Температура в цилиндре дизельного двигателя достигает 1800 °С, карбюраторного двигателя − 2500 °С. Почему у карбюраторного двигателя наиболее высокая температура? Чем ограничено применение высоких температур у паровых турбин?
Бензин выделяет больше тепла, чем дизель. Это связано с принципом работы карбюраторного двигателя и его КПД. У бензинового мотора КПД значительно ниже, а значит сгораемое топливо уходит в тепло.
Применение высоких температур у паровых турбин ограничено изменением свойств материалов. Свойства металлов, длительно работающих при высоких температурах, значительно изменяются:
−снижается прочность и твердость;
−часто металл становится хрупким;
−интенсивнее прпотекают коррозионные процессы;
−возникают и развиваются ползучесть, релаксация и т.п.
Для того чтобы ответить на поставленные вопросы, необходимо рассмотреть основные принципы работы двигателей, а также физические явления, связанные с температурой и ее влиянием на материалы.
Принципы работы двигателей
Дизельный двигатель
Дизельный двигатель работает на принципе воспламенения топлива за счет высокого давления. Топливо впрыскивается в цилиндр в момент, когда воздух уже сжат, и температура воздуха внутри цилиндра достигает значения, достаточного для самовоспламенения дизельного топлива. При этом температура в цилиндре достигает порядка 1800 °С.
Карбюраторный двигатель
Карбюраторные двигатели, работающие на бензине, используют смесь воздуха и топлива, которая предварительно смешивается в карбюраторе. В цилиндре двигателя эта смесь сжимается, а затем воспламеняется электрической искрой (от свечи зажигания). Сгорание бензина происходит более интенсивно, чем дизельного топлива, и выделяет больше тепла, достигая в цилиндре температуры около 2500 °С.
Причины различия температур
Температура в карбюраторном двигателе выше, потому что:
− Энергетическая плотность топлива. Бензин обладает большей теплотворной способностью, чем дизельное топливо. Это означает, что при сгорании одного килограмма бензина выделяется больше энергии в виде тепла.
− Характер сгорания. В карбюраторном двигателе сгорание топливно−воздушной смеси происходит быстрее и интенсивнее благодаря наличию электрической искры, которая инициирует практически мгновенное воспламенение смеси.
− Степень сжатия. У дизельного двигателя степень сжатия выше, но процесс воспламенения дизельного топлива (самовоспламенение) менее интенсивен, чем инициированное внешним источником пламя в карбюраторном двигателе.
Ограничения применения высоких температур у паровых турбин
Паровые турбины работают на принципе преобразования тепловой энергии пара в механическую. Чем выше температура и давление пара, тем больше кинетической энергии можно получить для вращения турбины. Однако применение высоких температур ограничено следующими факторами:
Прочность материалов
При высоких температурах материалы, из которых изготовлены детали турбины, начинают терять прочностные характеристики. Металлы плавятся, становятся хрупкими или подвергаются деформациям, что может привести к разрушению турбины.
Тепловое расширение
При нагревании детали турбины расширяются. Если температура слишком высокая, расширение может стать чрезмерным и вызвать механические напряжения, которые приведут к поломке.
Коррозия и окисление
Высокая температура ускоряет химические реакции, такие как коррозия и окисление металлов. Это сокращает срок службы турбины и требует более частого обслуживания.
Экономические и технические ограничения
Производство материалов, способных выдерживать очень высокие температуры, дорогостоящее. Для повышения температуры требуется сложная инженерная конструкция и использование специальных сплавов, что увеличивает стоимость турбины.
Заключение
Различие температур в двигателях связано с характеристиками топлива и принципами сгорания. Ограничения на применение высоких температур в паровых турбинах связаны с физическими свойствами материалов и экономическими факторами.
Пожауйста, оцените решение
