ماشین گرمایی

در ترمودینامیک موتور گرمایی یا ماشین گرمایی به ماشینی گفته می‌شود که انرژی گرمایی را با استفاده از اختلاف دمای بین یک منبع گرما با دیگر دمای پایین‌تر به کار مکانیکی تبدیل می‌نماید.

تاریخچه

موتورهای حرارتی از عهد عتیق شناخته شده هستند اما تنها پس از انقلاب صنعتی در قرن هجدهم به دستگاه‌های مفید و کاربردی تبدیل شدند. آن‌ها به رشد و گسترش خود تا امروز ادامه داده‌اند. نیکولا سعدی کارنو، دانشمند فرانسوی، در سال ۱۸۲۵ میلادی فرمولی را ارائه داد که بر پایهٔ آن بیشترین بازده حاصله را می‌توان محاسبه کرد.

انواع

ماشین‌های گرمایی شامل سه دسته‌اند: ماشین‌های برون‌سوز، ماشین‌های درون‌سوز و جتها.


طرز کار

گرما از مسیر موتور گرمایی از منبع دما بالا به چاه دما پایین منتقل می‌شود در حین این انتقال مقداری از انرژی گرمایی به کار تبدیل می‌شود. اصول کلی کار این ماشین‌ها بر پایهٔ تشدید حرکت مولکول‌ها در پی گرمایش است.


بسیاری از موتورهای گرمایی بر مبنای چرخه‌های رفت و برگشتی کار می‌کنند که در آن‌ها یک قطعه متحرک پیستون در محفظه بسته سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد. عامل این حرکت گاز است که یا در داخل خود سیلندر گرم می‌شود یا خارج از محفظه سیلندر گرم شده و پس از گرم شدن به داخل سیلندر فرستاده می‌شود. انبساط این گاز داغ موجب حرکت پیستون می‌شود. انرژی این حرکت به وسیلهٔ مولکول‌های پرانرژی گاز داغ تأمین می‌شود. پس از انبساط گاز که فشار آن پایین آمده گاز دوباره خنک کاری می‌شود. پس از آن فشار سیل عامل افزایش یافت و از منبع گرما می‌گیرد و به چرخه ادامه می‌دهد.حرکات رفت و برگشتی در بسیاری از کاربردها توسط میل لنگ به حرکات چرخشی تبدیل می‌گردد. لازم است ذکر شود برخی از موتورهای گرمایی مانند توربین گاز و بخار بر مبنای سیکل رفت و برگشتی کار نمی‌کنند و تبادل گرما و کار در داخل توربین انجام می‌شود. همهٔ گرما در این دستگاه‌ها نمی‌تواند تبدیل به کار بشود و بنابراین بازده انرژی در آن‌ها همیشه کم‌تر از ۱۰۰


نگاه کلی

مرتبط

در ترمودینامیک، موتورهای گرمایی اغلب با استفاده از مدل مهندسی استاندارد همچون چرخه‌ای اُتوو مدلسازی می‌شوند. مدل تئوری می‌تواند اصلاح و تقویت شود از طریق داده‌های واقعی از یک موتور عملیاتی و در حال کار، با استفاده از ابزارهایی همچون یک دیاگرام مشخص‌کننده. از آنجاییکه کاربردهای واقعی بسیار کمی از موتورهای گرمایی با چرخه‌های ترمودینامیکی آن‌ها مطابقت دارد، می‌توان گفت که یک چرخة ترمودینامیکی یک نمونه ایده‌آل از موتور مکانیکی است. در هر مورد، درک کامل از یک موتور و بازدة آن، نیازمند دستیابی به درک مناسب (احتمالاً ساده‌سازی شده یا ایده‌آل شده) از مدل تئوری، نکات دقیق و ظریف عملی یک ماشین مکانیکی واقعی و تفاوت‌ها و میان آن دو است. به صورت کلی، تفاوت بیشتر در دما بین منبع گرم و چاه سرد، پتانسیل بازدة گرمایی بیشتر در چرخه را نتیجه می‌دهد. بر روی زمین، سمت سرد هر موتور حرارتی محدود به نزدیک بودن به دمای محیط اطراف است نه کمتر از دمای ۳۰۰ کلوین، بنابراین بیشتر تلاش‌ها برای بهبود بازده‌های ترمودینامیکی موتورهای گرمایی مختلف بر روی افزایش دمای منبع، همراه با محدوده‌های مواد، متمرکز شده‌است. بیشترین بازدة تئوری یک موتور گرمایی (بدون هیچ موتوری که به آن متصل شود) برابر با اختلاف دمای بین انتهاهای گرم و سرد تقسیم بر دما در انتهای گرم است، تمامی دماهای بیان شده، دمای مطلق یا کلوین می‌باشند. موتورهای گرمایی پیشنهاد شده یا استفاده شده، امروزه دارای گستره وسیعی می‌باشند. درصد اتلاف حرارتی با استفاده از گرمای با کیفیت پایین برای توان اقیانوس OTEC درصد برای اکثر موتورهای بنزینی اتومبیل‌ها درصد برای یک جایگاه توان فوق بحرانی با سوخت فسیلی است همچون جایگاه توان Avedore درصد برای توربین گازی سیکل بخار – سرد شده تمامی این فرایندها به بازده خودشان (یا افت وابسته به آن) از افت دماهای مربوط به آن‌ها می‌رسیدند. انرژی قابل توجهی باید برای تجهیزات جانبی، همچون پمپ‌ها، که به‌طور مؤثری کاهنده بازده می‌باشند، مورد استفاده قرار گیرد.

توان

موتورهای گرمایی می‌توانند از طریق توان ویژهٔ آن‌ها مشخص شوند که بر حسب کیلووات بر لیتر جابجایی موتور (در آمریکا نیز بر حسب اسب بخار بر اینچ مکعب است) داده می‌شود. نتیجه یک تقریب از بیشترین توان خروجی یک موتور را پیشنهاد می‌دهد. این امر نباید با بازدة سوخت اشتباه گرفته شود، چرا که بازدة زیاد اغلب نیازمند یک نسبت سوخت – هوای رقیق است و بنابراین دانسیته توان کمتر یک موتور ماشین مدرن با عملکرد زیاد تولید کننده توانی به اندازه 75 KW/L (1.6 Shp/in3) می‌باشد.

مثالهای روزمره

مثالهای از موتورهای گرمایی امروزه شامل یک موتور بخار (برای مثال در قطارها) موتور دیزل، موتور بنزینی در یک اتومبیل است. یک اسباب بازی متداول که یک موتور گرمایی است drinking bird می‌باشد. همچنین موتور استرینگ نیز یک موتور گرمایی است. تمامی این موتورهای گرمایی معروف، از طریق انفجار و اشتعال گازهای حرارت داده شده نیرو می‌گیرند. محیط‌های کلی اطراف چاه‌های حرارتی هستند که نسبتاً گازهای سرد فراهم می‌کنند که به هنگامی که حرارت داده شدند، به سرعت منبسط می‌شوند تا حرکت مکانیکی موتور را فراهم کنند.

مثالهایی از موتورهای گرمایی

ذکر این نکته ضروری است که اگرچه برخی سیکل‌ها دارای یک مکان انفجار (داخلی یا خارجی) هستند، آن‌ها اغلب می‌توانند با یکدیگر کار کنند. برای مثال، جان اریکسون، یک موتور حرارت یافته خارجی را که می‌تواند بر روی یک چرخة بسیار شبیه به سیکل دیزل اجرا شود را توسعه داده است. علاوه بر این، موتورهای حرارت یافته به صورت خارجی می‌توانند همراه با سیکل‌های باز یا بسته کار کنند. موتور حرارتی زمین اتمسفر زمین و هیدروسفر – موتور حرارتی زمین – فرایندهای دوگانه‌ای هستند که به‌طور یکسان حتی خارج از بی تعادلی‌های گرمایی خورشید از طریق تبخیر سطح آب، تبدیل، بارش باران، بادها و چرخة اقیانوس وجود دارند، هنگامی که گرما را در اطراف جهان توزیع می‌کنند. سیستم Hadley یک مثال از موتور حرارتی را فراهم می‌کند. چرخة Hadley با افزایش گرما و رطوبت هوا در نواحی استوایی همراه با کاهش هوای سردتر در نواحی استوایی مطابق با یک چرخة مستقیم با نیرو محرکه گرمایی است، و در نتیجه تولید خالص انرژی جنبشی.

چرخه‌های تغییر فاز

در این سیکل‌ها و موتورها، سیالهای فرایندی، گازها و مایعات می‌باشند. موتور سیال فرایندی را از گاز به مایع، مایع به گاز یا هر دو تبدیل می‌کند و از انبساط یا تراکم سیال، کار تولید می‌کند. چرخة رنکین (موتور بخار قدیمی) چرخة تولید مجدد (موتور بخار مؤثرتر از چرخة رنکین) چرخة رنکین آلی (تغییر فاز مبرد در محدوده‌های دمای یخ و آب مایع داغ) چرخة بخار به مایع (Driulaing bird، تزریق‌کننده، Minto wheel) چرخة مایع به جامد (Frost heaving، تغییر فاز آب از یخ به مایع و برگشت مجدد آن می‌تواند تا cm60 صخره یخی ایجاد کند). چرخه جامد به مایع (یخ خشک کانُن – یخ خشک به گاز تبدیل می‌شود).

تاریخچه

موتورهای حرارتی از عهد عتیق شناخته شده هستند اما تنها پس از انقلاب صنعتی در قرن هجدهم به دستگاه‌های مفید و کاربردی تبدیل شدند. آن‌ها به رشد و گسترش خود تا امروز ادامه داده‌اند.

توسعه موتورهای گرمایی

مهندسان سیکل‌های موتور حرارتی مختلف را مطالعه نموده‌اند در تلاش برای بهبود کار قابل استفاده‌ای که استخراج می‌شود در مقابل توان ورودی داده شده به آنها. سیکل کارنوت نمی‌تواند به سیکل بر پایة گازی دست یابد، اما مهندسان بر روی دو روش برای از بین بردن این محدودیت‌ها کار کرده‌اند، یک روش دستیابی به بازدة بالاتر بدون زیر پا گذاشتن هر نوع قانونی است. ۱. افزایش اختلاف دمای موتور حرارتی. ساده‌ترین روش برای انجام این امر، افزایش دمای سمت گرم است که روشی است که در توربین‌های گازی سیکل ترکیبی مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد. متأسفانه، محدودیت‌های فیزیکی (همچون نقطة ذوب شدن فلزات مورد استفاده در ساخت موتور) و نگرانی‌های زیست‌محیطی در ارتباط با تولید Nox بیشترین دمای قابل کاربرد در موتورهای حرارتی را محدود می‌نماید. بیشترین دمای قابل کاربرد در موتورهای حرارتی را محدود می‌نماید. توربین‌های گازی مدرن در بیشترین دمای ممکن در محدودة دماهای ضروری برای حفظ میزان قابل قبول Nox خروجی کار می‌کنند. روش دیگر افزایش بازده، کم کردن دمای خروجی است. یک روش جدیدی برای انجام این عمل، استفاده از سیالات فرایندی مخلوط شده به لحاظ شیمیایی و سپس استفاده از تغییر رفتار مخلوط هاست. یکی از معروف‌ترین آن‌ها سیکل Kalina می‌باشد که از یک مخلوط ۷۰/۳۰ آمونیاک و آب به عنوان سیال فرایندی خود استفاده نموده‌است. این مخلوط، اجازة تولید توان مفید در دماهای در نظر گرفته شده کمتر از دیگر فرایندها را می‌دهد. ۲. استفاده از خواص فیزیکی سیالات فرایندی می‌باشد. متداول‌ترین مثال استفاده از آب در دمای بحرانی است که بخار فوق بحرانی نامیده می‌شود. رفتار سیالات بالای نقطة بحرانی به صورت رادیکالی تغییر می‌نماید، و با موادی همچون آب و دی‌اکسید کربن، استفاده از تغییراتی در رفتار برای استخراج بازدة ترمودینامیکی بیشتر در موتور حرارتی امکان‌پذیر است، حتی اگر آن سیستم از یک چرخة نسبتاً مرسوم برایتون و رنکین استفاده نماید. یک مادة جدیدتر و امیدوارکننده تر برای چنین کاربردهایی Co2، So2 و زنون می‌باشد که برای برخی کاربردها در نظر گرفته شده‌اند، اگرچه So2 کمی سمی تر از بقیه مواد است. ۳. استفاده از خواص شیمیایی سیال فرایندی است. یک روش جدید و نسبتاً تازه استفاده از سیالات فرایندی نامتعارف می‌باشد که دارای مزیت‌های خواص شیمیایی مناسب می‌باشند. یکی از آنها، دی‌اکسید نیتروزن (No2) است که یک جزء سمی در بخارات شیمیایی است، که دارای یک دی مر طبیعی مانند دی نیتروژن تترواکسید (N2O4) می‌باشد. در دمای پایین، N2O4 متراکم شده‌است و سپس حرارت داده می‌شود. افزایش دما منجر به شکست N2O4 به دو مولکول No2 می‌گردد. این سیالات فرایندی با جرم مولکولی کمتر می‌باشند که به شدت بازدة سیکل را افزایش می‌دهد. ابتدا No2 از طریق توربین منبسط می‌شود، سپس توسط چاه حرارتی خنک شده که باعث می‌شود مجدداً به شکل N2O4 تبدیل شود. سپس این ماده از طریق کمپرسور مجدداً به توربین داده می‌شود. چنین موادی همچون آلومینیوم برومید (Al2Br6)، Nocl و Ga2I6 برای چنین کاربردهایی بررسی شده‌اند. تا به امروز، نقایص آن‌ها اجازة استفاده از آن‌ها را نداده‌اند، علی‌رغم بازده‌ای که می‌تواند حاصل شود و قابل قبول باشد. هر فرایند به صورت زیر است: هم دما (در دمای ثابت، با حرارت اضافه شده نگه داشته می‌شود یا از چشمه یا چاه حذف می‌شود) هم فشار (در فشار ثابت) آریاباتیک (هیچ حرارتی اضافه نشده یا از سیستم حذف نشده در طول فرایند آریاباتیک) ایزوانتروپیک (فرایند برگشت‌پذیر آریاباتیک، هیچ حرارتی گرفته یا داده نمی‌شود در طول فرایند ایزوانتروپیک).

نمونه‌ها

موتور استیرلینگ
پرنده نوشنده

منابع

Read other articles:

Cultural festival originating from Sindh, Pakistan Sindhi Cultural DaySindhi cap, one of the symbols and identified part of Sindhi cultureObserved bySindhi people worldwideLiturgical colorRedTypeCulturalSignificanceHonors the heritage, culture and civilization of Sindh and the ancient Indus Valley civilizationCelebrationsSindhi folk dancingHistorical & Cultural exhibitionsRememberence of History of Sindh and the ancient Indus Valley CivilizationSinging Sindhi folk songs and Sindhi po...

 

 

George HamiltonHamilton pada Agustus 2009LahirGeorge Stevens Hamilton12 Agustus 1939 (umur 84)Memphis, Tennessee, A.S.Tempat tinggalPalm Beach, Florida, A.S.PekerjaanAktorTahun aktif1952–sekarangSuami/istriAlana Stewart ​ ​(m. 1972; c. 1975)​PasanganKimberly Blackford (1997–1999)AnakAshley Hamilton (l. 1974)George Thomas Hamilton (l. 1999) George Stevens Hamilton (lahir 12 Agustus 1939) adalah seorang aktor film dan televisi Amerik...

 

 

Tidal island, and listed archaeological site in Jersey La MotteThe islet in 2012Shown within Channel IslandsAlternative nameGreen IslandLocationVingtaine de Samarès, JerseyCoordinates49°09′38″N 02°04′38″W / 49.16056°N 2.07722°W / 49.16056; -2.07722 La Motte is a tidal island, and listed archaeological site,[1] also known as Green Island, located in the Vingtaine de Samarès in the parish of St Clement on the south-east coast of Jersey, Channel...

Ellesmere-eiland Eiland van Canada Locatie Land Canada Eilandengroep Canadese Arctische Eilanden Locatie Noordelijke IJszee Coördinaten 79°50'0NB, 78°0'0WL Algemeen Oppervlakte 196.235 km² Inwoners 168 (2001) Hoofdplaats Alert Foto's Tanquary-fjord in de zomer Ellesmere-eiland (Engels: Ellesmere Island, Frans: Île d'Ellesmere, Inuit: Umingmak Nuna), in de Noordelijke IJszee, is in grootte het 10e eiland ter wereld en heeft een oppervlakte van 196.235 km². In 2001 telde Ellesmere-eiland ...

 

 

Cincinnati Open 1985, одиночний розряд Cincinnati Open 1985Переможець Борис БекерФіналіст Матс ВіландерРахунок фіналу 6-4, 6-2Дисципліни одиночний розряд парний розряд ← 1984 · Cincinnati Open · 1986 → Докладніше: Cincinnati Open 1985 В одиночному розряді тенісного турніру Cincinnati Open 1985, який н

 

 

Sam Ervin Samuel James „Sam“ Ervin Jr. (* 27. September 1896 in Morganton, North Carolina; † 23. April 1985 in Winston-Salem, North Carolina) war ein US-amerikanischer Jurist und Politiker der Demokratischen Partei, der den Bundesstaat North Carolina in beiden Kammern des Kongresses vertrat. Während seiner Zeit als Senator führte er den Vorsitz im Watergate-Untersuchungsausschuss. Leben Sam Ervin besuchte die öffentlichen Schulen seiner Heimat und danach die University of North ...

Толе́дська архідіоце́зіялат. Archidiœcesis Toletanaісп. Archidiócesis de Toledo Герб Толедський соборТоледський соборЦерква Католицька церкваОбряд римський обряд і Mozarabic RitedКраїна  ІспаніяТериторія провінцій Толедо, Касерес і БадахосПровінція ТоледськаГоловне місто ТоледоДата з...

 

 

Diócesis de Quilmes Dioecesis Quilmen(sis) (en latín) Catedral de la Inmaculada ConcepciónInformación generalIglesia católicaIglesia sui iuris latinaRito romanoSufragánea de arquidiócesis de Buenos AiresFecha de erección 19 de junio de 1976 (como diócesis)Bula de erección Ut spiritualiSedeCatedral de la Inmaculada ConcepciónCiudad sede QuilmesDivisión administrativa provincia de Buenos AiresPaís  ArgentinaCuria diocesana Obispado, Carlos Pellegrini 3280, B1879DLB Quilmes Oes...

 

 

Pour les articles ayant des titres homophones, voir Calambour et Calembourg. Calembours d'Honoré de Balzac. Le calembour est un jeu de mots fondé sur l'homophonie et la polysémie. Le calembour est un trait de l'esprit, à connotation humoristique, qui, par le sens double d'une phrase, permet une approche ironique sur un sujet donné. Il fut souvent utilisé dans cette optique par les journaux satiriques et les chansonniers du début du XXe siècle. Les calembours sont généralement d...

The Italian studio complex Cinecittà, the largest film studio in Europe,[1] where the films were made. Era in Italian filmmaking Hollywood on the Tiber is a phrase used to describe the period in the 1950s and 1960s when the Italian capital of Rome emerged as a major location for international filmmaking attracting many foreign productions to the Cinecittà studios. By contrast to the native Italian film industry, these movies were made in English for global release. Although the prim...

 

 

Sepatu roda artistikSuasana pertandinganInduk organisasiWorld SkateNama lainArtistic roller skatingRoller skatingKarakteristikAnggota timIndividual, duo, atau berkelompokGender campuranYaPeralatanRoller skatesTempat bertandingGelanggang olahragaKeberadaanOlimpiadeTidakPekan Olahraga Dunia1981 – kini Sepatu roda artistik adalah olahraga yang memiliki kemiripan dengan seluncur indah, namun dalam olahraga ini, peserta menggunakan sepatu roda alih-alih sepatu es. Dalam olahraga in...

 

 

Annual fireworks display in Cardiff, Wales Sparks in the Park Sparks in the Park is an annual fireworks display held in Cardiff, Wales on or around Guy Fawkes Night. The event takes place in Cooper's Field in Bute Park, behind Cardiff Castle. It has been held annually since 1981, and has become the most popular fireworks display in Wales, and one of the most popular in the UK, attracting around 20,000 people.[1][2] The event is organised by local charitable and social networki...

Pesantren & Rock n' Roll Season 2Genre Drama Roman Komedi Religi PembuatScreenplay ProductionsSutradaraIqbal RaisPemeran Ali Syakieb Aulia Sarah Ramzi Wawan Wanisar Mario Maulana Ferry Gustian Tatang Gepeng Royhan Hayat Udin Sedunia Penggubah lagu temaUnguLagu pembukaDia Maha Sempurna — UnguLagu penutupDia Maha Sempurna — UnguNegara asalIndonesiaBahasa asliBahasa IndonesiaJmlh. musim3Jmlh. episode21ProduksiProduser Sukhdev Singh Wicky V Olindo Pengaturan kameraMulti-kameraDurasi60 men...

 

 

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This biography of a living person relies too much on references to primary sources. Please help by adding secondary or tertiary sources. Contentious material about living persons that is unsourced or poorly sourced must be removed immediately, especially if potentially libelous or harmful.Find sources: James Max – news ...

 

 

Yacht club in Toronto, Canada Royal Canadian Yacht ClubBurgeeShort nameRCYCFounded1852; 171 years ago (1852)LocationToronto, Ontario, CanadaCommodoreKari MacKay[1]Websitewww.rcyc.ca The foundation stone for the current island clubhouse was laid in 1919 by Prince Edward, Prince of Wales (later King Edward VIII)[2] Kwasind (1912), Royal Canadian Yacht Club launch built by Polson Iron Works RCYC's first island clubhouse, 1881 The Royal Canadian Yacht Club (RCYC)...

The PoliticEditors-In-Chief Rachel Shin Kyra McCreery CategoriesAmerican Politics, International RelationsFrequencyMonthlyPublisherThe Politic, Inc.Founded1947CountryUnited StatesBased inNew Haven, ConnecticutWebsitehttp://www.thepolitic.org The Yale Political Journal's first issue, published in February 1947. The Politic: The Yale College Journal of Politics is a bi-monthly Yale University student publication that traces its roots to 1947, when the Yale Political Journal: A Magazine of Stude...

 

 

Avarol Names Preferred IUPAC name (1R,2S,4aS,8aS)-1,2,4a,5-tetramethyl-2,3,4,7,8,8a-hexahydronaphthalen-1-yl]methyl]benzene-1,4-diol Identifiers CAS Number 55303-98-5 3D model (JSmol) Interactive image ChEMBL ChEMBL459814 ChemSpider 65156 ECHA InfoCard 100.117.944 EC Number 611-252-1 PubChem CID 72185 UNII KZX416VN2B CompTox Dashboard (EPA) DTXSID80203850 SMILES C[C@H]1CC[C@]2([C@H]([C@]1(C)CC3=C(C=CC(=C3)O)O)CCC=C2C)C Properties Chemical formula C21H30O2 Molar mass 314.22458 g/mol ...

 

 

2008 novel by James Patterson The Dangerous Days of Daniel Xtraterrestrial First editionAuthorJames Patterson and Michael LedwidgeCountryUnited StatesLanguageEnglishGenreYoung adult fiction, Science fiction novelPublisherLittle, BrownPublication dateJuly 21, 2008Media typePrint (Hardcover)Pages238 ppFollowed byWatch the Skies  The Dangerous Days of Daniel X is a novel by James Patterson and co-author Michael Ledwidge, written in the same vein as his Maximum Ride series. Patters...

  لمعانٍ أخرى، طالع الحافه السفلى (توضيح). الحافه السفلى (محلة) تقسيم إداري البلد  اليمن المحافظة محافظة إب المديرية مديرية السياني العزلة عزلة هدفان القرية قرية رديع السكان التعداد السكاني 2004 السكان 304   • الذكور 152   • الإناث 152   • عدد الأسر 43   • عدد المسا...

 

 

International sporting eventBasketball at the 2003 Pan American GamesVenuePalacio de los DeportesDatesAugust 2–8, 2003Teams8Medalists  Brazil  Dominican Republic  Puerto Rico«1999 2007» This page shows the results of the basketball tournament at the 2003 Pan American Games, held in the Palacio de los Deportes Virgilio Travieso Soto in Santo Domingo, Dominican Republic from August 2 to August 8, 2003. Men's tournament Group A Group B Brazil Canada Dominican Re...

 

 

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!