Xác định hiệu suất của động cơ. Hiệu quả là gì

Chắc hẳn ai cũng từng thắc mắc về hiệu suất (Hệ số hiệu suất) của động cơ đốt trong. Xét cho cùng, chỉ số này càng cao thì bộ nguồn hoạt động càng hiệu quả. Hiện nay được coi là hiệu quả nhất loại điện, hiệu suất của nó có thể lên tới 90 - 95%, nhưng đối với động cơ đốt trong dù là diesel hay xăng thì nói một cách nhẹ nhàng thì còn xa lý tưởng...

Thành thật mà nói thì lựa chọn hiện đạiđộng cơ hiệu quả hơn nhiều so với các động cơ tương tự được ra mắt cách đây 10 năm và có nhiều lý do giải thích cho điều này. Hãy tự suy nghĩ trước đây, phiên bản 1,6 lít chỉ tạo ra 60 - 70 mã lực. Và bây giờ giá trị này có thể đạt tới 130 - 150 mã lực. Đây là công việc cần mẫn để nâng cao hiệu quả, trong đó mỗi “bước” đều được thực hiện bằng cách thử và sai. Tuy nhiên, hãy bắt đầu với một định nghĩa.

- đây là giá trị của tỷ số giữa hai đại lượng, công suất được cung cấp cho trục khuỷu động cơ và công suất mà piston nhận được, do áp suất của các khí được hình thành khi đốt cháy nhiên liệu.

Nói một cách đơn giản, đây là sự chuyển đổi nhiệt năng hoặc nhiệt năng xuất hiện trong quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu (không khí và xăng) thành năng lượng cơ học. Cần lưu ý rằng điều này đã xảy ra, ví dụ như trong Steam nhà máy điện- nhiên liệu cũng đẩy các piston của thiết bị dưới tác động của nhiệt độ. Tuy nhiên, việc lắp đặt ở đó lớn hơn nhiều lần và bản thân nhiên liệu là chất rắn (thường là than hoặc củi), gây khó khăn cho việc vận chuyển và vận hành, phải liên tục “đưa” nó vào lò bằng xẻng. Động cơ đốt trong nhỏ gọn và nhẹ hơn nhiều so với động cơ “hơi nước”, đồng thời nhiên liệu cũng dễ bảo quản và vận chuyển hơn nhiều.

Tìm hiểu thêm về tổn thất

Nhìn về phía trước, chúng ta có thể tự tin nói rằng hiệu suất của động cơ xăng dao động từ 20 đến 25%. Và có nhiều lý do cho việc này. Nếu chúng ta lấy nhiên liệu đến và chuyển nó thành tỷ lệ phần trăm, thì dường như chúng ta nhận được “100% năng lượng” được truyền đến động cơ và sau đó sẽ xảy ra tổn thất:

1)Tiết kiệm nhiên liệu . Không phải tất cả nhiên liệu đều bị đốt cháy, một phần nhỏ trong số đó đi theo khí thải, ở mức độ này, hiệu suất của chúng ta đã giảm tới 25%. Tất nhiên, hiện nay hệ thống nhiên liệu đang được cải tiến, kim phun đã xuất hiện, nhưng nó còn lâu mới đạt đến mức lý tưởng.

2) Thứ hai là tổn thất nhiệtVà . Động cơ tự làm nóng và nhiều bộ phận khác, chẳng hạn như bộ tản nhiệt, thân máy và chất lỏng lưu thông trong đó. Ngoài ra, một phần nhiệt thoát ra theo khí thải. Tất cả điều này dẫn đến mất tới 35% hiệu quả.

3) Thứ ba là tổn thất cơ học . TRÊN tất cả các loại piston, thanh nối, vòng đệm - tất cả những nơi có ma sát. Điều này cũng có thể bao gồm tổn thất do tải của máy phát điện, ví dụ, máy phát điện càng tạo ra nhiều điện thì chuyển động quay của trục khuỷu càng chậm lại. Tất nhiên, chất bôi trơn cũng đã có những tiến bộ, nhưng một lần nữa, vẫn chưa ai có thể khắc phục hoàn toàn ma sát - tổn thất vẫn là 20%.

Vì vậy, điểm mấu chốt là hiệu quả là khoảng 20%! Tất nhiên, trong số các lựa chọn về xăng, có những lựa chọn nổi bật, con số này tăng lên 25% nhưng số lượng không nhiều.

Tức là, nếu ô tô của bạn tiêu thụ 10 lít nhiên liệu trên 100 km thì chỉ có 2 lít trong số đó được sử dụng trực tiếp, còn lại là tổn thất!

Tất nhiên, bạn có thể tăng sức mạnh, chẳng hạn như bằng cách làm nhàm đầu, xem một đoạn video ngắn.

Nếu bạn nhớ công thức thì kết quả là:

Động cơ nào có hiệu suất cao nhất?

Bây giờ tôi muốn nói về các lựa chọn xăng và dầu diesel, và tìm ra loại nào hiệu quả nhất.

Nói một cách đơn giản và không đi sâu vào các thuật ngữ kỹ thuật, nếu bạn so sánh hai yếu tố hiệu quả, thì tất nhiên, động cơ diesel càng hiệu quả hơn và đây là lý do:

1) Máy chạy bằng xăng chỉ chuyển đổi 25% năng lượng thành năng lượng cơ học, nhưng động cơ diesel chuyển đổi khoảng 40%.

2) Nếu bạn trang bị loại động cơ diesel có tăng áp, bạn có thể đạt được hiệu suất 50-53%, và điều này rất đáng kể.

Vậy tại sao nó lại hiệu quả đến vậy? Thật đơn giản - mặc dù có loại công việc tương tự nhau (cả hai đều là động cơ đốt trong), động cơ diesel thực hiện công việc của nó hiệu quả hơn nhiều. Nó có lực nén lớn hơn và nhiên liệu bốc cháy theo nguyên lý khác. Nó nóng lên ít hơn, có nghĩa là tiết kiệm năng lượng làm mát, có ít van hơn (tiết kiệm ma sát) và cũng không có cuộn dây đánh lửa và bugi đánh lửa thông thường, có nghĩa là nó không cần thêm chi phí năng lượng từ máy phát điện. . Nó hoạt động ở tốc độ thấp hơn, không cần phải quay trục khuỷu một cách điên cuồng - tất cả những điều này khiến phiên bản động cơ diesel trở thành nhà vô địch về hiệu quả.

Về hiệu quả sử dụng nhiên liệu diesel

TỪ hơn giá trị cao hệ số hành động hữu ích– theo sau và tiết kiệm nhiên liệu. Vì vậy, ví dụ, động cơ 1,6 lít chỉ có thể tiêu thụ 3–5 lít trong thành phố, ngược lại với loại xăng, mức tiêu thụ là 7–12 lít. Động cơ diesel hiệu quả hơn nhiều; bản thân động cơ thường nhỏ gọn hơn và nhẹ hơn, đồng thời cũng Gần đây và thân thiện với môi trường hơn. Tất cả những khía cạnh tích cực này đạt được nhờ vào Giá trị cao hơn, có mối quan hệ trực tiếp giữa hiệu suất và khả năng nén, hãy nhìn vào tấm nhỏ.

Tuy nhiên, bên cạnh tất cả những ưu điểm, nó cũng có nhiều nhược điểm.

Rõ ràng, hiệu suất của động cơ đốt trong còn lâu mới đạt đến mức lý tưởng, vì vậy tương lai rõ ràng thuộc về các lựa chọn điện - tất cả những gì còn lại là tìm ra loại pin hiệu quả, không sợ sương giá và sạc được lâu.

Sự định nghĩa

Về mặt toán học, định nghĩa về hiệu quả có thể được viết là:

η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)

Ở đâu MỘT- công việc hữu ích (năng lượng), và Q- năng lượng tiêu hao.

Nếu hiệu suất được biểu thị bằng phần trăm thì nó được tính theo công thức:

η = A Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),

Ở đâu Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- nhiệt lấy từ đầu lạnh (trong máy lạnh khả năng lam mat); A (\displaystyle A)

Thuật ngữ được sử dụng cho máy bơm nhiệt là tỷ lệ chuyển đổi

ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),

Ở đâu Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- nhiệt ngưng tụ truyền đến chất làm mát; A (\displaystyle A)- công (hoặc điện) tiêu tốn cho quá trình này.

Trong chiếc xe hoàn hảo Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), từ đây đến chiếc xe lý tưởng ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Chu trình Carnot ngược có các chỉ số hiệu suất tốt nhất cho máy làm lạnh: nó có hệ số hiệu suất

ε = T X T Γ − T X (\displaystyle \varepsilon =(T_(\mathrm (X) ) \over (T_(\Gamma )-T_(\mathrm (X)))),

Ở đâu T Γ (\displaystyle T_(\Gamma )), T X (\displaystyle T_(\mathrm (X) )) -

HỆ SỐ HIỆU QUẢ (hiệu suất) là đặc tính hiệu suất của một hệ thống (thiết bị, máy móc) liên quan đến chuyển hóa năng lượng; được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích (được chuyển thành công trong một quá trình tuần hoàn) trên tổng năng lượng được truyền vào hệ thống.

Hiệu quả

(hiệu suất), đặc tính về hiệu quả của một hệ thống (thiết bị, máy móc) liên quan đến việc chuyển đổi hoặc truyền năng lượng; được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích trên tổng năng lượng mà hệ thống nhận được; thường được ký hiệu là h = Wpol/Wcym.

Trong động cơ điện, hiệu suất là tỷ lệ giữa công cơ học (hữu ích) được thực hiện với năng lượng điện nhận được từ nguồn; trong động cơ nhiệt ≈ tỷ số giữa công cơ học hữu ích và lượng nhiệt tiêu hao; trong máy biến áp điện, tỷ số giữa năng lượng điện từ nhận được ở cuộn thứ cấp và năng lượng tiêu thụ ở cuộn sơ cấp. Để tính hiệu suất các loại khác nhau năng lượng và công việc cơ khíđược biểu thị bằng các đơn vị giống hệt nhau dựa trên đương lượng cơ học của nhiệt và các mối quan hệ tương tự khác. Do tính tổng quát của nó, khái niệm hiệu quả cho phép chúng ta so sánh và đánh giá những hệ thống khác nhau, chẳng hạn như lò phản ứng hạt nhân, máy phát điện và động cơ, nhà máy nhiệt điện, thiết bị bán dẫn, vật thể sinh học, v.v.

Do sự tổn thất năng lượng không thể tránh khỏi do ma sát, sự nóng lên của các vật thể xung quanh, v.v. nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 1. Theo đó, hiệu suất được biểu thị dưới dạng một phần năng lượng tiêu hao, tức là dưới dạng một phần thích hợp hoặc dưới dạng phần trăm, và là một đại lượng không thứ nguyên. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện đạt 35-40%, động cơ đốt trong ≈ 40-50%, máy phát điện và máy phát công suất lớn ≈95%, máy biến áp ≈98%. Hiệu suất của quá trình quang hợp thường là 6≈8%, ở chlorella đạt 20≈25%. Đối với động cơ nhiệt, do định luật nhiệt động thứ hai nên hiệu suất có giới hạn trên được xác định bởi đặc tính của chu trình nhiệt động (quá trình tuần hoàn) mà chất công tác trải qua. Chu trình Carnot có hiệu suất cao nhất.

Có sự khác biệt giữa hiệu suất của một phần tử (giai đoạn) riêng lẻ của máy hoặc thiết bị và hiệu suất đặc trưng cho toàn bộ chuỗi biến đổi năng lượng trong hệ thống. Hiệu suất của loại thứ nhất, tùy theo tính chất chuyển hóa năng lượng, có thể là hiệu suất cơ, nhiệt, v.v.. Loại thứ hai bao gồm các loại hiệu suất tổng quát, kinh tế, kỹ thuật và các loại hiệu suất khác. Hiệu suất tổng thể của hệ thống bằng tích của hiệu suất từng phần hoặc hiệu suất từng giai đoạn.

Trong tài liệu kỹ thuật, hiệu quả đôi khi được định nghĩa theo cách có thể lớn hơn sự thống nhất. Một tình huống tương tự xảy ra nếu hiệu suất được xác định bằng tỷ lệ Wpol/Wcost, trong đó Wpol ≈ năng lượng đã sử dụng nhận được ở “đầu ra” của hệ thống, Wcost ≈ không phải tất cả năng lượng đi vào hệ thống, mà chỉ một phần năng lượng thực tế được sử dụng. chi phí phát sinh. Ví dụ, khi vận hành lò sưởi nhiệt điện bán dẫn (bơm nhiệt), năng lượng tiêu thụ ít hơn lượng nhiệt do nhiệt điện tạo ra. Năng lượng dư thừa được lấy từ môi trường. Trong trường hợp này, mặc dù hiệu suất thực sự của việc lắp đặt nhỏ hơn đơn vị, nhưng hiệu suất được xem xét h = Wpol/Wloss có thể lớn hơn đơn vị.

Lít.: Artobolevsky I.I., Lý thuyết về Cơ chế và Máy móc, tái bản lần thứ 2, M.≈L., 1952; Kỹ thuật nhiệt tổng quát, ed. S. Ya. Kornitsky và Ya. M. Rubinshtein, tái bản lần thứ 2, M.≈L., 1952; Kỹ thuật điện tổng hợp, M.≈L., 1951; Vukalovich M.P., Novikov I.I., Nhiệt động lực học kỹ thuật, tái bản lần thứ 4, M., 1968.

Wikipedia

Hiệu quả

Hiệu quả (Hiệu quả) - đặc tính về hiệu quả của hệ thống liên quan đến việc chuyển đổi hoặc truyền năng lượng. Nó được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích trên tổng lượng năng lượng mà hệ thống nhận được; thường được ký hiệu là η. Hiệu quả là một đại lượng không thứ nguyên và thường được đo bằng phần trăm.

Người ta biết rằng Năng lượng điện truyền qua khoảng cách xa ở điện áp vượt quá mức sử dụng của người tiêu dùng. Việc sử dụng máy biến áp là cần thiết để chuyển đổi điện áp về giá trị yêu cầu, nâng cao chất lượng của quá trình truyền tải điện, đồng thời giảm tổn thất phát sinh.

Mô tả và nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị dùng để hạ hoặc tăng điện áp, thay đổi số pha và trong một số trường hợp hiếm hoi là thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều.

Hiện hữu các loại sau thiết bị:

• quyền lực;
• đo lường;
• năng lượng thấp;
• xung;
• máy biến áp cực đại.

Thiết bị tĩnh bao gồm các bộ phận chính sau: các nguyên tố cấu trúc: hai (hoặc nhiều) cuộn dây và một mạch từ, còn được gọi là lõi. Trong máy biến áp, điện áp được cung cấp cho cuộn sơ cấp và được loại bỏ khỏi cuộn thứ cấp ở dạng chuyển đổi. Các cuộn dây được nối bằng cảm ứng thông qua từ trường trong cốt lõi.

Cùng với các máy biến áp khác, máy biến áp có hệ số hiệu suất (viết tắt là Hiệu quả), Với biểu tượng. Hệ số này biểu thị tỷ lệ năng lượng được sử dụng hiệu quả trên năng lượng tiêu thụ của hệ thống. Nó cũng có thể được biểu thị bằng tỷ lệ giữa công suất tiêu thụ của tải và công suất tiêu thụ của thiết bị từ mạng. Hiệu suất là một trong những thông số chính đặc trưng cho hiệu quả công việc được thực hiện bởi máy biến áp.

Các loại tổn thất trong máy biến áp

Quá trình truyền điện từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp kèm theo tổn thất. Vì lý do này, không phải toàn bộ năng lượng được truyền đi mà là hầu hết năng lượng.

Thiết kế của thiết bị không bao gồm các bộ phận quay, không giống như các máy điện khác. Điều này giải thích sự vắng mặt của tổn thất cơ học trong đó.

Vì vậy, thiết bị có những tổn thất sau:

• điện, trong cuộn dây đồng;
• từ tính, trong lõi thép.

Sơ đồ năng lượng và Định luật bảo toàn năng lượng

Nguyên lý hoạt động của thiết bị có thể được trình bày dưới dạng sơ đồ năng lượng, như trong Hình 1. Sơ đồ phản ánh quá trình truyền năng lượng, trong đó phát sinh tổn thất điện và từ .

Theo sơ đồ, công thức xác định công suất hiệu dụng P 2 như sau:

P 2 =P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

trong đó, P 2 hữu ích và P 1 là năng lượng mà thiết bị tiêu thụ từ mạng.

Biểu thị tổng tổn thất ΔP, định luật bảo toàn năng lượng sẽ có dạng: P 1 =ΔP+P 2 (2)

Từ công thức này, rõ ràng là P 1 được chi cho P 2, cũng như tổng tổn thất ΔP. Do đó, hiệu suất của máy biến áp thu được dưới dạng tỷ số giữa công suất cung cấp (hữu ích) và công suất tiêu thụ (tỷ số P 2 và P 1).

Xác định hiệu quả

Với độ chính xác cần thiết để tính toán thiết bị, các giá trị hiệu suất thu được trước đó có thể lấy từ Bảng số 1:

Như được hiển thị trong bảng, giá trị của tham số trực tiếp phụ thuộc vào tổng công suất.

Xác định hiệu suất bằng phép đo trực tiếp

Công thức tính hiệu quả có thể được trình bày theo nhiều phiên bản:

Biểu thức này phản ánh rõ ràng rằng giá trị hiệu suất của máy biến áp không lớn hơn một và cũng không bằng nó.

Biểu thức sau đây xác định giá trị công suất ròng:

P 2 =U 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)

trong đó U 2 và J 2 là điện áp thứ cấp và dòng điện tải, và cosφ 2 là hệ số công suất, giá trị của hệ số này phụ thuộc vào loại tải.

Vì P 1 =ΔP+P 2 nên công thức (3) có dạng sau:

Tổn hao điện của cuộn sơ cấp ΔP el1n phụ thuộc vào bình phương dòng điện chạy trong nó. Vì vậy, chúng nên được xác định theo cách này:

(6)

Đến lượt nó:

(7)

trong đó r mp là điện trở cuộn dây chủ động.

Do hoạt động của thiết bị điện từ không bị giới hạn ở chế độ định mức nên việc xác định mức tải hiện tại đòi hỏi phải sử dụng hệ số tải, hệ số này bằng:

β=J 2 /J 2н, (8)

trong đó J2n là dòng điện định mức của cuộn thứ cấp.

Từ đây, chúng ta viết biểu thức xác định dòng điện cuộn thứ cấp:

J 2 =β*J 2n (9)

Nếu thay thế đẳng thức này vào công thức (5), chúng ta sẽ nhận được biểu thức sau:

Lưu ý rằng để xác định giá trị hiệu quả sử dụng biểu thức cuối cùng, được đề xuất bởi GOST.

Tóm tắt thông tin được trình bày, chúng tôi lưu ý rằng hiệu suất của máy biến áp có thể được xác định bằng giá trị công suất của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của thiết bị ở chế độ định mức.

Xác định hiệu suất bằng phương pháp gián tiếp

Do các giá trị hiệu suất lớn, có thể bằng 96% hoặc hơn, cũng như tính chất không kinh tế của phương pháp đo trực tiếp, nên hãy tính thông số bằng bằng cấp caođộ chính xác là không thể. Vì vậy, việc xác định nó thường được thực hiện bằng phương pháp gián tiếp.

Tóm tắt tất cả các biểu thức thu được, chúng ta thu được công thức sau để tính hiệu suất:

η=(P 2 /P 1)+ΔP m +ΔP el1 +ΔP el2, (11)

Tóm lại, cần lưu ý rằng tỷ lệ cao Hiệu suất cho biết hoạt động hiệu quả của một thiết bị điện từ. Theo GOST, tổn thất trong cuộn dây và lõi thép được xác định bằng kinh nghiệm hoặc do đoản mạch và các biện pháp nhằm giảm thiểu chúng sẽ giúp đạt được giá trị hiệu suất cao nhất có thể, đó là điều chúng ta cần phấn đấu.

Người ta biết rằng một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn là không thể. Điều này là do thực tế là đối với bất kỳ cơ cấu nào, phát biểu sau đây đúng: tổng công thực hiện nhờ cơ cấu này (bao gồm làm nóng cơ cấu và môi trường, thắng lực ma sát) luôn lớn hơn công việc hữu ích.

Ví dụ, hơn một nửa công do động cơ đốt trong thực hiện bị lãng phí khi đốt nóng các thành phầnđộng cơ; một phần nhiệt được mang đi bởi khí thải.

Thường cần phải đánh giá tính hiệu quả của cơ chế và tính khả thi của việc sử dụng nó. Vì vậy, để tính toán phần nào của công việc đã làm bị lãng phí và phần nào có ích, một phương pháp đặc biệt đại lượng vật lý, điều này cho thấy hiệu quả của cơ chế.

Giá trị này được gọi là hiệu quả của cơ chế

Hiệu suất của một cơ chế bằng tỷ lệ công có ích trên tổng công. Rõ ràng, hiệu quả luôn nhỏ hơn một. Giá trị này thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Nó thường được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp η (đọc “cái này”). Hệ số hiệu quả được viết tắt là hiệu suất.

η = (A_full /A_useful) * 100%,

trong đó η hiệu suất, A_total công việc toàn thời gian, A_công việc hữu ích.

Trong số các động cơ, động cơ điện có hiệu suất cao nhất (lên tới 98%). Hiệu suất của động cơ đốt trong 20% ​​- 40%, tua bin hơi nước khoảng 30%.

Lưu ý rằng đối với nâng cao hiệu quả của cơ chế thường cố gắng giảm lực ma sát. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều loại chất bôi trơn hoặc ổ bi trong đó ma sát trượt được thay thế bằng ma sát lăn.

Ví dụ về tính toán hiệu quả

Hãy xem một ví dụ. Một người đi xe đạp có khối lượng 55 kg cưỡi một chiếc xe đạp có khối lượng 5 kg lên một ngọn đồi cao 10 m, thực hiện công 8 kJ. Tìm hiệu suất của xe đạp. Không tính đến lực ma sát lăn của bánh xe trên mặt đường.

Giải pháp. Hãy tìm tổng khối lượng của xe đạp và người đi xe đạp:

m = 55 kg + 5 kg = 60 kg

Hãy tìm tổng trọng lượng của chúng:

P = mg = 60 kg * 10 N/kg = 600 N

Hãy tìm công thực hiện để nâng chiếc xe đạp và người đi xe đạp:

Có hại = PS = 600 N * 10 m = 6 kJ

Hãy tìm hiệu suất của xe đạp:

A_full / A_useful * 100% = 6 kJ / 8 kJ * 100% = 75%

Trả lời: Hiệu suất của xe đạp là 75%.

Hãy xem một ví dụ khác. Một vật có khối lượng m được treo vào đầu cánh tay đòn. Một lực hướng xuống F được tác dụng lên cánh tay kia và đầu của nó được hạ xuống một đoạn h. Tìm độ cao của vật nếu hiệu suất của đòn bẩy là η%.

Giải pháp. Hãy tìm công mà lực F thực hiện:

η% công này được thực hiện để nâng một vật có khối lượng m. Do đó, Fhη / 100 được dùng để nâng cơ thể lên, vì trọng lượng của cơ thể bằng mg nên cơ thể tăng lên độ cao Fhη / 100 / mg.