термодинамические процессы являются наиболее экономичными и приводят к максимальному значению термического коэффициента полезного действия тепловых двигателей.

Обратимый процесс (то есть равновесный) – термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния. При этом система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, а в окружающей среде не происходит микроскопических изменений. Естественно, что такой цикл работы тепловой машины осуществить в реальности невозможно, но можно проводить процессы в разных направлениях. Если нагревание и расширение рабочего тела считать прямым термодинамическим процессом, то его охлаждение и сжатие можно назвать обратным.

В известных поршневых тепловых машинах (паровые двигатели, ДВС) используется процесс, который проходит только в прямом направлении, да и то не в полной мере. Например, отработавший пар в паровых двигателях под сравнительно высоким давлением выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор (холодильник). Остаточное тепло, отведенное из конденсатора, может быть использовано для обогрева помещений или транспортных средств, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котел двигателя. Однако во время выпуска пара безвозвратно тратится часть энергии на преодоление сопротивления давления окружающей среды. Кроме того, происходит охлаждение цилиндра и поршня, что также приводит к потере тепловой энергии, так как при дальнейшей работе двигателя значительное количество теплоты затрачивается на нагрев вышеназванных деталей.

Я считаю, что если производить тепловые машины, использующие в цикле работы не только прямой, но и обратный термодинамический процесс, то удастся сэкономить 20-30% топлива и значительно уменьшить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. У меня возник ряд технических решений, с которыми я хочу ознакомить читателей.

1. Регенеративный преобразователь энергии газообразного теплоносителя в механическую работу.

Устройство содержит (Рис. 1,2,3) цилиндр 1 с поршнем 2, шарнирно связанным посредством приводного механизма 3 с коленчатым валом 4, на котором установлен маховик 5. Полость цилиндра 1 соединена с источником газообразного теплоносителя (на рис. не показан) посредством входной трубы 6 с клапаном 7. В нижней части цилиндра 1 выполнено выпускное окно 8, которое посредством патрубка 9 соединяется с полостью камеры 10 охладителя, отвод теплоты из которой производится при помощи теплообменника 11. Данная камера соединяется с атмосферой при помощи выхлопной трубы 12 через клапан 13 сброса.

Преобразователь работает следующим образом. Цикл работы имеет два такта – расширение и сжатие, которые осуществляются во время хода поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и обратно. Допустим, что источником горячего теплоносителя является резервуар, заполненный рабочим телом, в качестве которого используется горячий сжатый воздух. Когда поршень 2 находится в ВМТ, открывается впускной клапан 7, сжатый воздух поступает в полость цилиндра 1 и оказывает давление на поршень 2, который двигается вниз, приводя во вращение коленчатый вал 4 с маховиком 5 посредством приводного механизма 3 (Рис.1). В это время при помощи теплообменника 11 продолжается отвод теплоты от рабочего тела, который находится в камере охладителя 10 после окончания предыдущего цикла. При приближении поршня 2 к НМТ впускной клапан 7 закрывается, а при дальнейшем движении поршня 2 открывается окно 8, которое перекрывалось ранее корпусом поршня.

Затем сжатый воздух через открытое окно 8 и через патрубок 9 направляется в полость камеры 10 охладителя и продолжает там расширяться. Следует заметить, что объем данной камеры рассчитан на полное расширение рабочего тела, находящегося в полости цилиндра 1 в сжатом состоянии. Сначала горячий воздух расширяется в вакуум, который образуется к этому времени в полости камеры охладителя, поэтому температура внутри данной термодинамической системы остается почти неизменной.

Когда давление в полости камеры 10 охладителя становится выше атмосферного давления, открывается клапан 13 сброса (Рис.2), через который осуществляется выброс охлажденного воздуха в атмосферу через выхлопную трубу 12. В ходе этого процесса часть тепловой энергии расходуется на преодоление сопротивления давления окружающей среды, однако, большая часть теплоты остается в системе. В то время, когда давление в полости камеры 10 охладителя становится равным атмосферному давлению, клапан 13 сброса закрывается. Далее, за счет вращения коленчатого вала при помощи маховика 5 поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, поэтому окно 8 перекрывается корпусом поршня, а тепло, которое остается в камере 10 охладителя, начинает отводиться от оставшегося там воздуха при помощи теплообменника 11. Во время приближения поршня 2 к ВМТ температура рабочего тела в камере 10 охладителя понижается, а горячий воздух, оставшийся в цилиндре 1, сжимается поршнем 2 в верхней части цилиндра, поэтому он нагревается (Рис. 3). Степень сжатия рассчитывается так, что температура рабочего тела к концу такта становится приблизительно равной температуре воздуха во впускной трубе 6. Во время нахождения поршня в ВМТ открывается впускной клапан 7 и цикл повторяется.

Таким образом, в данном устройстве осуществляется не только прямой, но и обратный термодинамический процесс, в результате чего в полости камеры охладителя (холодильника) образуется вакуум, за счет которого в термодинамической системе сохраняется большое количество теплоты, часть которой регенерируется и используется для нагрева основных деталей устройства. Кроме того, при помощи теплообменника из системы отводится много тепла (в разы больше, чем в традиционном двигателе), которое можно использовать для обогрева помещений и предварительного прогрева рабочего тела.

2. Компаундный двигатель внутреннего сгорания с регенерацией теплоты.

Для увеличения КПД тепловых машин ученые и изобретатели предлагают использовать цикл с продолженным расширением, что позволяет значительно повысить степень расширения продуктов сгорания по сравнению со степенью сжатия рабочего тела. Для осуществления данного цикла советуют использовать компаундные двигатели (англ. compound– составной), которые имеют два (или более) рабочих цилиндра разного диаметра. Например, на выставке «EngineEXPO 2009» британская фирма «IlmorEngineering» представила публике трехцилиндровый компаундный ДВС, в котором инженеры задействовали классическую схему работы двигателя с продолженным расширением. Два крайних цилиндра такого устройства работаю по обычному четырехтактному циклу, средний (расширительный) имеет больший диаметр, чем крайние, а его поршень совершает рабочий ход за счет остаточного давления отработавших газов в малых цилиндрах. Я считаю, что автор идеи и разработчики данной конструкции допустили ошибку, установив в расширительном цилиндре выпускные клапаны. В данном устройстве во время выпуска отработавших газов остывают не только расширительный цилиндр и его поршень, охлаждаются соединительные патрубки, а это ведет к большим потерям тепловой энергии. Уверен, что по этой причине инженерам фирмы не удалось достичь поставленной цели – создать двигатель, у которого коэффициент полезного действия значительно выше, чем у традиционного ДВС, думаю, что поэтому до сих пор не налажено массовое производство такого устройства.

Я нашел конструктивное решение, которое позволит в значительной степени повысить тепловое КПД двигателей такого типа. Устройство содержит (Рис. 4,5,6,7) рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, расширительный цилиндр 3 с поршнем 4, рабочий цилиндр 5 с поршнем 6, коленчатый вал 7 отбора мощности, с которым связаны поршни 2, 4 и 6 при помощи, например, шатунов, соответственно, 8, 9 и 10. При этом вал 7 выполнен со смещением колен рабочих цилиндров 1 и 5 на 180º относительно колена расширительного цилиндра 3 для установки поршней 2 и 6 в противофазе с поршнем 4. Поршни 2 и 6 установлены синфазно, что позволяет осуществлять в рабочих цилиндрах 1 и 5 четырехтактный рабочий процесс ДВС со сдвигом по тактам относительно друг друга на 360º угла поворота коленчатого вала 7. Рабочие цилиндры 1 и 5 снабжены впускными клапанами 11 и 12 и выпускными клапанами 13 и 14. Расширительный цилиндр 3 связан с рабочими цилиндрами 1 и 5 посредством перепускных каналов, соответственно, 15 и 16 с установленными в них перепускными клапанами 17 и 18. Устройство содержит также камеру 19 охладителя с теплообменником 20, которая соединена с расширительным цилиндром 3 посредством соединительного канала 21 и окна 22, выполненного в нижней части расширительного цилиндра 3. Кроме того, камера 19 охладителя связана с атмосферой при помощи выхлопной трубы 23 с установленным в ней клапаном 24 сброса.

Двигатель работает следующим образом. В то время, когда в одном из рабочих цилиндров, например, в цилиндре 1 заканчивается такт «рабочий ход», а в рабочем цилиндре 5 подходит к концу такт «впуск», в верхней части расширительного цилиндра 3 и перепускном канале 15 посредством поршня 4 осуществляется сжатие оставшихся там горячих продуктов горения (Рис. 4). Степень сжатия в расширительном цилиндре рассчитывается таким образом, чтобы температура газа в конце такта сжатия была приблизительно равной температуре рабочего тела в рабочем цилиндре 1 в конце такта расширения. Когда поршни 2 и 6 рабочих цилиндров приближаются к НМТ, впускной клапан 12 рабочего цилиндра 5 закрывается, а выпускной клапан 13 рабочего цилиндра 1 открывается (Рис. 5). Далее, в рабочем цилиндре 5 начинается такт «сжатие», а продукты горения из рабочего цилиндра 1 перепускаются в полость расширительного цилиндра 3 через выпускной клапан 13, перепускной канал 15 и перепускной клапан 17, в результате давление внутри данных цилиндров уравновешивается. Так как диаметр расширительного цилиндра больше диаметра рабочего цилиндра, сила давления на поршень 4 оказывается большей, чем сила давления на поршень 2. Поэтому поршень 4 расширительного цилиндра под действием этой силы движется к НМТ, вращая при помощи шатуна 9 коленчатый вал 7, при этом в рабочем цилиндре 5 происходит такт «сжатие»

Следует заметить, что во время работы двигателя от продуктов горения, находящихся в полости камеры 19 охладителя, постоянно отводится тепло посредством теплообменника 20, в результате чего в камере происходит сжатие и разрежение газов (образуется вакуум). Когда поршень 4 начинает приближаться к НМТ, открывается окно 22, которое ранее перекрывалось корпусом последнего (Рис. 6). Через это окно и соединительный канал 21 продукты горения проникают в полость камеры 19 охладителя, продолжая там расширяться (происходит расширение газа в пустоту). Как только давление внутри камеры становится выше атмосферного давления, открывается клапан 24 сброса, через который в выхлопную трубу 23 выбрасываются отработавшие газы.

При достижении равности давлений внутри и снаружи камеры 19 охладителя клапан 24 сброса закрывается, поршень 4 начинает двигаться к ВМТ и перекрывает своим корпусом окно 22, выпускной клапан 13 и перепускной клапан 17 закрываются, а впускной клапан 11 рабочего цилиндра 1 и перепускной клапан 18 открываются (Рис. 7). При дальнейшей работе двигателя в рабочем цилиндре 5 осуществляется такт «рабочий ход», в рабочем цилиндре 1 – такт «впуск», а продукты горения, оставшиеся в расширительном цилиндре 3 начинают сжиматься поршнем 4 в верхней части данного цилиндра и в перепускном патрубке 18.

Далее цикл повторяется с участием рабочего цилиндра 5, как источника остаточного давления.

Такой двигатель можно строить на основе существующего четырехцилиндрового ДВС путем его модификации, которая заключается в том, что полости средних цилиндров соединяются между собой при помощи канала 1 (Рис. 8). Свечи зажигания и выпускные клапаны из данных цилиндров удаляются, а в нижней их части выполняется как минимум одно окно 2, которое посредством соединительного канала 3 подключается к камере охладителя 4. Главным отличием этих двигателей от существующих тепловых машин является то, что в них имеется устройство, при помощи которого осуществляется утилизация тепловой энергии, которая обычно выбрасывается в атмосферу вместе с отработавшим рабочим телом.

ДВС такой конструкции работает в обычном четырехтактном режиме с той разницей, что выпуск продуктов горения из цилиндра 1 осуществляется в полость камеры охладителя 6 через выпускной клапан 4 и соединительный канал 5. Так как в камере охладителя установлен теплообменник 7, от газов, находящихся в камере охладителя, постоянно отводится тепло, продукты горения охлаждаются и за счет этого сжимаются. В результате данного процесса в полости последней образуется вакуум, поэтому в такте «выпуск» происходит расширение газов в пустоту.

Такое конструктивное решение позволит в значительной мере увеличить тепловой КПД установки.

На основе вышеописанных устройств можно производить мини-ТЭЦ, которым найдется широкое применение. Такие энергетические установки можно будет размещать, например, в станциях для зарядки электромобилей, а также использовать их для обеспечения электроэнергией и теплом небольших поселков микрорайонов. Главное, что в этом случае значительно снизится прямой выброс теплоты и вредных веществ в атмосферу, а также уменьшится потребление горючего.

Источник

Цикл Карно и его КПД. Пути повышения КПД тепловых машин.

Машина Карно — это тепловая машина, работающая между двумя резервуарами с температурами T1 и Т2 (Т1 > T2) по обратимому циклу, состоящему из двух изотерм и двух адиабат (циклу Карно).

Цикл Карно является обратимым циклическим процессом с двумя источниками теплоты, имеющими разные, но постоянные температуры. Так как температуры источников тепла постоянные, а процессы получения и отдачи рабочим веществом тепла должны быть обратимыми, то эти процессы могут быть только изотермическими. При этом температура рабочего вещества в цикле должна, очевидно, меняться без теплообмена с окружающей средой, т.е. в адиабатных условиях. Поэтому цикл Карно состоит из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов, чередующихся между собой.

Цикл Карно осуществляется рабочим веществом следующим образом (рис. 1).

Рабочее вещество, расширяясь изотермически от состояния до состояния , получает количество тепла от горячего источника, имеющего температуру на бесконечно малую величину большую, чем температура рабочего вещества (обратимость), т. е. . При этом, если в качестве рабочего вещества взять идеальный газ, то он производит работу (2.7.22), равную количеству полученного тепла :

Откуда находим

Наконец, замыкающим цикл процессом является обратимый адиабатный процесс, в котором рабочее вещество возвращается в начальное состояние 1.

Вычислим КПД цикла Карно. По определению КПД любого цикла

Подставляя выражения (4.11.1) и (4.11.3) в (4.11.4), получим

Из последнего выражения видно, что КПД цикла не зависит от количества рабочего вещества . Уравнение адиабаты идеального газа запишем для двух адиабатных процессов 23 и 41:

Откуда находим

Подставив последнее выражение в (4.11.5), будем иметь:

Французский инженер Сади Карно (1796—1832) в 1824 г. установил чрезвычайно важную для практики зависимость КПД тепловой машины от температуры T₁ нагревателя и температуры T₂ холодильника: независимо от конструкции и выбора рабочего тела максимальное значение КПД тепловой машины определяется выражением

Любая реальная тепловая машина может иметь КПД, не превышающий это максимальное значение:

Выражение для максимального значения КПД тепловой машины показывает, что для повышения коэффициента полезного действия тепловых машин существует два пути — повышение температуры T₁ нагревателя и понижение температуры T₂холодильника. КПД тепловой машины мог бы стать равным единице, если бы имелась возможность использовать холодильник с температурой, равной абсолютному нулю.

Однако этот путь даже теоретически неосуществим, так как абсолютный нуль, согласно представлениям термодинамики, не может быть достигнут.

Наиболее приемлемыми холодильниками для реальных тепловых машин являются атмосферный воздух или вода при температуре около 300 К.

Следовательно, основной путь повышения КПД тепловых машин — это повышение температуры нагревателя.

Дата добавления: 2015-01-15 ; просмотров: 16 ; Нарушение авторских прав

Источник

Формула расчета КПД

Идеальный тепловой двигатель

Возможно ли создание такого двигателя, коэффициент полезного действия которого был бы максимальным (в идеале — равным 100%)? Найти ответ на этот вопрос попытался французский физик-теоретик и талантливый инженер Сади Карно. В 1824 его теоретические выкладки о процессах, протекающих в газах, были обнародованы.

Основной идеей, заложенной в идеальной машине, можно считать проведение обратимых процессов с идеальным газом. Начинаем с расширения газа изотермически при температуре T₁. Количество теплоты, необходимой для этого, — Q_1. Послегаз без теплообмена расширяется (процесс адиабатный). Достигнув температуры Т₂, газ сжимается изотермически, передавая холодильнику энергию Q₂. Возвращение газа в первоначальное состояние производится адиабатно.

КПД идеального теплового двигателя Карно при точном расчете равен отношению разности температур нагревательного и охлаждающего устройств к температуре, которую имеет нагреватель. Выглядит это так: η=(T₁ — Т₂)/ T_1.

Возможный КПД тепловой машины, формула которого имеет вид: η= 1- Т₂/ T₁, зависит только от значения температур нагревателя и охладителя и не может быть более 100%.

Более того, это соотношение позволяет доказать, что КПД тепловых машин может быть равен единице только при достижении холодильником температур. Как известно, это значение недостижимо.

Теоретические выкладки Карно позволяют определить максимальный КПД тепловой машины любой конструкции.

Доказанная Карно теорема звучит следующий образом. Произвольная тепловая машина ни при каких условиях не способна иметь коэффициент полезного действия больше аналогичного значения КПД идеальной тепловой машины.

Применение в разных сферах физики

Примечательно, что КПД не существует как понятие нейтральное, для каждого процесса есть свой КПД, это не сила трения, он не может существовать сам по себе.

Рассмотрим несколько из примеров процессов с наличием КПД.

К примеру, возьмем электрический двигатель. Задача электрического двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В этом случае коэффициентом будет являться эффективность двигателя в отношении преобразования электроэнергии в энергию механическую. Для этого случая также существует формула, и выглядит она следующим образом: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — это мощность в общем варианте, а P2 — полезная мощность, которую вырабатывает сам двигатель.

Нетрудно догадаться что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, меняются в ней лишь данные, которые нужно подставить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то необходимо оперировать затрачиваемой мощностью, если работа, то исходная формула будет другая.

Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также об отдельных его элементах и нюансах. Физика — это одна из самых масштабных наук, но её можно разобрать на маленькие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали один из этих кусочков.

Немного истории

Возможность превращения энергии пара в энергию движения была известна еще в древности. 130 год до нашей эры: Философ Герон Александрийский представил на суд зрителей паровую игрушку – эолипил. Сфера, заполненная паром, приходила во вращение под действием исходящих из нее струй. Этот прототип современных паровых турбин в те времена не нашел применения.

Долгие годы и века разработки философа считались лишь забавной игрушкой. В 1629 г. итальянец Д. Бранки создал активную турбину. Пар приводил в движение диск, снабженный лопатками.

С этого момента началось бурное развитие паровых машин.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q₃ используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q₃ составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q₃=0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q₄. В частности, для угля антрацита значение q₄=4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

q₂ – теплопотери с выходящими горючими газами;

q₃ – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q₄ – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q₅ – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q₆ – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Пути изменения КПД

Проводя сравнение идеальных и реальных тепловых двигателей, стоит отметить, что температура холодильника последних не может быть любой. Обычно холодильником считают атмосферу. Принять температуру атмосферы можно только в приближенных расчетах. Опыт показывает, что температура охладителя равна температуре отработанных в двигателях газов, как это происходит в двигателях внутреннего сгорания (сокращенно ДВС).

ДВС – наиболее распространенная в нашем мире тепловая машина. КПД тепловой машины в этом случае зависит от температуры, созданной сгорающим топливом. Существенным отличием ДВС от паровых машин является слияние функций нагревателя и рабочего тела устройства в воздушно-топливной смеси. Сгорая, смесь создает давление на подвижные части двигателя.

Повышения температуры рабочих газов достигают, существенно меняя свойства топлива. К сожалению, неограниченно это делать невозможно. Любой материал, из которого изготовлена камера сгорания двигателя, имеет свою температуру плавления. Теплостойкость таких материалов – основная характеристика двигателя, а также возможность существенно повлиять на КПД.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

КПД или не КПД

Стоит заметить, что помимо КПД существует еще ряд показателей, которые характеризуют эффективность энергетических процессов, и иногда мы можем встретить описания типа – КПД порядка 130%, однако в данном случае нужно понимать, что термин применен не совсем корректно, и, вероятнее всего, автор или производитель понимает под данной аббревиатурой несколько иную характеристику.

К примеру, тепловые насосы отличаются тем, что они могут отдавать больше теплоты, чем расходуют. Так, холодильная машина может отвести от охлаждаемого объекта больше теплоты, чем затрачено в энергетическом эквиваленте на организацию отвода. Показатель эффективности холодильной машины называется холодильным коэффициентом, обозначается буквой Ɛ и определяется по формуле: Ɛ=Qx/A, где Qx – тепло, отводимое от холодного конца, A – работа, затраченная на процесс отвода. Однако иногда холодильный коэффициент называют и КПД холодильной машины.

Интересно также, что КПД котлов, работающих на органическом топливе, рассчитывается обычно по низшей теплоте сгорания, при этом он может получиться больше единицы. Тем не менее, его все равно традиционно называют КПД. Можно определять КПД котла по высшей теплоте сгорания, и тогда он всегда будет меньше единицы, однако в данном случае неудобно будет сравнивать показатели котлов с данными других установок.

Калькуляторы КПД

Calculator от сайта mirtankov.su

Для получения подробной статистики о пользователе выполните следующие действия:

Также внизу есть возможность отслеживать прогресс за определенный период времени.

Расчет КПД от сайта wot-news.com

Каждый пользователь может самостоятельно рассчитать свои показатели, однако, это очень кропотливый и трудоемкий процесс. На этом сервисе можно вводить данные как самостоятельно, так и загрузить из базы данных.

Выполните следующие операции:

Подробную информацию на этом сайте можно получить по ссылке.

Здесь вы сможете посмотреть такие сведения как:

Сервис wot-game.com

Чтобы узнать КПД на этом сайте достаточно выполнить следующее:

Как проверить КПД с помощью сайтов

Есть много сайтов, на которых можно узнать КПД в World of Tanks. Например:

Как узнать КПД в танках, который считается стандартным среди игроков? Это РЭ — рейтинг эффективности (снова не путайте его с тем, что в «Достижениях»). Он показывается на других сайтах и в моде XVM (хотя там можно выбрать, какой рейтинг следует отображать).

Общие сведения

Существуют несколько видов рейтинга для подсчетов. Бегло разберемся в каждом из них.

Данный вид рейтинга является неофициальным, так как на момент его создания другого просто не существовало. Поэтому он не отображает полной картины навыков пользователя, а рассчитывается на основании базовых параметров:

Для поднятия показателя КПД достаточно хорошо играть, повышать перечисленные выше показатели и рейтинг будет расти.

Улучшенная и переработанная формула предыдущей версии, в которой основной упор сделан на урон, а не количество уничтоженных противников. Этот показатель также не является полной статистикой, так как отображает только умение управлять различными танками. Для каждой техники присутствует эталонное значение, с которым сравниваются показатели из базы данных. Повысить рейтинг можно, играя на удобной для вас технике длительное время.

Личный рейтинг (Wargaming)

Официальный рейтинг от создателей игры World of Tanks. В нем учитываются показатели схожие с РЭ, но немного в других аспектах:

Несмотря на это результаты трех рейтингов тесно взаимосвязаны между собой, так как хорошая статистика в одном, будет хорошей и в другом.

Как узнать КПД в World of Tanks

Необходимо ввести в форму ниже свой игровой ник и калькулятор КПД посчитает все за Вас!

Таблица рейтинга эффективности

Используемая формула при подсчете КПД

При подсчете КПД используется формула Рейтинга Эффективности, т.к. она является одной из самых популярных:

где:

Как это работает?

КПД зарегистрированных пользователей запоминается. Таким образом, можно следить за динамикой изменения Рейтинга Эффективности (РЭ). Для того, чтобы увидеть изменения РЭ, необходимо сыграть несколько боев и заново ввести свой ник.Измение КПД в плюс или минус. Отсчет начинается с последней проверки РЭ:

Так же есть возможность посмотреть всю историю изменения КПД в виде графика:

Полезная информация

Считать самому? Ну уж, нет!

Достижения игрока — как один из способов узнать КПД

Калькулятор кпд world of tanks

Взгляд в будущее или смешно названный прибор.

Применения мода Оленемер — как способ узнать КПД в бою

Не стоит зацикливаться на цифрах

Кпд игрока world of tanks

Шанс на победу

Как поднять КПД?

Повышающие факторы

сильно поднимет ваш кпд.

Понижающие факторы

Не рекомендуется использовать артиллерию:

Варианты боя для повышения кпд

Сравнение КПД тепловых двигателей бензиновый и дизельный

Несмотря на схожесть агрегатов, у них различные виды смесебразования.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q₂). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

T₁ – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T₃ – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O₂ – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A₂ и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

где А_шл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

З_л – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

А_р – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Q_ri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q₆ будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q₄, во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q₃, как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q₂ связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия

Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

Полезная работа

При использовании каких-либо механизмов или устройств мы обязательно совершаем работу. Она, как правило, всегда больше той, что необходима нам для выполнения поставленной задачи. Исходя из этих фактов различается два типа работы: это затраченная, которая обозначается большой буквой, А с маленькой з (Аз), и полезная — А с буквой п (Ап). Для примера, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массой на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая, в свою очередь, действует на груз.

В случае когда для подъема применяется какое-либо устройство, кроме силы тяжести булыжника, важно учесть еще и силу тяжести частей этого устройства. И кроме всего этого, важно помнить, что, выигрывая в силе, мы всегда будем проигрывать в пути

Все эти факты приводят к одному выводу, что затрачиваемая работа в любом варианте окажется больше полезной, Аз > Ап, вопрос как раз заключается в том, насколько её больше, ведь можно максимально сократить эту разницу и тем самым увеличить КПД, наш или нашего устройства.

Полезная работа — это часть затрачиваемой, которую мы совершаем, используя механизм. А КПД — это как раз та физическая величина, которая показывает, какую часть составляет полезная работа от всей затраченной.

Итог:

Цикл Карно.

Цикл Карно — это круговой обратимый процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов.

Впервые этот процесс был рассмотрен французским инженером и ученым Н. Л. С. Карно в 1824 г. в книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

Целью исследований Карно было выяснение причин несовершенства тепловых машин того времени (они имели КПД ≤ 5 %) и поиски путей их усовершенствования.

Цикл Карно — самый эффективный из всех возможных. Его КПД максимален.

На рисунке изображены термодинамические процес­сы цикла. В процессе изотермического расширения (1-2) при температуре T₁, работа совершается за счет измене­ния внутренней энергии нагревателя, т. е. за счет подве­дения к газу количества теплоты Q:

Охлаждение газа перед сжатием (3-4) происходит при адиабатном расширении (2-3). Изменение внутренней энергии ΔU₂₃ при адиабатном процессе (Q = 0) полностью преобразуется в механическую работу:

Температура газа в результате адиабатического рас­ширения (2-3) понижается до температуры холодильни­ка T₂ Примеры решения задач

Мод XVM

На момент написания этой статьи модом XVM пользовались более 1,8 млн. пользователей. Этот мод, в первую очередь, известен тем, что отображает общий КПД в танках и статистику для каждой единицы техники. Помимо этого, он отображает статистику для остальных игроков и существенно облегчает игру благодаря отличной модификации мини-карты.

Как посмотреть КПД с помощью мода XVM? Сначала его нужно скачать и установить, а затем авторизоваться на сайте и активировать статистику. Инструкция и другая информация по моду находится на или в сборках модов.

Примечательно, что каждый игрок может настроить мод по своему усмотрению. Для этого была разработана онлайн-программа на том же сайте.

Другие похожие показатели

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов

Основная статья: Тепловой баланс котла

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины

Основные статьи: Тепловой насос, Холодильная машина

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент (англоязычный аналог COP)

где QX <\displaystyle Q_<\mathrm >>
— тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A <\displaystyle A>
— затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

где QΓ<\displaystyle Q_<\Gamma >>
— тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A <\displaystyle A>
— затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

Как рассчитывается КПД

Для начала разберемся, как рассчитывается рейтинг эффективности. Мы говорим не о рейтинге эффективности во вкладке «Достижения» в клиенте игры и на официальном сайте. Это тоже КПД, но его формула расчёта другая. Его реже принимают в расчёт.

Что в основном влияет на рейтинг эффективности игрока:

Уровень техники сильно влияет, потому что за один бой на танке X уровня можно нанести урона столько, сколько нанесёт за 50 боёв танк I уровня. А так как урон и фраги — самые важные факторы в расчёте рейтинга эффективности, улучшить статистику и особенно уровень игры легче на танках высоких уровней (хотя неопытных игроков больше в «песочнице»).

Источник