§ 15. Цеплавыя рухавікі. Прынцып дзеяння цеплавых рухавікоў і іх ККД. Экалагічныя праблемы выкарыстання цеплавых рухавікоў
Цеплавыя рухавікі. У адыябатным працэсе сіла ціску газу выконвае работу за кошт змянення яго ўнутранай энергіі, а ў ізатэрмічным працэсе — за кошт цеплаабмену паміж тэрмастатам і газам. Адыябатны і ізатэрмічны працэсы расшырэння газу дазваляюць выкарыстоўваць частку ўнутранай энергіі спаленага паліва для выканання механічнай работы.
Цеплавыя рухавікі — рухавікі, у якіх адбываецца ператварэнне часткі ўнутранай энергіі паліва пры згаранні ў механічную работу.
У якасці спрошчанай мадэлі цеплавога рухавіка разгледзім цыліндр, у якім знаходзіцца газ (паветра) пад поршнем. Змесцім на поршань цела масай m і будзем награваць газ у цыліндры (мал. 84, а). Ціск газу ўзрастае, поршань пачынае рухацца і падымае цела на пэўную вышыню Δh (мал. 84, б). Пры гэтым аб’ём газу павялічваецца, гэта значыць сіла ціску газу выконвае работу (А > 0). Аднак у дадзеным выпадку прылада прыдатная толькі для аднаразовага выканання работы, таму такія прылады не знаходзяць прымянення.
Рабочае цела — цела, якое выконвае работу пасля атрымання колькасці цеплаты Q1 ад награвальніка, што знаходзіцца пры тэмпературы Т1, і павінна ў канчатковым выніку вярнуцца ў зыходны стан, каб зноў пачаць такі самы працэс. Такім чынам, першы прынцып дзеяння цеплавых рухавікоў — цыклічнасць (бесперапыннасць) іх работы.
Для вяртання поршня ў зыходнае становішча газ неабходна сціснуць да першапачатковага аб’ёму. Пры гэтым знешняя сіла выконвае работу па сцісканні. Але калі сцісканне будзе адбывацца пры той жа тэмпературы, што і расшырэнне газу, то работа знешніх сіл будзе роўная рабоце сілы ціску газу пры яго расшырэнні. У выніку поўная работа газу за адзін цыкл (расшырэнне — сцісканне) будзе роўная нулю. Таму другі прынцып дзеяння цеплавых рухавікоў — сцісканне газу павінна адбывацца пры больш нізкай тэмпературы Т2, чым яго расшырэнне (мал. 85). У гэтым выпадку поўная работа газу за цыкл дадатная (А > 0) і лікава роўная плошчы фігуры SABCD = SABEF – SDCEF.
Такім чынам, перад сцісканнем рабочае цела неабходна ахаладзіць. Гэта ажыццяўляецца шляхам перадачы колькасці цеплаты Q2 трэцяму целу — халадзільніку. Са сказанага вынікае, што для работы цыклічнага цеплавога рухавіка, акрамя награвальніка і рабочага цела, неабходная наяўнасць халадзільніка.
Схема цеплавога рухавіка прыведзена на малюнку 86. Цеплавы рухавік складаецца з награвальніка, рабочага цела (як правіла, газ) і халадзільніка (атмасфера або вада пры тэмпературы навакольнага асяроддзя — каля 300 К). Энергія, якая выдзяляецца пры згаранні паліва ў награвальніку, перадаецца рабочаму целу (газу) шляхам цеплаперадачы. Пры расшырэнні газу частка яго ўнутранай энергіі ідзе на выкананне работы. Некаторая колькасць цеплаты непазбежна перадаецца халадзільніку.