Тепловые машины-ликбез
| (не показаны 23 промежуточные версии 11 участников) | |||
| Строка 3: | Строка 3: | ||
Вся теплофизика строится на законах термодинамики газов и сопромате деталей из конструкционных металлических сплавов при высокой рабочей температуре! | 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) | + | 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--- | + | 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 | + | 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 | 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--- | + | {| 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 ----работают годами от космических солнечных батарей | + | 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----температура рабочего тела всегда эквивалентна скорости потока на выходе в м/с | + | Интересная закономерность у всех реактивных систем----начальной температура рабочего тела всегда эквивалентна скорости потока на выходе в м/с... |
Текущая версия на 20:08, 16 августа 2025
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
| 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.[1]
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.
| 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![2]
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. [3]
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.[4]
"Карамельное ракетное топливо" это высушенная смесь водяного раствора 65% калиевой селитры и 35% сахара, можно добавить 5% алюминиевой пудры для красок![5]
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...