Adiabatik proses nədir?

İstilikdən istifadə edərək işi yerinə yetirə biləcək bir termal maşın qurmaq üçün müəyyən şərtlər yaratmaq lazımdır. Hər şeydən əvvəl istilik mühərriki bir sıra ardıcıl termodinamik proseslərin bir dövrü meydana gətirdiyi bir çevik rejimdə işləməlidir. Döngə nəticəsində silindrli bir daşınan piston ilə əhatə olunmuş qaz öz işini yerinə yetirir. Lakin dövri olaraq fəaliyyət göstərən bir maşın üçün bir dövr kiçikdir, müəyyən bir müddətdə dövründən vaxt keçirməlidir. Zamanla bölünmüş bir əsrdə həyata keçirilmiş ümumi iş, daha vacib bir anlayışdır - güc.

XIX əsrin ortalarında ilk termal maşınlar yaradılıb. Onlar iş gördülər, amma böyük miqdarda istilik sərf etdilər ki, yanacağın yanması nəticəsində əldə olundu. Daha sonra nəzəri fiziklər suallar soruşdu: "Qaz istilik mühərriki ilə necə işləyir? Minimum yanacaq ilə işdən necə faydalanmaq olar? "

Qaz analizini aparmaq üçün bütün tərif və konsepsiya sistemini tətbiq etmək lazımdır. Bütün təriflərin cəmlənməsi və bütün elmi istiqaməti yaratmışdır: "Texniki termodinamik". Termodinamikdə əsas nəticələrdən tamamilə məhrum olan bir sıra fərziyyələr qəbul edilmişdir. İşçi orqanı - efrezim qaz (təbiətdə mövcud deyil), sıfır həcmdə sıxılmış ola bilən, onun molekulları bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə deyil. Ətrafdakı təbiətdə ideal qazdan fərqlənən olduqca müəyyən xüsusiyyətlərə malik olan yalnız real qazlar var .

İşçi mayesinin dinamikasının modellərini nəzərdən keçirmək üçün termodinamika qanunları aşağıdakı kimi əsas termodinamik prosesləri təsvir etmək təklif edilmişdir:

• İzoçorik proses işçi mayesinin həcmini dəyişmədən yerinə yetirilən bir prosesdir. Isochoric prosesinin vəziyyəti, v = const;
• İzobar prosesi işçi orqanında təzyiq dəyişdirilmədən yerinə yetirilən bir prosesdir. İzobar prosesinin vəziyyəti, P = const;
• Isothermal (izotermik) prosesi istiliyi müəyyən bir səviyyədə saxlayarkən həyata keçirilir. İzotermal prosesin vəziyyəti, T = const;
• Adiyabatik proses (adiabatik, müasir istilik mühəndisliyi adlanır) ətraf mühitlə istilik mübadiləsi olmadan kosmosda həyata keçirilən bir prosesdir. Adiyabatik prosesin vəziyyəti, q = 0;
• Polytrop prosesi yuxarıda adı çəkilən bütün termodinamik prosesləri, eləcə də hərəkətli bir pistonla silindrdə törətmək üçün bütün mümkün olanları təsvir edən ən ümumiləşdirilmiş prosesdir.

İlk istilik mühərriklərinin yaradılması zamanı ən yüksək verimlilik (məhsuldarlıq) əldə edilə biləcəyi bir dövrü axtardıq. Sadi Carnot, termodinamik proseslərin məcmusunu tədqiq edərək, onun dövrünün inkişafına gəldi və adı Carnot dövrü oldu. İzotermal, sonra adiabatik sıxılma prosesini ardıcıl həyata keçirir. İşləyən orqan bu prosesləri yerinə yetirdikdən sonra daxili enerji ehtiyatına malikdir, lakin dövrü hələ tam deyildir, belə ki, işçi vasitələri genişlənir və izotermal genişlənmə prosesini həyata keçirir. Döngəni başa çatdırmaq və işçi orqanının orijinal parametrlərinə qayıtmaq üçün adiabatik genişlənmə prosesi həyata keçirilir.

Carnot, döngüsünün səmərəliliyinin maksimuma çatdığını və yalnız iki izotermin temperaturundan asılı olduğunu sübut etdi. Aralarından fərqli olaraq, daha yüksək olan termal effektivlik. Carnot dövründə istilik maşını yaratmaq cəhdləri əsla meyvəyə gəlmədi. Bu, mümkün olmayan ideal bir dövrüdür. Lakin termodinamikanın ikinci qanununun əsas prinsipini istilik enerjisinin xərclərinə bərabər bir iş əldə etmək mümkün olmadığı barədə sübut etdi . Rudolf Clausius entropiya anlayışını təqdim edən termodinamika ikinci qanunu üçün bir sıra təriflər formalaşdırılmışdır. Onun tədqiqatının əsas nəticəsi entropiyanın daim artdığını və termal "ölüm" gətirib çıxarır.

Clausius ən əhəmiyyətli nailiyyət adiabatik prosesinin mahiyyəti, icra edildiyi zaman, işləyən maddənin entropiyası dəyişməz idi. Buna görə, Clausius adiabatic prosesi s = const edir. Burada s təchizatı və ya istilik aradan qaldırılmadan yerinə yetirilən bir prosesə daha bir isim verən entropiya, isentropik bir prosesdir. Alim entropiyada heç bir artımın baş verməyəcəyi bir istilik maşını belə bir dövrü axtarmağı bacardı. Ancaq təəssüf ki, belə bir şey yarada bilmədi. Buna görə də, bir termal maşının yaradıla bilməyəcəyini ortaya çıxardı.

Amma bütün tədqiqatçılar bu qədər pessimist olmadılar. Termal maşınlar üçün real dövrlər axtarırdılar. Axtarışlarının nəticəsi olaraq, Nikolaus Avqust Otto, indi benzinli mühərriklərdə həyata keçirilən istilik mühərriki öz dövrü yaratdı. Burada işləyici mayelərin sıxılma prosesi və isochoric heat input (yanacaq həcmində yanma) adiabatik prosesi həyata keçirilir, sonra genişləndirilməsi adiabat görünür (iş həcminin artırılması prosesində işçi orqanı tərəfindən həyata keçirilir) və isochoric istilik aradan qaldırılması. Otto dövründə ilk daxili yanma mühərrikləri yanacaq kimi yanan qazları istifadə etdi. Daha sonra karbüratörler ixtira edildi, bu, benzin buxarı ilə benzin havası qarışıqları yaratmağa başladı və onları mühərrik silindrinə bəsləyirdi.

Otto dövründə yanan bir qarışıq sıxılmışdır, buna görə sıxılma dəyəri nisbətən kiçikdir - yanacaq qarışığı patlayırlar (kritik təzyiqlər və temperatur əldə edilərkən partlayırlar). Buna görə, adiabatik sıxılma prosesi altında iş nisbətən kiçikdir. Burada daha bir konsepsiya təqdim olunur: sıxılma dərəcəsi ümumi həcmdən sıxılma həcminə nisbətdir.

Yanacağın enerji səmərəliliyinin artırılması yollarının axtarışı davam etdi. Səmərəliliyin artması sıxılma səviyyəsində artım müşahidə edildi. Rudolf Diesel , istilik tədarükünün sabit təzyiqdə (isobar prosesində) həyata keçirildiyi dövrü inkişaf etdirdi. Döngüsü dizel yanacağından istifadə edən mühərriklər üçün əsasdır (bu da günəş yağıdır). Diesel dövründə yanan qarışıq deyil, hava sıxılır. Buna görə də, iş adyabatik prosesdə aparıldığını söyləyirlər. Sıxılmanın sonunda temperatura və təzyiq yüksəkdir, belə ki enjektorlar enjektorlar vasitəsilə enjekte edilir. İsti hava ilə qarışır, yanan bir qarışıq meydana gətirir. İşçi mayesinin daxili enerjisi artarkən yanar. Bundan əlavə, qazın genişləndirilməsi adiabat boyunca davam edir, işə düşən vuruş edilir.

Termal maşınlarda dizelin dövrünü həyata keçirmək cəhdi uğursuz oldu, buna görə Gustav Trinkler Trinklerin dövrünü yaratdı. Bu günün dizel mühərriklərində istifadə olunur. Trinkler dövründə istilik isochore və sonra isobar tərəfindən verilir. Yalnız sonra iş mühitinin adiabatik genişləndirilməsi həyata keçirilir.

Qarşılıqlı termal maşınlarla müqayisədə, turbinlər fəaliyyət göstərir. Lakin onların içərisində qazın faydalı bir adiyabatik genişləndirilməsi başa çatdıqdan sonra istilik aradan qaldırılması prosesi isobar tərəfindən həyata keçirilir. Qaz turbini və turboprop mühərrikləri olan təyyarələrdə adiabatik proses iki dəfə olur: sıxılma və genişləndirilməsi zamanı.

Adiyabatik prosesin bütün əsas anlayışlarını əsaslandırmaq üçün hesablama formulları təklif edilmişdir. Burada adiabatik eksponent adlanan əhəmiyyətli bir miqdar görünür. Diatomik qazın dəyəri (oksigen və azot havada mövcud olan əsas diatomik qazlardır) 1.4-dir. Adiabatik indeksi hesablamaq üçün iki daha maraqlı xüsusiyyətlərdən istifadə olunur: işçi mayesinin izobar və isochoric istilik imkanları. Onların nisbəti k = Cp / Cv - adiabatik göstəricidir.

Nə üçün adiabatik proses termik maşınların nəzəri dövrlərində istifadə olunur? Əslində, polytropik proseslər aparılır, lakin yüksək sürətlə meydana gəldikləri üçün ətraf mühitlə heç bir istilik mübadiləsi olmadığı ehtimal edilir.

Elektrik enerjisinin 90% -i istilik elektrik stansiyaları tərəfindən yaradılıb. Onlarda su buxarı işçi mayesi kimi istifadə olunur. Qaynar su ilə əldə edilir. Buxarın iş qabiliyyətini artırmaq üçün bu, çox isti olacaqdır. Sonra yüksək təzyiqdə, superheated buxar bir buxar turbininə verilir. Burada da buxar genişlənməsinin adiabatik prosesi baş verir. Türbin rotasiya alır, elektrik generatoruna ötürülür. Öz növbəsində istehlakçılar üçün elektrik enerjisi istehsal edir. Buxar turbinləri Rankine dövrü üzərində işləyir. İdeal olaraq, səmərəliliyin artırılması da su buxarının temperaturu və təzyiqinin artması ilə əlaqədardır.

Yuxarıda göstərildiyi kimi, adiabatik proses mexaniki və elektrik enerjisi istehsalında çox məşhurdur.