ŠILUMINIAI VARIKLIAI Vilniaus „Varpo“ - PowerPoint Presentation

Slide1

ŠILUMINIAI VARIKLIAI

Vilniaus „Varpo“ SG Andrius Vilkevičius IIIB kl.Mokytoja Irena Šauklienė Konkursas ,,Fizikos bandymai aplink mus 2017”

Slide2

Turinys

Turinys

Varikliai

Šiluminiai varikliai

Variklių išradėjai

Vidaus degimo varikliai Keturtakčio vidaus degimo variklio veikimas ir schema Naudingumo koeficientas Uždaviniai Garo ir dujų mašinos Bandymas Garo mašinos veikimo principas Garo ir dujų turbinos istorija Reaktyvieji varikliai Panaudojimas Ekologinės problemos Testas Šaltiniai

Slide3

Kažkada žmogus galėjo pasiliauti tik savo raumenų energija. Energijai perduoti, pakeisti sugalvota daug paprasčiausių mechanizmų. Ir palyginti neseniai pradėta plačiai naudoti naftos, anglių, gamtinių dujų energijos atsargas. Išmokus minėtų medžiagų vidinę energiją paversti mechanine, sukurti šiluminiai varikliai.

Slide4

Varikliai

Variklis (dar motoras) – įrenginys, keičiantis kokios nors rūšies energiją į mechaninį darbą. Mechaniniuose varikliuose darbą dažniausiai atlieka sukdamasis rotorius, slankiodamas stūmoklis ar išmetamas iš reaktyvinės tūtos darbo kūnas

Skirstomi į:

Pirminius – verčiančius gamtinę energiją į mechaninį darbą (Pvz.: garo mašina,

vėjo malūnas,

hidraulinė turbina)Antrinius – verčiančius pirminio variklio transformuotą energiją į mechaninį darbą (Pvz.: elektros variklis

, pneumatinis variklis)

Slide5

Šiluminiai varikliai

Šiluminis variklis – mašina, kurioje vidinė kuro energija paverčiama mechanine.Populiariausi šiluminiai varikliai :Vidaus degimo varikliai (dyzeliniai, benzininiai);Garo mašinos;Garo ir dujų turbinos.Iš visų šiluminių variklių labiausiai paplitę vidaus degimo varikliai.

Slide6

Variklių išradėjai

Pirmasis vidaus degimo variklis buvo išrastas 1860 m. prancūzų išradėjo E.Lenuaro(1822-1900) Keturtaktis vidaus degimo variklis buvo išrastas 1876 m. vokiečių inžinieriaus N.A.Otto (1832-1891). Vidaus degimo variklis be alkūninio veleno (rotorinis) buvo išrastas 1957 m. vokiečio F. Vankelio. 1897 m. dyzelinį variklį išrado Rudolfas Dyzelis. Vidaus degimo varikliai plačiai pradėti naudoti automobiliams, lėktuvams.

Slide7

Vidaus degimo varikliai

Vidaus degimo variklis – variklis, naudojantis energiją, išsiskiriančią iš uždarame degimo skyriuje degančio kuro. Dažniausiai vidaus degimo varikliai yra keturtakčiai.Alkūninis velenas iš pradžių pasukamas starteriu ar rankena. Toliau velenas sukasi iš inercijos. Tris taktus judina stūmoklį, ketvirto takto metu stūmoklis perduoda energiją alkūniniam velenui.

Slide8

Keturtakčio vidaus degimo variklio veikimas ir schema

Pirmasis taktas – įsiurbimas. Sukantis velenui, stūmoklis iš viršutinio kraštutinio taško slenka žemyn, dujos cilindre praretėja, atsidaro įsiurbimo vožtuvas ir pro jį į cilindrą patenka degusis kuro ir oro mišinys. Kai stūmoklis pasiekia kraštutinį tašką, įsiurbimo vožtuvas užsidaro.Antrasis taktas – suspaudimas.

Toliau sukdamasis alkūninis velenas ima kelti stūmoklį į viršų, ir šis spaudžia degųjį mišinį. Abu vožtuvai yra uždaryti. Kai stūmoklis vėl pasiekia kraštutinį viršutinį tašką, degusis mišinys užsidega (nuo žvakės kibirkšties benzininiuose varikliuose, nuo spaudžiamų dujų įkaiti dyzeliniuose varikliuose).

Slide9

Trečiasis taktas – darbas (degimas).

Mišinys uždegamas arba užsidega nuo didelio slėgio, galiausiai sudega. Degant labai padidėja susidariusių dujų slėgis. Jos spaudžia stūmoklį, ir dėl to jis slenka žemyn – atlieka darbą. Leisdamasis stūmoklis priverčia judėti švaistiklį, o šis – alkūninį veleną. Šio takto metu abu vožtuvai yra uždaryti.Ketvirtasis taktas – išmetimas.Stūmoklis nusileidžia iki apatinio kraštutinio taško, atsidaro išmetimo vožtuvas ir pro jį deginiai išmetami iš cilindro lauk, o stūmoklis kyla į viršų. Baigiantis šiam taktui, išmetimo vožtuvas užsidaro.

Slide10

Naudingumo koeficientas

Naudingumo koeficientas parodo atliktojo naudingojo mechaninio darbo ir suvartotos vidinės kuro energijos santykį. Vidaus degimo variklio naudingumo koeficientas būna iki 40%-50%. Šiluminio variklio , kai ir kiekvieno mechanizmo, naudingumo koeficientas visada yra mažesnis už vienetą.Naudingumo koeficientas matavimo vieneto neturi.

Slide11

Maksimalus naudingumo koeficientas

Šiluminis variklis – įrenginys, kuris vidinę energiją verčia darbu.Šiluminio variklio naudingumo koeficientas yraη = A /Q

A- atliktas

darbas, o Q – šiluminio varikliui suteiktas šilumos kiekis. Maksimalus naudingumo koeficientas

gali būtiη m a x = 1 − T 1 /T 2

T 1 - šiluminio variklio aušintuvo temperatūra. T 2 -darbinio kūno

temperatūra. Paprastai darbinis kūnas yra dujos. Toks naudingumo koeficientas yra tik Karno cikle.

Šildytuvas T1

Darbinis kuras

Aušintuvas T2

A

Slide12

Uždaviniai:

I.Primuso naudingumo koeficientas lygus 40%, kas minutė sudega 3 g žibalo. Per kiek laiko šiuo primusu galima sušildyti 1,5 l vandens nuo 100C iki virimo temperatūros.Sprendimasq( žibalo) =4.6 * 107 J/kgPer viena sekunde sudega 3/60=0.05g =0,00005kg

Q=qm

  Q=4.6. 10

7. 0.00005=2300 JN.k

.= 40% =0.4 

N.k.=An/Av;  An=N.k.*Av    An=0.4 .2300=920JQ=cm(t1-t) c= 4200 KJ/kg* 0C ;   m=1.5 kgQ=4200 * 1.5 *90=567000 Jt=567000/920≈567 s≈10 min

Slide13

Uždaviniai

II. Kokiu vidutiniu greičiu važiuoja sunkvežimis, kurio variklis vysto 76,5 kW galią ir suvartoja 64 l benzino 120 km kelio? Variklio naudingumo koeficientas 32 % .Sprendimas Dalis

sudeginto

benzino energijos

virto sukvežimio variklio mechaniniu darbu :

η=A:Q;ηQ=A

Šilumos kiekis, kuris išsikyrė degant benzinui Q=mq ;Sunkvežimio atliktas mechaninis darbas A=Ns/v;Balanso lygtis ηmq=Ns/vv=Ns:ηmq v=76,5 ·10 3 ∙12 ∙10 4 : 0,32 ·4,6 10 7 =14,4 m/s=51,8 km/h.

Slide14

Garo ir

dujų mašinosGaro mašina – tai šiluminis stūmoklinis variklis. Ugnis kaitina katile esantį vandenį kol jis pradeda virti.

Garo turbina – šiluminis variklis, turintis sukamąjį darbo ratą. Ji be tarpinių grandžių (stūmoklio, švaistiklio) sukuria sukamąjį judėjimą. Elektrinėse šios turbinos sujungiamos su elektros srovės generatoriumi.

Yra ir dujų turbinų, kuriose vietoj garo naudojami dujų degimo produktai.

Slide15

Bandymas Garo turbinos veikimo principas.

Įpilame į apvalią kolbą vandens, užkišame vamzdeliu ir vandenį kaitiname. Garai ima veržtis pro vamzdelį ir suks lengvą popierinį malūnėlį.Išvados: Garo turbina, tai Šiluminis variklis , kuris turi sukamąjį darbinį ratą ir vandens garų srauto energija paverčia mechanine energija .

Slide16

Garo mašinos veikimo principas

2. Čia matome, kaip garas (mėlyna) patenka į kairę nuo stūmoklio pusę. Tuo pačiu jau atidirbęs garas (žalia) dešinėje? pro tam tikrą kiaurymę palieka cilindrą. Todėl garas spaudžia stūmoklį dešinėn.1. Ugnis kaitina katile esantį vandenį kol jis pradeda virti. Atsiradęs garo slėgis,

garotekiais

(mėlyna spalva) pasiekia cilindrą.

Slide17

3. Po to kai stūmoklis pasislenka dešinėn, vožtuvas uždaro garo patekimą i kairiąją cilindro pusę ir stūmoklis atsiduria "mirties taške". Nuo čia prasideda stūmoklio kelionė kairėn.

4. Atsidaro kiaurymė garui patekti dešinėn. Garas dabar spaudžia stūmoklį dešinėn. Kairėje esantis atidirbęs garas pasišalina per atsivėrusį išėjimą.

Slide18

Garo mašinos istorija

1712 m. anglų kalvis Thomas Newcomenas (1663–1729) užpatentavo pirmąją garo mašiną. Škotų mechanikas Jamesas Wattas (1736–1819) patobulino Th.Newcomeno idėją ir 1769 m. užpatentavo naujo modelio žemo slėgio garo mašiną. J.Wattas

apskaičiavo, kad jo garo mašina kasybos darbuose pakeičia 12 arklių. Būtent nuo to laiko technikoje paplito arklio galios vienetas. Vėliau

J.Wattas nustatė, kad arklys į 1 m aukštį per 1 sekundę gali pakelti 75 kg krovinį. Taip buvo išmatuota arklio galia. Bet šis arklys buvo labai stiprus ir tokią galią galėjo demonstruoti labai trumpai. Vėlesni bandymai su kitais arkliais parodė, kad tikroji jų galia mažesnė.

Slide19

Garo ir dujų turbinos istorija

Jos veikimo principą dar I amžiuje aprašė Heronas Aleksandrietis, o 1629 m. – italų inžinierius ir architektas Giovanni Branca. Bet tik 1883 m. švedų inžinierius Carlas Gustafas de Lavalis (1845–1913) sukūrė pirmąją garo turbiną.

Šiek tiek anksčiau – 1881-aisiais – turbinomis susidomėjo ir ėmėsi eksperimentų anglų inžinierius

Charlesas Algernonas

Parsonsas (1854–1931). Praėjus trejiems metams jis užpatentavo savo sukurtą reaktyviąją garo turbiną. Netrukus sukūrė generatorių, kuris garų kuriamą mechaninę energiją vertė elektros energija.

Slide20

Reaktyvieji varikliai

Reaktyvinis variklis (lot. Reactio – priešingas veiksmas, atoveikis) – vienas iš dujų turbininių variklių. Pagrindinės reaktyvinio variklio sudedamosios dalys: kompresorius, degimo kamera, turbina, reaktyvinė tūta. Pagrindinis dujų turbininiuose varikliuose naudojamas kuras - žibalas, tačiau pramoniniuose dujų turbininiuose varikliuose gali būti naudojamos dujos ar kitos skysto kuro rūšys. Raketos, reaktyviniai lėktuvai, kosminiai laivai - visa tai įvairūs skriejimo aparatai, varomi reaktyvinių variklių.

Slide21

Reaktyviųjų variklių istorija

Pirmieji skraidančiųjų aparatų su reaktyvine trauka projektai minimi tik 1835 metais. Tai buvo G.Rebensteino ir F.Mattiso projektai. Vokiečių

aviakonstruktorius Ernst

Heinkel 1922 metais Varnemiundėje

įkūrė lėktuvų gamyklą, kuri veikė iki 1945 metų.

1937-ųjų balandžio 12 dieną, buvo stende paleistas ir sėkmingai išbandytas pirmasis pasaulyje turboreaktyvinis variklis. Pirmasis lėktuvas su turboreaktyviniu varikliu pakilo 1939 metų rugpjūčio 27 dieną, tai buvo „Heinkel He 178″ su H. von Ohaino turboreaktyviniu varikliu. Heinkel“ reaktyvinis variklis buvo jauno vokiečių mokslininko Pabst von Ohain kūrinys. 1903 m.broliai O.ir V.Raitai ( JAV ),įrengė sklandytuve 12 kW galios vidaus degimo stūmoklinį variklį, nuskrido pirmuosius 260 m

. Europoje

pirmasis 1906 m. Savo gamybos lėktuvu pakilo A.Santos-

Diumontas

(

Prancuzija

).

Slide22

Panaudojimas

Slide23

Ekologinės problemos

Kasmet į žemę išmetama tūkstančiai tonų teršalų, tokių kaip sieros, azoto oksidų, anglies dioksido, pelenų. Šios medžiagos labai teršia gamta, jos tirpsta vandenyje – žemėje iškrenta rūgštūs lietūs.

Vis labiau teršiant atmosferą, sutrinka pusiausvyra tarp šilumos kiekio, kurį žemė gauna iš saulės, ir šilumos kiekio, kurį žemė atiduoda aplinkai.

Jie sukelia šiltnamio reiškinį.

Jei ir toliau žemės tarša didės gali pradėti tirpti poliariniai ledynai, o tai neigiamai paveiks ir mus, ir pačius ledynų gyventojus.

Šiuo metu pasaulyje jau yra virš milijardo automobilių, 2050 metais pasaulyje gali būti net 2,5 milijardo automobilių. Galima tik įsivaizduoti, kokią įtaką jie darys aplinkai.

Pagalvokite kiek dėl avarijų padarinių, degalų nutėkejimo į vandens telkinius užteršiama gamtos. Išmetamos i miškus nebereikalingos padangos. Vienai automobilio padangai suirti reikia 120–140 metų;

Slide24

Slide25

Testas

1.Kurio takto metu vienas keturtakčio variklio cilindro vožtuvas yra atidarytas? a. Įsiurbimo ir išmetimo; b. Darbo; c. Suspaudimo . 2. Kuris energijos virsmas vyksta važiuojančios mašinos vidaus degimo variklyje? a. Kuro kinetinė energija ---mašinos potencinė energija; b. Kuro vidinė energija ---mašinos mechaninė energija; c. Kuro potencinė energija ---mašinos potencinė energija;3.Kur panaudojama garo turbina? a. Lėktuvuose; b. Hidroelektrinėse; c .Šiluminėse elektrinėse. 4. Kuo skiriasi dviejų rūšių vidaus degimo varikliai? a. Tik naudojamų degalų rūšimi; b. Naudojamų degalų rūšimi ir tuo, kad dyzeliniame variklyje nėra uždegimo žvakės;

c. Tik tuo ,kad dyzeliniame variklyje nėra uždegimo žvakės.

5. Kuris variklis neturi žvakės? a. Dyzelis; b. Rotorinis; c. Keturtaktis.6. Keturi taktai įvyksta, kai velenas apsisuka:

a.4 kartus; b. 2 kartus ; c. 8 kartus. 7.Ar gali variklio naudingumo koeficientas būti: a. Lygus1; b. Didesnis už 1; c. Mažesnis už 1.

Slide26

8.Pirmąjį vidaus degimo variklį sukonstravo: a.

E.Lenuaras; b. D.Vatas.; c. R.Dyzelis. 9.Reaktyvusis variklis pritaikomas: a. Elektrinėse; b. Laivuose; c. Lėktuvuose.10.Ar galima sukonstruoti amžinąjį varikli? a. Neįmanoma; b..Galima; c. Realiai veikianti –ne. ATSAKYMAI: 1.a; 2. b; 3. c; 4.b; 5.a; 6.b; 7.c; 8.a; 9.c; 10.a.

Slide27

Šaltiniai

P.Pečiuliauskienė Fizika 11kl.V.Valentinavičius ;Z.Šliavaitė Fizika 9Mokinio žinynas 5-12 kl.V.Palubinskienė Fizika XI-XII kl.gid.lt/fizika/siluminiai-varikliai-ir-

ju-zala-aplinkai

gid.lt/fizika/siluminiai-varikliaihttps://lt.wikipedia.org/wiki/Šiluminis_variklis