Редактирование: Тепловые машины-ликбез

Тепловые машины----автор Книжников ВВ

Все виды тепловых машин ----это  моторы работающие на источнике тепла как аккумуляторе потенциальной энергии методом  окислении горючего-сжигание!

 Вся теплофизика строится на законах термодинамики газов и сопромате деталей из конструкционных металлических сплавов при высокой рабочей температуре!

  Основной критерий эффективности это термический КПД рабочего тела---горячего газа---идеальный КПД=100% х(Тгорения-Твыхлопа)/Тгорения,

где температура  в Кельвинах зависит в первую очередь от геометрической степени сжатия топливно воздушной смеси( ТВС)-компрессии-----например у дизелей доходит до 20 крат и давление при адиабатическом процессе до 40 атмосфер-бар----цикл Карно!
Октановое число топлива делённое на 8 и есть та максимальная геом. степень сжатия ТВС когда ещё не наступила детонация-взрыв с разрушением шатуна! примеры с ориентировочными данными

тип топлива---октан.число---степень сжатия---давление,бар---Тгорения,К

бензин ------------А-72-----------------9---------------------18-----------------1800

бензин ------------А-100---------------12.5------------------25------------------2100

метанол------------А-111----------------14--------------------28-----------------1300

пропан-------------А-108----------------13--------------------26-----------------2000

эфир---------------А-110----------------14--------------------28-----------------1200

керосин----------------------------------20-------------------40-----------------2500

мазут------------------------------------24-------------------48-----------------2000


1)Паровые машины КПДмах=5%----водяной  котел высокого давления с внешним подогревом от спиртовой,газовой, керосиновой, дровяной или угольной горелки! Перегретый пар высокого давления в 5 бар подаётся на лопатки турбины или поршневую камеру мотора, которые крутят вал с механической мощностью электро-генератора на ТЭЦ или колеса транспорта, гребной винт у корабля!

Все Атомоходы это разновидность паровых машин , где вода разогревается от тепловой реакции медленного распада  ядер  радио-активных металлов типа уран 235! вода бегает по замкнутому первичному контуру охлаждения и превращается в перегретый пар высокого давления до 10 бар  и крутит турбину с полным КПДмах=10%!!!

2)Поршневые ДВС  для транспорта делятся на моторы с искровым, калийным и компрессионным зажиганием (дизель) со скорость ламинарного горения ТВС в камере сгорания всего 30м/с!!!

тип ПДВС  ---------раб.объём цил,см3----- КПДмах,%--------горючее----------топливная система-------макс. обороты/мин 

модельные -------------до 30--------------10------------спирт,эфир------- -жиклер с заслонкой--------до 30 000

двухтактные-----------до 200-------------20----------бензин----------атмосферный карбюратор-----------до 8000

трёхтактные Ванкеля---до 500---------- 25----------метанол с нитро-------- турбонаддув---------------до 20 000

четырёхтактные-------до 1000---------------30------------газ,бензин --------------инжектор-----------до 6000

тепловозные дизеля ----до 1м3--------------35------------солярка-----------------инжектор------------до 600

судовые дизеля--------до 10м3----------------40-----------мазут,солярка--------------инжектор-----------до 60


Модельные двигатели для БПЛА обычно двухтактные одноцилиндровые  с рубашкой воздушного охлаждения из  ребер с переднем расположением наклоненного диффузора работающим в режиме динамического воздушного напора, система зажигания на калийных свечах для метанольного топлива спирт 80%--синтетическое масло 20% и методом компрессии для эфирных топлив эфир 33%-----керосин 33%-----касторка 33% по объёму, где температура выхлопной системы доходит до 200грС!!!


 Из за малых размеров и проблемы больших тепловых потерь по закону КУБ-КВАДРАТ имеют полный КПДмах всего 10% и огромную прожорливость по расходу топлива!!

 Имеют повышенную мех. вибрацию из-за одноцилиндр. несбалансированного конструктива поршневой группы и резонансовой  выхлопной системы!!!


Бензиновые двухтактные ДВС обычно двухцилиндровые оппозитного расположения  с встроенным вакуумным топливным  насосом мембранного типа и полноценным серво-управляемым карбюратором для топливной смеси бензина А92 и минерального масла 1/30 Бывают воздушного охлаждения для авиа и сухопутных дронов 110грС и водяного для лодочных моторов 90грС, где температура выхлопной системы доходит до 300грС!!! 

 Все двухтактники хорошо работают только при наличии настроенной в резонанс выхлопной системы, но при этом слишком шумные!!!


Трёхтактные Ванкеля имеют оригинальную конструкцию  и поэтому самые мощные среди поршневых при малом весе и размерах с низкой вибрацией используются на гоночных автомобилях и мотоциклах----минус это низкий ресурс! температура выхлопной системы доходит до 500грС!!! Горючее это нитрометан 20%---метанол 75%---5% синтетическое масло! Турбо наддув повышает литровую мощность до 1500лс на литр!


Многоцилиндровые четырёхтактники самые экономичные и ресурсные ДВС ----топливная система и масляная разделены,обычно водяного охлаждения ! минимальная вибрация и шум среди поршневых! Современные глушители делают звук от выхлопной системы почти не слышамым!!!


3)Все так называемые газотурбинные реактивные двигатели ГТРД с КПДмах=30% работают на очищенном керосине и КПД напрямую зависит от  степени сжатия в выходном контуре  воздушного компрессора доходящего до 20-22 атмосфер у многоступенчатого осевых в  большой авиации и всего 4 бар у центробежной крыльчатки авиамодельной размерности с КПДмах=10%, где температура выхлопной системы доходит до 700грС!!! нет вибраций вообще!!!

 
4)Пульсирующие реактивные двигатели (ПРД)  с КПДмах=15% работаю на низко октановом бензине по принципу детонационного горения (взрыв ТВС) со скоростью до 2км/с и огромным противным шумом до 180 дб с частотой до 1000 гц!!! начальная компрессия происходит от динамического наддува скоростного потока и схлопывание обратной ударной волны от настроенной в резонанс выхлопной трубы,где температура выхлопной системы доходит до 900грС!!!


5)Все химические жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) работают на органическом топливе типа керосин, метан или водород и окислители типа чистый кислород -----топливо подаётся в камеру сгорания под давлением до 350 атмосфер от компрессора омывая и охлаждая стенки сопла Лаваля!самая высокая скорость истечения газов на срезе сопла  у пары водород плюс кислород ----- это  4.2км/с при температуре в 4000К!


6)Твердотопливные ракетные двигатели (ТТРД)  их ещё по старинке называют пороховыми работают на сухих смесях окислителя типа аммиачная селитра и восстановителях типа алюминиевая или магниевая  пудра, а также на синтетических органических порохах!
Скорость истечения газов (плазма) доходит до 2.5км/с при температуре 3000К! обычно используют высоко температурную керамику для конструкции сопла!


7)Электроплазменные ракетные двигатели, где рабочее тело в виде положительно-заряженных ионов лёгких инертных газов разгоняют в мощном магнитном поле--- тяга всего несколько грамм силы, но скорость истечения свыше 10 км/с при температуре свыше 10 000К ----работают годами от космических солнечных батарей с полным КПД=50%!

 Интересная закономерность у всех реактивных систем----температура рабочего тела всегда эквивалентна скорости потока на выходе в м/с!!!