Основы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Издание II

dH – потенциальная энергия взаимодействия молекул газа,

dK + dH = dU – изменение внутренней энергии системы молекул в результате подвода теплоты.

Поэтому 1-й закон термодинамики записывается как:

    dQ = dU + pdV
и формулируется следующим образом: количество теплоты dQ, подводимое к системе газа, затрачивается на изменение ее внутренней энергии dU и совершение внешней работы dL (которая является непосредственно полезной).

Для того, что бы двигатель совершал при этом практическую работу нужно организовать круговой процесс и периодическое его повторение, поэтому требуется непрерывное повторение процесса расширения рабочим телом (газом).Это может достигаться следующим образом:

1способ: непрерывное удаление из двигателя старого расширившегося рабочего тела и подача нового, которое также будет расширяться,

2способ: рабочее тело после расширения возвращается в исходное состояние путем сжатия, а потом снова расширяется (но на его сжатие должна тратиться работа внешних сил).

Современные двигатели работают по 1-му способу, отчасти используя 2-й. Однако смысл в данном случае сохраняется, так как разница между подводимым теплом и отводимым, определяется совершенной работой самого расширяющегося газа и непосредственно над ним при сжатии. Отсюда возникает понятие о коэффициенте полезного действия тепловой машины как двигателя, который представляет собой отношение количества теплоты, превращенной непосредственно в работу к количеству затраченной теплоты.

Таким образом, исторический смысл второго закона термодинамики, сформулированного С. Карно, а также Т.У.Кельвиным заключается в том, что он формулирует возможность и направление совершения термодинамического процесса и определяет понятие теплового двигателя: «…повсюду, где имеется разность температур, может происходить возникновение движущей силы…,нельзя надеятся использовать всю движущую силу топлива…,невозможно построить вечный двигатель…» (как и еще одна формулировка первого закона термодинамики) – нельзя построить периодически действующую машину, все действия которой сводились бы к производству механической работы и охлаждению одного и того же источника теплоты… Практический же смысл его на сегодня можно привести непосредственно к понятию о коэффициенте полезного действия.

Виды и элементарный состав топлива

Топливом называют горючие вещества, применяемые для получения теплоты при их сжигании. Основные виды топлив: твердые (различные типы углей),жидкие (нефтяные фракции), газообразные (природный и промысловый газ).

Твердые топлива используются в основном для топочных устройств или регенераторов, которые в настоящее время для современных типов двигателей уже практически не используются за исключением паровых котлов и турбин, и бывают следующих видов: древесина, торф, ископаемый уголь, горючие сланцы.

В качестве топлива используются различные виды, обладающие различными качествами, составом, каллорийностью и другими характеристиками. Различают следующие основные виды топлив двигателей различных типов: бензины, дизельные топлива, сжатые и сжиженные газы, спиртовые, рапсовые и прочие технические растворители. Кроме того, для турбинных двигателей и других генераторов может использоваться также водяной пар, как вторичный энергоноситель при сжигании первичного (например, углей различных типов или высококалорийного газа ацетилена) и т. п.