¿Cuál es la relación entre la presión ambiental y el punto de fusión del hielo?

Un higrómetro es un instrumento que se utiliza para medir la humedad absoluta o relativa del aire, llamado "higrómetro". Hay muchos tipos, incluidos termómetros de bulbo húmedo y seco, higrómetros de cabello, higrómetros de ventilación, higrómetros de registro automático, higrómetros de punto de rocío, etc.

El punto de rocío hace que el vapor de agua contenido en el aire alcance un estado de saturación, y la temperatura a la que se condensa se denomina "punto de rocío". Es una de las formas de expresar la humedad del ambiente. Cuando el vapor de agua no aumenta ni disminuye y la presión del aire permanece sin cambios, el vapor de agua en el aire alcanza la temperatura de saturación debido al enfriamiento. Cuando la diferencia entre la temperatura del aire y el punto de rocío es menor, significa que el aire está más cerca de la saturación y la humedad relativa del aire es mayor. Por ejemplo, bajo una determinada presión de aire, la temperatura del aire medida es de 20°C y el punto de rocío es de 12°C. Como se puede ver en la tabla, la presión de vapor saturado a 20 °C es 2328 Pa (17,54 mmHg) y la presión de vapor saturado a 1402,3 Pa es 65438.

La humedad absoluta del aire es P=1402,3Pa.

El punto de rocío está relacionado con la humedad de la atmósfera. Cuando la humedad relativa de la atmósfera es alta, el punto de rocío es alto; cuando la humedad relativa es baja, el punto de rocío es bajo. Si el punto de rocío está por encima del punto de congelación, se convierte en lluvia, rocío, nubes y niebla. Si está por debajo del punto de congelación se producirán heladas, nieve, granizo, etc.

El aire húmedo se condensa en gotas de agua sobre superficies frías. Esto suele ocurrir al aire libre por la noche. Por ejemplo, al anochecer, las plantas o las rocas irradiarán calor y se enfriarán. Cuando el aire cálido y húmedo circundante entra en contacto con los objetos, alcanza un estado saturado y se convierte en agua cristalina. Este es un fenómeno de licuefacción. Este fenómeno ocurre principalmente entre verano y otoño porque la diferencia de temperatura entre el día y la noche es grande durante este período.

En verano, cuando el sol brilla intensamente durante las lluvias, el vapor de agua del suelo se eleva, formando fácilmente violentas corrientes ascendentes y caóticos cúmulos. Grandes gotas de agua caen formando un aguacero, mezclado con truenos, también conocido como lluvia intensa.

El sol incide sobre el suelo durante el día, y el suelo absorbe y acumula una gran cantidad de calor. Por la noche, el calor comienza a irradiarse al aire, lo que reduce la temperatura del suelo. Si se enfría por debajo del punto de rocío, el vapor de agua cerca del suelo se satura. Este vapor de agua saturado toma el humo y el polvo del aire como núcleo, se condensa en pequeñas gotas de agua y flota en el aire como gas blanco, que es niebla. El diámetro de la gota es de 0,03 mm ~ 0,04 mm. La niebla debe formarse en condiciones de viento extremadamente débil o sin viento, con núcleos de condensación, y el aire debe enfriarse por debajo del punto de niebla. Chongqing y Sichuan en China y Londres en el Reino Unido suelen tener niebla debido a su ubicación geográfica y factores ambientales, por lo que se les llama ciudades de niebla.

El hielo de niebla son pequeños cristales de hielo blancos opacos congelados por la niebla. En una niebla densa, cuando la temperatura desciende por debajo de 0°C, las gotas de agua en la niebla se congelarán en la superficie de los objetos o del hielo. No es un cristal como la escarcha, sino un conjunto de pequeñas partículas de hielo.

El proceso por el que la materia condensada cambia de fase gaseosa a fase líquida se llama condensación, es decir, licuefacción. El vapor se condensa en líquido y libera calor a medida que se condensa. Si el vapor se condensa solo, a menudo se forman gotas de agua en forma de niebla alrededor del núcleo de condensación. Si el vapor y el líquido coexisten, la condensación suele producirse en la superficie del líquido. Ver "Licuefacción".

Durante el proceso de condensación, el vapor de nucleación de condensación generalmente comienza a condensarse alrededor del polvo, partículas de impurezas o partículas cargadas en el gas. Estas partículas que desempeñan un papel en la aglomeración se denominan núcleos de aglomeración. Si no existen tales núcleos de condensación en el vapor, el vapor no se condensará y se convertirá en vapor sobresaturado.

La cámara de burbujas es similar a una cámara de niebla y utiliza líquido sobrecalentado a alta presión para reemplazar el vapor sobresaturado en la cámara de niebla. El líquido utilizado suele ser hidrógeno líquido o propano. Cuando un líquido se sobrecalienta, no hervirá incluso si la temperatura del líquido ha excedido su punto de ebullición normal. En este momento, si pasan partículas cargadas, el líquido se ioniza a lo largo del camino de las partículas. Alrededor de estos iones se crean pequeñas burbujas que muestran la trayectoria de las partículas cargadas.

El proceso de sublimar sustancias sólidas hasta convertirlas en vapor sin pasar por el proceso líquido se llama "sublimación". La sublimación es un proceso endotérmico. Generalmente, la sublimación ocurrirá en cualquier superficie sólida bajo temperatura y presión normales. Por ejemplo, el yoduro de potasio, el hielo seco, el azufre, el fósforo, el alcanfor y otras sustancias tienen fenómenos de sublimación muy importantes. Desde una perspectiva microscópica, el proceso por el cual las moléculas en la superficie del cristal se separan de la atracción de otras moléculas y salen del cristal para convertirse en moléculas de vapor se llama sublimación.

Cuando se calientan a una presión por debajo del punto triple, las sustancias sólidas pueden pasar directamente a la fase gaseosa sin pasar por la fase líquida. Por ejemplo, las bolas de naftalina se vuelven más pequeñas y la ropa que se congela afuera en invierno se secará. Esto es el resultado de la sublimación.

El calor de sublimación es el calor absorbido cuando una unidad de masa de una sustancia se sublima. También es igual a la suma del calor de fusión y el calor de vaporización de la misma sustancia en las mismas condiciones. La sublimación es en realidad un fenómeno en el que las partículas de un cristal se separan directamente de la estructura reticular y se convierten en moléculas de gas. El calor absorbido cuando 1 kg de sustancia puede sublimar se llama calor de sublimación. Si se usa r para representar el calor de sublimación, entonces hay donde m es la masa de la sustancia sublimada; q es el calor absorbido durante la sublimación, y la unidad también es julio/kg.

Durante el proceso de sublimación, las partículas tienen que superar la fuerza de unión entre partículas para realizar el trabajo, por un lado, y, por otro lado, tienen que superar la presión externa para realizar el trabajo. Según la ley de conservación de la energía, en este momento se debe absorber calor del mundo exterior. Por tanto, el calor de sublimación es numéricamente igual a la suma del calor de fusión y el calor de vaporización. La relación es la siguiente

r=λ L.

El hielo seco es dióxido de carbono (CO2) sólido, de color blanco como la nieve, con un punto de fusión de -78,5°C. sublimar directamente del estado sólido al gaseoso. La evaporación a presión normal puede alcanzar una temperatura baja de aproximadamente -80°C, y la evaporación a presión reducida tiene una temperatura aún más baja. Utilizado principalmente en la industria alimentaria y como refrigerante, también puede utilizarse como agente químico para lluvias artificiales.

El proceso en el que la materia condensada cambia directamente del estado gaseoso al estado sólido sin pasar por el estado líquido se denomina "estado condensado". Durante este proceso, la sustancia libera calor, bajando su temperatura. Cuando una unidad de masa de material gaseoso se condensa, el calor liberado se llama calor de sublimación. A una misma temperatura, el calor de sublimación de una misma sustancia es igual a la suma del calor de sublimación, su calor de vaporización y el calor de fusión. Por ejemplo, cuando el vapor de agua en el aire está frío, se condensa directamente sobre la superficie del objeto y se convierte en escarcha.

Escarcha Cuando la temperatura desciende por debajo de los 0°C, el vapor de agua del aire se condensa formando cristales blancos en la superficie de los objetos terrestres sin pasar por el estado líquido, lo que se llama escarcha. Las heladas suelen aparecer en una noche despejada y sin viento o temprano en la mañana. Las heladas tempranas ocurren principalmente a finales de otoño y las heladas tardías a principios de primavera. La aparición de heladas generalmente se ve afectada por áreas locales, aunque es posible que no aparezcan en la misma área en diferentes momentos y en diferentes lugares. Durante la temporada de heladas, suele haber heladas. La escarcha es un signo de condensación. Las primeras heladas en el norte suelen terminar alrededor de octubre, que es el período de las primeras heladas. Durante la temporada de transición entre el frío y el calor, las plantas pueden sufrir daños por congelación cuando la temperatura ambiente desciende a 0°C o menos durante un corto período de tiempo. Pero las heladas no necesariamente llegan cuando aparecen las heladas.

El graupel es un precipitado sólido blanco opaco, esférico o cónico, con un diámetro de 2 a 5 mm mayor que el de una sonrisa. Esto se debe a la colisión entre gotas de agua sobreenfriada y cristales de hielo (o copos de nieve), que rebotan después del aterrizaje y se rompen fácilmente. La mayor parte del graupel cae en nubes con cierta intensidad convectiva antes de las nevadas, y la mayoría cae repentinamente.

El granizo son cubitos de hielo esféricos, cónicos o irregulares de diferentes diámetros, que van desde los 5 a los 50 mm, existiendo también granizos de gran tamaño con un diámetro de unos 30 cm. El granizo cae a menudo desde los cumulonimbus con corrientes ascendentes especialmente fuertes. El granizo suele subir y bajar varias veces con las corrientes de aire en las nubes cumulonimbus, fusionándose constantemente con copos de nieve y gotas de agua a lo largo del camino para formar hielo con capas alternas de capas transparentes y opacas. Cuando aumenta hasta cierto punto, la corriente ascendente no puede soportarlo y cae al suelo, lo que comúnmente se conoce como granizo. El granizo es una tormenta, pero extremadamente dañina.

Diagrama trifásico Cuando un sólido se sublima, si el sólido y su vapor alcanzan el equilibrio dinámico, el vapor en ese momento se llama vapor saturado, y su presión se llama presión de vapor saturado. La curva OS que se muestra en la Figura 2-12p-T se llama curva de sublimación. Representa la relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado cuando están presentes las fases sólida y gaseosa. Siempre que se determine cualquiera de los dos parámetros P y T, se puede determinar el otro parámetro, pero ninguno se puede seleccionar arbitrariamente. El diagrama P-T que se muestra en la Figura 2-12 es un diagrama trifásico. Representa las condiciones para la existencia y transformación mutua de las tres fases de sólido, líquido y gas. Si existe un equilibrio sólido, líquido y gaseoso, entonces la temperatura y la presión son ciertas y no se pueden seleccionar parámetros arbitrariamente. Por lo tanto, el * * * punto de intersección común o de estas tres curvas representa el estado de existencia de las tres fases, por lo que se denomina punto trifásico. Por ejemplo, la temperatura del punto de fase del agua es 0,01 °C (es decir, 273,16 K) y la presión es 546,84 Pa (4,851 mmHg).

Cualquier sustancia tiene su diagrama de fases único, especialmente en la tecnología metalúrgica, esta es una base importante. Dominar el diagrama trifásico puede controlar las condiciones de cambio de fase. Debido a que la existencia trifásica es un sistema inmutable, el punto trifásico es un estado que no se ve afectado por otras condiciones, por lo que la temperatura del punto trifásico es una temperatura determinada. Por lo tanto, se elige la temperatura del punto triple como punto de referencia para configurar la escala de temperatura.

La Ley de Conservación de la Energía En todos los procesos que ocurren en la naturaleza, la energía ni se destruye ni se crea. Sólo puede transformarse de una forma a otra, o de un objeto a otro, sin cambiar la cantidad total de energía. Esta ley se llama "Ley de Transformación y Conservación de la Energía". En otras palabras, pase lo que pase con cualquier sistema cerrado, el valor total de su energía sigue siendo el mismo. Esta ley incluye aspectos tanto cualitativos como cuantitativos. En la naturaleza determina la variabilidad de las formas de energía y afirma numéricamente la conservación de la energía total en la naturaleza. Una disminución de energía siempre va acompañada de un aumento de energía, y su valor es igual al disminuir y al aumentar. Varias formas de movimiento (movimiento mecánico, movimiento térmico, movimiento electromagnético, etc.) tienen energía correspondiente, por lo que esta ley es un resumen de la experiencia humana en la observación e investigación a largo plazo de los fenómenos naturales.

La ingeniería de energía térmica es una disciplina integral que estudia la conversión mutua de energía térmica y energía mecánica, y cómo aplicar racionalmente la energía térmica a la vida y la producción. Se basa en la transferencia de calor y la termodinámica de ingeniería. El principal ámbito de investigación incluye los principios de funcionamiento y estructuras de calderas, máquinas de vapor, turbinas de vapor, motores de combustión interna, turbinas de gas y equipos de refrigeración. La utilización de la energía térmica de los reactores nucleares atómicos, la energía solar y la energía geotérmica también entra dentro del ámbito de la investigación en ingeniería térmica.

Abreviatura de motor térmico. Puede convertir continuamente el calor liberado por la combustión del combustible en energía interna del material mediante transferencia de calor y luego convertirlo en otras formas de energía (como energía mecánica) mediante trabajo. Hay muchos tipos, pero su principio de funcionamiento principal es utilizar expansión de vapor o gas a alta temperatura y alta presión para realizar el trabajo. Los ejemplos incluyen máquinas de vapor, turbinas de vapor, turbinas de gas, motores de combustión interna y motores a reacción. Es una fuente importante de electricidad requerida por los sectores de producción industrial y agrícola, generación de energía y transporte. La fuente de energía térmica es la energía térmica liberada por la quema de combustibles, la energía atómica, la energía solar y la energía geotérmica. Un motor térmico debe tener tres componentes. Uno es el calentador, que es un dispositivo que convierte la energía liberada por el combustible en energía interna del fluido de trabajo; la segunda es la parte de trabajo, que es un dispositivo que permite consumir el fluido de trabajo para realizar trabajo mecánico; el tercero es el condensador, que alberga la parte de trabajo. Un dispositivo para descargar los fluidos de trabajo residuales. Cuando el motor térmico está en funcionamiento, solo una parte del calor obtenido por el fluido de trabajo del calentador se convierte en trabajo mecánico y el resto se transfiere al condensador. El calor obtenido por el fluido de trabajo del calentador es Q1, parte de Q2 es llevado al condensador por el fluido de trabajo residual que realiza el trabajo, y solo Q1-Q2 se convierte en trabajo mecánico.

Todos los motores térmicos de fluido de trabajo utilizan la expansión de gas o vapor para realizar trabajo. Técnicamente, el gas o el vapor a menudo se denominan fluido de trabajo de un motor térmico, o simplemente fluido de trabajo. El medio de trabajo en las máquinas de vapor y las turbinas de vapor es el vapor; el medio de trabajo en los motores de combustión interna es una mezcla de gasolina o diésel y aire.

Una caldera es un generador de vapor a alta presión. En la caldera, la energía química del combustible se convierte en energía interna del vapor. La caldera consta de una cámara de combustión y una caldera. Según sus diferentes estructuras y formas, se pueden dividir en calderas acuotubulares y calderas acuotubulares. Después de que el agua se calienta hasta convertirla en vapor en la tubería de agua o en la caldera, se envía a la parte superior de la caldera a través de la tubería de agua frontal. El vapor saturado en la caldera se envía al sobrecalentador a través de la tubería de vapor y luego se calienta. vapor sobrecalentado. El vapor sobrecalentado se envía al cilindro de la máquina de vapor a través del tubo de gas para empujar el pistón para que realice el trabajo.

La temperatura del humo que sale de la sala de fuego es muy alta, generalmente entre 350°C y 400°C. Por lo tanto, se instala un economizador en la chimenea y el economizador se llena con agua para que el agua pueda precalentarse y calentarse cuando pasen los gases de combustión. Inyectar agua a alta temperatura en la caldera puede evitar cambios drásticos en la temperatura de la caldera.

Las calderas acuotubulares tienen gran capacidad de evaporación, así como las calderas acuotubulares de gran tamaño, las calderas de vapor y los fogones. Generalmente se utilizan en lugares fijos como centrales térmicas. Las calderas de tubos de humo se utilizan en trenes. Tienen una estructura simple y un tamaño pequeño. Se utilizan ampliamente en trenes o fábricas pequeñas.

Cuando la presión del vapor en la caldera sellada por la válvula de seguridad supera un cierto límite, la caldera corre peligro de explotar. Para garantizar una producción segura, varias calderas están equipadas con válvulas de seguridad, que normalmente están cerradas.

Cuando la presión del vapor en la caldera excede un cierto límite, el vapor abrirá la válvula de seguridad y liberará parte del vapor para restaurar la presión en la caldera a un límite seguro y evitar accidentes. La válvula de seguridad es un dispositivo que utiliza el principio de palanca para regular y controlar la presión del vapor.

Una máquina de vapor es un dispositivo que utiliza la circulación de vapor para convertir la energía térmica en energía mecánica. Se introduce vapor a alta temperatura y alta presión en el cilindro de la máquina de vapor, y la expansión del vapor impulsa el pistón del cilindro a moverse alternativamente. Y mediante el uso de vástagos de pistón, crucetas, bielas, manivelas y volantes, el movimiento alternativo del pistón se convierte en rotación del volante. Una locomotora de vapor es un dispositivo propulsado por una máquina de vapor.

Punto estático Cuando la biela, la biela y la manivela de una máquina de vapor están en la misma línea recta, la biela no puede hacer girar la manivela. Esta posición se llama "punto de silencio". Si hay un punto estático, la máquina no puede funcionar. Para que la manivela continúe girando en el punto de descanso, se instala un volante pesado en el cigüeñal. La manivela pasa por el punto de descanso y depende de la inercia de la rotación del volante para mantener la rotación continua de la máquina. Habrá dos puntos muertos en el movimiento alternativo del pistón. También existen puntos estáticos llamados puntos muertos.

Después de que el vapor del condensador se expande y realiza trabajo en el cilindro, la energía interna se ha reducido y generalmente se denomina vapor residual o fluido de trabajo residual. Para que la máquina de vapor continúe funcionando, se debe descargar el fluido de trabajo residual en el cilindro y se debe inhalar el fluido de trabajo nuevo. El dispositivo utilizado para contener el fluido de trabajo residual se llama condensador. Existen diferentes tipos de condensadores según las diferentes necesidades. El condensador de la máquina de vapor de un tren es la atmósfera. Los condensadores comunes incluyen el tipo de chorro y el tipo de tubo de agua. Después de que el fluido de trabajo residual pasa a través del condensador, su temperatura desciende y se condensa en agua. Esta parte del agua tiene menos impurezas y una temperatura del agua más alta. Después del desengrasado y otros tratamientos, se puede enviar a la caldera como agua de alimentación, lo que no sólo puede ahorrar combustible sino también prolongar la vida útil de la caldera.

Eficiencia de la combustión Cuando el combustible se quema en el calentador, debido a un equipo imperfecto, no se puede quemar completamente y toda la energía química liberada durante la combustión no se puede convertir en la energía interna del fluido de trabajo. Supongamos que el calor liberado después de la combustión completa del combustible es Q, y el calor transferido al fluido de trabajo es solo Q1, entonces la eficiencia de la combustión es:

Debido a que el proceso de combustión del combustible se lleva a cabo en la caldera , la eficiencia de la combustión también se denomina eficiencia de la caldera.

Eficiencia térmica El calor Q1 absorbido por el fluido de trabajo del calentador no se puede convertir completamente en trabajo mecánico cuando se realiza el trabajo. Siempre se extrae una parte del calor Q2 de la parte de trabajo del motor térmico. por el fluido de trabajo residual. Por lo tanto, el calor neto convertido en trabajo mecánico es Q1-Q2, y la eficiencia térmica del motor térmico es:

Eficiencia mecánica (calor) El trabajo mecánico convertido en calor Q1-Q2 no se puede transferir al Eje del motor como trabajo útil de salida. Se consume por la fricción en los dispositivos de transmisión, como pistones, crucetas, manivelas y ejes giratorios. Entonces el calor Q3, que equivale al trabajo útil, forma parte de Q1-Q2. Entonces, la eficiencia mecánica de un motor térmico:

Eficiencia total de un motor térmico La eficiencia total de un motor térmico también se denomina eficiencia económica o eficiencia efectiva del motor térmico, a veces llamada simplemente eficiencia. Es la relación entre el calor Q3 equivalente al trabajo útil sobre el eje del motor y el calor Q que puede liberarse cuando el combustible se quema por completo, generalmente expresado como porcentaje. Por lo tanto, la eficiencia general del motor térmico

Se puede ver en la fórmula anterior

es decir

η total = ηcalor de combustión η motor η.

La eficiencia de las máquinas de vapor es muy baja, y la eficiencia de las mejores máquinas de vapor actualmente es de sólo 15. Mejorar la eficiencia de los motores térmicos es una tarea importante en la ingeniería de energía térmica. Generalmente parte de tres aspectos: mejorar la eficiencia de combustión, la eficiencia térmica y la eficiencia mecánica de los motores térmicos. El primero es mejorar el dispositivo de la caldera y mejorar la eficiencia de combustión del motor térmico. Se puede utilizar carbón en polvo en lugar de bloques de carbón, que se pueden rociar en la cámara de combustión, y se puede introducir aire caliente para favorecer la combustión, de modo que el carbón pueda quemarse por completo y liberar calor. Al mismo tiempo, se mejora la estructura de la caldera acuotubular, se aumenta el área de calentamiento de agua y se utilizan economizadores y precalentadores de aire. En segundo lugar, aumente la temperatura y la presión del calentador y reduzca la temperatura y la presión del condensador, mejorando así la eficiencia térmica del motor térmico.

Carnot (ingeniero francés) estudió teóricamente la eficiencia de los motores térmicos y propuso un modelo ideal de motores térmicos con la mayor eficiencia térmica sin pérdida de calor ni pérdida por fricción. La fórmula de cálculo para la eficiencia térmica de un motor térmico ideal es

donde T1 representa la temperatura absoluta del calentador y T2 representa la temperatura absoluta del condensador. Según la fórmula, la principal forma de mejorar. La eficiencia térmica de un motor térmico consiste en aumentar T1 y reducir T2.

Por lo tanto, la fabricación de calderas se está desarrollando actualmente hacia altas temperaturas y altas presiones. Los sobrecalentadores se utilizan en calderas para aumentar la temperatura y la presión del vapor, y se utilizan métodos como el cierre temprano del vapor, la expansión de múltiples etapas y la reducción de la presión del condensador para reducir la temperatura del vapor de escape, mejorando así la eficiencia térmica.

Un motor de combustión interna es una máquina que introduce combustible en un cilindro, quema combustible y aire en el cilindro, produce gas a alta temperatura y alta presión que se expande rápidamente para realizar trabajo e impulsa el pistón a mover. Su calentador está en la parte de trabajo. Para que el motor de combustión interna funcione continuamente, es necesario descargar el gas expandido, recargar combustible y aire y luego se produce la combustión secundaria. Los motores de combustión interna se pueden dividir principalmente en motores de combustión interna Otto y motores de combustión interna diésel. Los motores de combustión interna Otto suelen utilizar gasolina como combustible, mientras que los motores de combustión interna diésel utilizan diésel como combustible.

Un motor de gasolina es un motor de combustión interna que utiliza como combustible gasolina altamente volátil. Un motor de gasolina introduce una mezcla de gasolina atomizada y aire en el cilindro y luego utiliza chispas de electrodos para quemar la mezcla. El gas de alta temperatura y alta presión que se forma durante la combustión hace que el pistón se mueva alternativamente. El movimiento alternativo convierte el movimiento en rotación a través de una manivela, etc.

El proceso de trabajo del motor de combustión interna Otto se puede dividir en cuatro tiempos, a saber, el tiempo de admisión, el tiempo de compresión y el tiempo de potencia (el gas de combustión se expande y realiza trabajo, también llamado tiempo de explosión). ) y la carrera de escape. Estos cuatro tiempos son un ciclo de un motor de combustión interna. A juzgar por las condiciones de trabajo de un motor de combustión interna, la reacción química del gas combustible es su fuente de energía, lo que provoca la alta temperatura del fluido de trabajo; el pistón del cilindro es su parte de trabajo, el fluido de trabajo residual después de que el trabajo se descarga a la atmósfera; , y la atmósfera sirve como condensador. Debido a la alta temperatura (superior a 1500°C) generada por la combustión de la mezcla combustible en el cilindro, la eficiencia del motor de combustión interna es mayor que la del motor de vapor. Cuando el motor de combustión interna Otto está en funcionamiento, aproximadamente el 25% del calor se utiliza como trabajo útil, el 10% del calor se pierde por fricción, el 25% del calor es absorbido por los gases de escape y el 40% del calor. se transfiere al agua de refrigeración fuera del cilindro, por lo que su eficiencia es generalmente de 20 ~ 30. Los motores de combustión interna Otto varían en potencia desde aproximadamente 367,7 vatios (1/2 hp) hasta 1838,8 kW (2500 hp).

El pistón en el punto muerto superior está más alejado del centro del cigüeñal, es decir, el vástago del pistón y la manivela están en línea recta, y el estado de un punto estacionario se denomina "punto muerto superior" .

El punto muerto inferior es la posición donde el pistón está más cerca del centro del cigüeñal, es decir, el vástago del pistón y la manivela están en línea recta. El estado en el que se produce el punto muerto se llama ". punto muerto inferior".

La carrera del pistón es la distancia desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior o desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior, que es la "carrera del pistón", también conocida como "carrera". La distancia entre dos posiciones extremas cuando un pistón en una máquina alternativa oscila en un cilindro. También se refiere al proceso por el cual el pistón recorre esta distancia.

Un motor de combustión interna de cuatro tiempos pasa repetidamente por los procesos de succión, compresión, combustión, expansión y escape. Si el ciclo de admisión, compresión, potencia (combustión, expansión) y escape se completa en cuatro tiempos, se llama cuatro tiempos. El motor de combustión interna correspondiente se denomina motor de combustión interna de cuatro tiempos.

El primer golpe es el de succión. En este momento, el cigüeñal gira hacia abajo, impulsando el pistón hacia abajo. Al mismo tiempo, la leva gira hacia abajo a través del engranaje, lo que hace que la parte convexa de la leva empuje hacia la válvula de admisión y el combustible se mezcle con gasolina atomizada y aire. es aspirado por el cilindro.

El segundo golpe, el de compresión. El cigüeñal impulsa el pistón hacia arriba, la parte convexa de la leva se ha volteado y la válvula de admisión se cierra. Debido a que la leva solo ha girado 1/4, la válvula de escape permanece cerrada. Cuando el pistón se mueve hacia arriba, el gas combustible aspirado durante la primera carrera se comprime, la presión del gas comprimido alcanza 0,6 ~ 1,5 MPa y la temperatura aumenta a aproximadamente 300 °C.

El tercer golpe es el golpe de potencia. Al final de la carrera de compresión, la bujía genera una chispa eléctrica y la mezcla de combustible se quema rápidamente. La temperatura aumenta repentinamente a aproximadamente 2000 °C y la presión alcanza 3 ~ 5 MPa. Los gases de combustión a alta temperatura y alta presión se expanden rápidamente, empujando el pistón hacia abajo para realizar trabajo. En este momento, la manivela gira media vuelta, la leva gira 1/4 y las dos válvulas aún están cerradas.

El cuarto golpe es el de escape. Debido a la inercia del volante, la manivela gira y hace que el pistón se mueva hacia arriba. En este momento, la leva abre la válvula de escape y descarga los desechos fuera del cilindro.

El cuatro tiempos es un ciclo propio de un motor de combustión interna. En cada ciclo, el pistón oscila dos veces, el cigüeñal gira dos veces y las válvulas de admisión y escape se abren una vez.

Si un motor de combustión interna de dos tiempos completa las acciones cíclicas de admisión, compresión, potencia y escape en dos tiempos, se denomina motor de combustión interna de dos tiempos, y el motor de combustión interna correspondiente se denomina un motor de combustión interna de dos tiempos.

La carrera auxiliar se refiere a la carrera de admisión, la carrera de compresión y la carrera de escape. Para realizar un trabajo, estos tres movimientos son preparativos para realizar el trabajo, por eso se denominan movimientos auxiliares.

Además de su labor principal, el motor de combustión interna también cuenta con cuatro sistemas de equipos auxiliares: combustible, encendido, refrigeración y lubricación. El sistema de combustible es principalmente un carburador, que mezcla gasolina y aire en cierta proporción en una mezcla de niebla, que se utiliza como combustible para alimentar el cilindro y se compone de baterías, bobinas, bujías y otros componentes; La bujía está gestionada por un engranaje y puede generar chispas eléctricas en el cilindro a tiempo, provocando que la mezcla comprimida se queme y explote. La parte principal del sistema de refrigeración es la camisa de agua del cilindro situada fuera del cilindro para que el agua pueda fluir hacia el interior. Porque cuando se quema combustible en el cilindro, la temperatura en el cilindro puede aumentar a aproximadamente 2000 °C, y la pared del cilindro y el pistón se calentarán, lo que puede dañar fácilmente las piezas. Por lo tanto, el agua en la camisa de agua en la pared exterior del cilindro absorberá calor y subirá al radiador. Después de enfriar, use una bomba de agua para bombear el agua fría nuevamente a la camisa de agua para circular y enfriar el cilindro. Los pequeños motores de combustión interna y algunos aviones también utilizan aire para reducir el calor, aumentando el área de contacto entre la carcasa del cilindro y el aire y disipando el calor en el aire. Para evitar el desgaste del metal, el sistema de lubricación está equipado con cárteres de aceite, bombas de aceite y otros dispositivos para suministrar aceite lubricante a varias partes de la máquina para reducir las pérdidas por fricción.

Los motores diésel se denominan generalmente motores diésel de combustión interna. Fue diseñado por el ingeniero alemán Diesel a finales de 2019. Su principio de construcción es básicamente el mismo que el del motor de combustión interna Otto. La principal diferencia es que inyecta aceite de motor o diésel como combustible en el cilindro para la combustión, en lugar de utilizar una mezcla de gasolina como combustible. Al mismo tiempo, durante la carrera de compresión, la mezcla combustible no se comprime, sino que simplemente se comprime el aire. El motor de gasolina utiliza una bujía para encender el combustible, mientras que el motor diésel tiene un inyector de combustible en la parte superior que utiliza aire a alta temperatura para encender el diésel, por lo que se denomina encendido por compresión. También tiene cuatro tiempos: el primero es el de succión, que sólo aspira aire del cilindro. La segunda carrera es para comprimir aire. El motor de gasolina solo comprime el volumen de la mezcla de combustible a 1/6 ~ 1/9 al final de la carrera de admisión. Si hay demasiada compresión, la mezcla se quemará debido a que la temperatura aumenta por encima del punto de ignición durante el proceso de compresión, y la máquina retrocederá y no podrá funcionar correctamente. Al final de la carrera de admisión, el motor diésel puede comprimir el volumen de aire a 1/16 ~ 1/22, la presión alcanza aproximadamente 4 MPa y la temperatura puede llegar a 500 ~ 700 °C, superando el punto de ignición. de diésel. El tercer golpe es el golpe de poder. Al final de la carrera de compresión, el diésel se inyecta desde el inyector al cilindro a alta velocidad bajo la acción de alta presión. Las gotas de aceite atomizadas se queman inmediatamente cuando encuentran aire caliente. Debido al largo tiempo de expulsión del diésel, el tiempo de combustión también es largo y la temperatura de combustión alcanza los 2000 °C. El cuarto golpe es el de escape, igual que el de un motor de gasolina.

Relación de compresión La relación entre el volumen máximo de gas después de entrar en el cilindro y el volumen mínimo después de ser comprimido se denomina "relación de compresión". La relación de compresión no puede ser demasiado grande porque está limitada por otras condiciones. En un motor de combustión interna Otto, el gas comprimido es una mezcla de gasolina y aire. Si comprime demasiado, la temperatura aumentará demasiado, lo que posiblemente provocará que el pistón se encienda automáticamente antes de llegar al final de la carrera de compresión. En este punto, el pistón debería haberse movido hacia arriba, pero debido a la expansión del gas de autoignición, se movió hacia abajo. Esto hace que las ruedas giren en sentido contrario, provocando que el vehículo vuelque y provocando graves daños en las piezas de la máquina. La relación de compresión de los motores de combustión interna Otto generalmente no puede exceder de 4 a 5. En un motor diésel de combustión interna, el aire se comprime y la relación de compresión no está limitada por el punto de ignición del combustible líquido y puede aumentarse a 12 ~ 20. Pero no demasiado alto, de lo contrario habrá que utilizar piezas muy pesadas para soportar la presión al final de la compresión.

Turbina de vapor Una turbina de vapor está compuesta por un disco de acero grueso en el centro y palas curvadas a lo largo del borde exterior del disco de acero. Cuando el vapor golpea las palas, la turbina gira y cuanto mayor es la velocidad del vapor, más rápido gira la turbina. Una máquina que utiliza vapor para empujar un impulsor se llama "turbina de vapor".

Cuando el gas fluye desde un espacio de alta presión a un espacio de baja presión, cuanto mayor es la diferencia de presión, mayor es el caudal. Por lo tanto, se utiliza una boquilla en una turbina de vapor para que el vapor sobrecalentado enviado desde el tubo sobrecalentador de la caldera acuotubular comience a expandirse rápidamente cuando es expulsado de la boquilla. Al mismo tiempo, la presión disminuye y la velocidad aumenta. Este vapor tiene mucha energía cinética.

Es decir, la energía interna del vapor se convierte en energía cinética del vapor en la boquilla. Cuando el vapor golpea las palas, su energía cinética se convierte en energía mecánica para la rotación del eje.

Para mejorar la eficiencia en la utilización del vapor, a menudo se utilizan turbinas de impulso de presión de múltiples etapas. En comparación con las máquinas de vapor, con la misma potencia, las turbinas de vapor tienen las ventajas de ser livianas y de tamaño pequeño. No requieren ninguna maquinaria como manivelas o volantes para convertir el movimiento en rotación, por lo que giran de manera uniforme y sin vibraciones. Alta velocidad, hasta 3000 revoluciones por minuto, su desventaja es que solo puede girar en una dirección y no puede retroceder. Las turbinas de vapor deben usarse con calderas de alta presión, por lo que solo pueden usarse en centrales eléctricas o barcos gigantes.

El principio básico de una turbina de gas es muy similar al de una turbina de vapor, la diferencia es que el fluido de trabajo no es vapor sino el gas de combustión tras la combustión del combustible. Las turbinas de gas son motores de combustión interna, por eso también se les llama motores de combustión interna. La estructura consta de cuatro partes: compresor de aire, cámara de combustión, sistema impulsor y dispositivo de recuperación de calor.

La turbina de gas utiliza gas como fluido de trabajo para quemar en la cámara de combustión, convirtiendo la energía química del combustible en energía interna del gas. En la boquilla, la energía interna del gas se convierte en energía cinética del gas y el gas se expulsa a alta velocidad e impacta la rotación del impulsor.

La ventaja de una turbina de gas es que no requiere bielas, manivelas, volantes ni calderas, por lo que es de tamaño pequeño, ligera de peso, tiene una potencia de hasta 65.438.000.000~200.000 kilovatios, y una eficiencia de hasta 60. Se utiliza ampliamente en aviones como unidad de potencia. Sin embargo, la temperatura del vapor rociado sobre el impulsor es tan alta como 1300°C. El impulsor debe estar hecho de aleaciones especiales resistentes al calor, que son difíciles de procesar y costosas. El consumo de combustible es grande, más del doble que el de un motor de gasolina de pistón de la misma potencia, por lo que la turbina de gas es adecuada para aviones y barcos con una potencia de 735 ~ 2205 kW (1000 ~ 3000 HP).

Un motor a reacción de aire es una máquina que utiliza el empuje de retroceso generado cuando se expulsa gas de la cola a alta velocidad para empujar el fuselaje hacia adelante. Cuanto más rápido giran las palas de la hélice de un motor de combustión interna de pistón, mayor es la resistencia y menor es la eficiencia. Por lo tanto, su velocidad no puede exceder los 211 m/s, y este tipo de avión solo puede volar en el aire, por lo que la altura y la velocidad de vuelo son limitadas.

Después de quemar el combustible del motor a reacción en la cámara de combustión, se produce gas a alta temperatura y alta presión, que es expulsado de la cola a una velocidad extremadamente alta y al mismo tiempo genera una reacción. fuerza para empujar el fuselaje hacia adelante. La función del avión es generar directamente empuje de retroceso, convirtiendo la energía interna del combustible en energía cinética del gas y energía mecánica de avance del avión sin pasar por estructuras intermedias de conversión de energía como pistones y hélices, reduciendo así la energía. pérdida y aumento de la velocidad de vuelo de la aeronave.

Los motores a reacción se pueden dividir en dos categorías: motores a reacción de aire y motores a reacción de cohetes. El propio motor a reacción transporta el combustible, lo que requiere el uso de aire exterior para ayudar a quemarlo. Por lo tanto, no es adecuado para volar a grandes altitudes donde el aire es escaso. Hay muchos tipos de motores, como los estatorreactores y las ruedas neumáticas.

Las leyes básicas de la termodinámica suelen tomar la primera y la segunda ley de la termodinámica como leyes básicas de la termodinámica, pero a veces también se añade el teorema de Nernst como tercera ley, y en ocasiones se utiliza la ley de existencia de la temperatura como la ley cero. Generalmente estas cuatro leyes de la termodinámica se denominan colectivamente leyes de la termodinámica. La termodinámica es la teoría macroscópica de los fenómenos térmicos y se basa en estas cuatro leyes.

La ley cero de la termodinámica Si cualquiera de dos sistemas termodinámicos está en equilibrio térmico con un tercer sistema termodinámico, entonces los dos sistemas termodinámicos deben estar en equilibrio térmico. Esta conclusión se llama la "ley cero de la termodinámica". La importancia de la ley cero de la termodinámica radica en su definición de temperatura y cómo se mide. El sistema termodinámico mencionado en la ley se refiere a un objeto o sistema compuesto por una gran cantidad de moléculas y átomos. Proporciona una base experimental para establecer el concepto de temperatura. Esta ley refleja que todos los sistemas termodinámicos en el mismo estado de equilibrio térmico tienen una característica macroscópica, que es una función de estado de igual valor determinada por el estado de estos sistemas de equilibrio térmico mutuo. Esta función de estado se define como temperatura. Y la igualdad de temperaturas es una condición necesaria para el equilibrio térmico. Entonces, esta cantidad física básica refleja esencialmente algunas propiedades del sistema.

La primera ley de la termodinámica es una de las leyes básicas de la termodinámica. Es la expresión de la ley de transformación y conservación de la energía en termodinámica.

Señale que el calor es una forma de movimiento material y explique que el valor que se puede aumentar en un sistema △E (=E2-E1) es igual a la suma del calor Q absorbido por el sistema y el trabajo realizado por el mundo exterior, que se puede expresar como

△E=E2-E1=Q W

Es decir, w q = △ e. Hay dos formas diferentes de cambiar la energía interna del sistema. Los cambios se pueden medir en términos de trabajo y calor transferido. En la fórmula anterior, cuando el mundo exterior realiza trabajo sobre el sistema, w es positivo; si el sistema realiza trabajo externo, w es negativo; Si el mundo exterior transfiere calor al sistema, q es positivo; si el sistema libera calor al exterior, q es negativo. Cuando △E es positivo, significa que la energía interna del sistema está aumentando; si △E es negativo, significa que la energía interna del sistema está disminuyendo.

La primera ley de la termodinámica también se puede describir desde otra perspectiva, es decir, el calor transferido desde el exterior al sistema es igual a la suma del incremento de la energía interna del sistema y el trabajo realizado por el sistema. Si el calor transferido al sistema desde el exterior es Q, el sistema alcanza otro estado de equilibrio a partir de un estado de equilibrio, la energía interna aumenta en E2-E1 y el trabajo externo realizado es w.