Soojusmasin
Inseneriteaduses ja termodünaamikas muundab soojusmootor soojusenergia mehaaniliseks tööks, kasutades kuuma "allika" ja külma "neelduri" vahelist temperatuuri erinevust. Soojus kantakse allikast läbi mootori "töötava keha" "valamusse" ja selle protsessi käigus muutub osa soojusest tööks, kasutades mootori sees oleva gaasi või vedeliku omadusi.
Soojusmootoreid on palju erinevaid. Igaühel neist on oma termodünaamiline tsükkel. Soojusmootorid on sageli nimetatud termodünaamilise tsükli järgi, mida nad kasutavad, näiteks Carnot' tsükkel. Sageli võtavad nad ka igapäevaseid nimetusi, näiteks bensiini- või bensiinimootor, turbiinimootor või aurumootor.
Sisepõlemismootorid tekitavad soojust mootoris endas. Teised soojusmootorid võivad võtta soojust välisest allikast. Soojusmootorid võivad olla õhule avatud või suletud ja väliskeskkonnale suletud (seda nimetatakse avatud või suletud tsükliks).
Joonis 1: soojusmootori skeem. TH on soojusallikas ja TC on külma neeldur. QH on mootorisse voolav soojus. QC on jäätmesoojus, mis läheb külma neeldurisse. W on mootorist väljuv kasulik töö.
Ülevaade
Kui teadlased uurivad soojusmootoreid, tulevad nad välja ideedega mootorite kohta, mida tegelikult ei saa ehitada. Neid nimetatakse ideaalseteks mootoriteks või tsükliteks. Reaalsed soojusmootorid aetakse sageli segamini ideaalsete mootorite või tsüklitega, mida püütakse jäljendada.
Tavaliselt kasutatakse füüsilise seadme kirjeldamisel terminit "mootor". Ideaalse kirjeldamisel kasutatakse terminit "tsükkel".
Võib öelda, et termodünaamiline tsükkel on mehaanilise mootori ideaaljuhtum. Samamoodi võiks öelda, et mudel ei vasta mehaanilisele mootorile päris ideaalselt. Siiski on lihtsustatud mudelitest palju kasu ja ideaaljuhtumitest, mida need võivad esindada.
Üldiselt võib öelda, et mida suurem on temperatuuri erinevus kuuma allika ja külma neelduri vahel, seda tõhusam on tsükkel või mootor. Maal on iga soojusmootori külm pool piiratud selle koha õhutemperatuuriga, kus mootor asub.
Enamik jõupingutusi soojusmootorite tõhususe parandamiseks on suunatud soojusallika temperatuuri tõstmisele, kuid väga kõrgetel temperatuuridel hakkab mootori metall pehmenema.
Erinevate kavandatavate või praegu kasutatavate soojusmootorite tõhusus ulatub 3 protsendist (97 protsenti jäätmesoojusest) OTECi ookeanienergia ettepaneku puhul 25 protsendini enamiku mootorite puhul, 45 protsendini ülikriitilise söeelektrijaama puhul ja umbes 60 protsendini aurujahutusega kombineeritud tsükliga gaasiturbiini puhul. Kõik need protsessid saavutavad oma tõhususe (või selle puudumise) tänu temperatuurilangusele.
Kõige vähem efektiivne OTEC kasutab ookeanivee temperatuurierinevust pinnal ja ookeanivee sügavusest, mis on väike, ehk 25 kraadi Celsiuse erinevus, ja seega peab tõhusus olema madal.
Kõige tõhusam, kombineeritud tsükliga gaasiturbiin põletab maagaasi, et soojendada õhku peaaegu 1530 kraadini, mis on suur temperatuuride vahe 1500 kraadi Celsiuse järgi, ja seega võib kasutegur olla väga suur, kui lisada aurujahutustsükkel.
Igapäevased näited
Inimesed kasutavad enamasti soojusmootoreid, kus soojus pärineb tulest, mis paisutab töövedelikku (tavaliselt kas vett või õhku), ja soojusnõudeks on kas veekogu või atmosfäär, nagu jahutustornis.
Tuntud mootorid, mis kasutavad kuumutatud gaaside paisumist, on näiteks aurumootor, diiselmootor ja auto bensiinimootor (bensiinimootor).
Stirlingi mootor on palju haruldasem, kuid seda leidub väikestes mudelites, mis võivad töötada käesoojusega.
Üheks mänguasja soojusmootoriks on joogilind.
Bimetallliist on seade, mis muudab temperatuuri mehaaniliseks liikumiseks ja mida kasutatakse termostaatides temperatuuri reguleerimiseks. See on soojusmootor, mis ei kasuta vedelikku ega gaasi.
Seotud leheküljed
- Soojuspump
Küsimused ja vastused
K: Mis on soojusmootor tehnikas ja termodünaamikas?
A: Soojusmootor on seade, mis muundab soojusenergia mehaaniliseks tööks, kasutades kuuma "allika" ja külma "neelduri" vahelist temperatuuride erinevust.
K: Kuidas töötab soojusmootor?
V: Soojus kantakse allikast läbi mootori töötava keha valamusse ja selle protsessi käigus muundatakse osa soojusest tööks, kasutades mootori sees oleva gaasi või vedeliku omadusi.
K: Millised on soojusmootoritega seotud termodünaamilised tsüklid?
V: On olemas palju erinevaid soojusmootoreid, millest igaühel on konkreetne termodünaamiline tsükkel. Need on nimetatud termodünaamilise tsükli järgi, mida nad kasutavad, näiteks Carnot' tsükkel.
K: Millised on mõned näited soojusmootoritest, mis on nimetatud igapäevaste esemete järgi?
V: Mõned näited igapäevaste esemete järgi nimetatud soojusmootoritest on bensiini/bensiinimootorid, turbiinimootorid ja aurumootorid.
K: Kuidas tekitavad sisepõlemismootorid soojust?
V: Sisepõlemismootorid tekitavad soojust mootoris endas.
K: Kas soojusmootorid võivad olla õhus avatud?
V: Jah, soojusmootorid võivad olla õhule avatud või suletud ja väliskeskkonnale suletud. Seda nimetatakse avatud või suletud tsükliks.
K: Kas kõik soojusmootorid neelavad soojust välisest allikast?
V: Ei, kuigi mõned soojusmootorid võivad absorbeerida soojust välisest allikast, võivad teised toota soojust mootoris endas.
