Редактирование: Тепловые машины-ликбез

Тепловые машины----автор Книжников ВВ

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

Все виды тепловых машин ----это  моторы работающие на источнике тепла как аккумуляторе потенциальной энергии методом  окислении горючего!Например сжигание паров бензина в камере сгорания поршневого Двигателя Внутреннего Сгорания (ДВС).

  Основной критерий эффективности это термический КПД рабочего тела горячего газа под давлением---'''КПДдвс=100%(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

{| class="wikitable" style="text-align:center"
!тип топлива
!октан.число
!степень сжатия
!давление,бар
!Тгорения,К
!теплотворность,МДж/кг
|-
|бензин
|А-72
|9
|18
|1800
|43
|-
|бензин
|А-100
|12.5
|25
|2100
|44
|-
|метанол
|А-111
|14
|28
|1300
|30
|-
|пропан
|А-108
|13
|26
|2000
|45
|-
|метан
|А-110
|14
|26
|2000
|50
|-
|эфир
|А-110
|14
|28
|1200
|40
|-
|керосин
|Х
|20
|40
|2500
|43
|-
|мазут
|Х
|24
|48
|2000
|40
|-
|водород
|Х
|30 
|60
|3000
|120
|-
|этанол-питьевой спирт*
|100
|12
|24
|1200
|28
|-
|растительное масло*
|Х
|20
|40
|2000
|40
|}

уголь-бурый,каменный-антрацит-----1000-1500К--------14-28МДж

дрова*,опилки,бумага,картон--------1000К----------14МДж





Дрова, масло и спирт относятся к биотопливу растительного происхождения например методом выжимки маслосодержащих семечек или перегонки забродившего травяного силоса ---с одной тонны сухой травы можно получить 100л чистого спирта в промышленном масштабе!

1)Паровые машины ----водяной  котел высокого давления с внешним подогревом от спиртовой,газовой, керосиновой, дровяной или угольной горелки! Перегретый пар высокого давления в 550 градусов С 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.[https://www.youtube.com/watch?v=pjIMfCbJRAs]

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 100 бар  и крутит турбину с полным КПДмах=40%!

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

{| class="wikitable" style="text-align:center"
!тип ПДВС
!раб.объём цил,см3
!КПДмах,%
!горючее
!топливная система
!макс. обороты/мин
|-
|модельные
|до 10  
|10
|спирт,эфир
|жиклер с заслонкой
|до 30 000
|-
|модельные
|до 50
|15
|бензин
|атмосферный карбюратор
|до 12000
|-
|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 калинных 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 одно-цилиндр. несбалансированного конструктива поршневой группы.
'''

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 слышаемым.


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 30--40 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![https://www.youtube.com/watch?v=CS4p_YbG05c]

 
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. [https://www.youtube.com/watch?v=yNbAXz4RDlk]


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 со сверх звуковым истечением, самая высокая скорость истечения газов на срезе сопла у пары водород плюс кислород ----- это  4.2км/с при температуре горения в 4000К!


6)Твердотопливные ракетные двигатели (ТТРД)  их ещё по старинке называют пороховыми ускорителями работают на сухих смесях окислителя типа аммиачная селитра и восстановителях типа алюминиевая или магниевая  пудра, а также на синтетических органических порохах типа пироксилиновый и другие.  
Скорость истечения газов (плазма) доходит до (2--3)км/с при начальной температуре (2000--3000)К! обычно используют высоко температурную керамику для конструкции сопла.

В ракетомоделизме и праздничной пиротехнике обычно используют низко-энергетический (скорость истечения газов доходит до 1км/с при начальной температуре 1000С) спрессованный высушенный "черный дымный порох" состоящий из смеси пудры смоченной водой до состояния сметаны---типичный состав это 70% натриевая или 75% калиевая селитры типа удобрение, 15% уголь для шашлыков,(10--15)% природная желтая сера.[https://www.youtube.com/watch?v=venrE8gdz30]

"Карамельное ракетное топливо" это высушенная смесь водяного раствора 65% калиевой селитры и 35% сахара, можно добавить 5% алюминиевой пудры для красок![https://www.youtube.com/watch?v=qmTnoNR1k_I]

Начальное типичное соотношение феерверовачного пороха по массе какой-либо селитры (2/3--3/4) и твердого горючего (1/3--1/4) и пару-тройку процентов различного металла для расцветки салюта.
   

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 с полным КПД=50%----работают годами от космических солнечных батарей !

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