Horkovzdušný motor - Hot air engine

Termodynamika
Klasický Carnotův tepelný motor
Pobočky Klasický Statistický Chemikálie Kvantová termodynamika Rovnováha  / nerovnováha
Zákony Zeroth za prvé Druhý Třetí
Systémy Stát Stavová rovnice Ideální plyn Skutečný plyn Stav hmoty Rovnováha Ovládejte hlasitost Nástroje Procesy Izobarický Izochorický Izotermický Adiabatický Isentropic Isenthalpic Kvazistatický Polytropní Bezplatná expanze Reverzibilita Nevratnost Endoreversibility Cykly Tepelné motory Tepelná čerpadla Tepelná účinnost
Systémové vlastnosti Poznámka: konjugované proměnné v kurzívou Diagramy vlastností Intenzivní a rozsáhlé vlastnosti Procesní funkce Práce Teplo Funkce státu Teplota  / entropie  ( úvod ) Tlak  / objem Chemický potenciál  / číslo částic Kvalita páry Snížené vlastnosti
Vlastnosti materiálu Databáze nemovitostí Specifická tepelná kapacita  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ částečné S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ částečné T}$ Stlačitelnost  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ částečné V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ částečný p}$ Teplotní roztažnost  ${\ displaystyle \ alpha =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ částečné V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ částečné T}$
Rovnice Carnotova věta Clausiova věta Základní vztah Zákon o ideálním plynu Maxwellovy vztahy Vzájemné vztahy Onsager Bridgmanovy rovnice Tabulka termodynamických rovnic
Potenciál Energie zdarma Zdarma entropie
Dějiny Kultura Dějiny Všeobecné Teplo Entropie Zákony o plynu Stroje „Perpetual Motion“ Filozofie Entropie a čas Entropie a život Brownova ráčna Maxwellův démon Paradox smrtelné smrti Loschmidtův paradox Synergetika Teorie Kalorická teorie Teorie tepla Vis viva („živá síla“) Mechanický ekvivalent tepla Hnací síla Klíčové publikace „ Experimentální dotaz týkající se ... horka “ „ O rovnováze heterogenních látek “ „ Úvahy o hnací síle ohně “ Časové osy Termodynamika Tepelné motory Umění Vzdělávání Maxwellova termodynamická plocha Entropie jako rozptýlení energie
Vědci Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Rezervovat Kategorie Portál termodynamiky
proti t E

Ilustrace horkovzdušného motoru s nízkým teplotním rozdílem (LTD). 1. Výkonový píst, 2. Studený konec válce, 3. Píst posunovače 4. Horký konec válce Q1. Zahřejte, Q2. Zahřejte.

Horkého vzduchu motoru (historicky nazývá vzduchový motor nebo kalorická motoru ), je jakýkoliv tepelný motor , který používá expanzi a kontrakci vzduchu pod vlivem změny teploty pro konverzi tepelné energie na mechanickou práci . Tyto motory mohou být založeny na řadě termodynamických cyklů zahrnujících jak zařízení s otevřeným cyklem, jako jsou zařízení Sir George Cayley a John Ericsson, tak motor s uzavřeným cyklem Roberta Stirlinga . Horkovzdušné motory se liší od známějšího spalovacího motoru a parního stroje.

V typickém provedení se vzduch opakovaně ohřívá a ochlazuje ve válci a výsledná expanze a kontrakce se používá k pohybu pístu a výrobě užitečné mechanické práce .

Definice

Praxinoscope vyrobený Ernst Plank, z Norimberk , Německo, a poháněn miniaturní vzduchem motoru za tepla. Nyní je ve sbírce Thinktank, Birmingham Science Museum .

Termín „horkovzdušný motor“ konkrétně vylučuje jakýkoli motor provádějící termodynamický cyklus, ve kterém pracovní tekutina prochází fázovým přechodem , jako je Rankinův cyklus . Rovněž jsou vyloučeny konvenční spalovací motory , ve kterých se teplo přidává do pracovní tekutiny spalováním paliva v pracovním válci. Za hraniční případy lze považovat typy s nepřetržitým spalováním, například Ready Motor George Braytona a související plynovou turbínu .

Dějiny

Expanzivní vlastnost ohřátého vzduchu byla známa starým lidem. Hrdina Alexandrie je Pneumatica popisuje zařízení, které by mohly být použity, aby se automaticky otevřené chrámových dveří, když se oheň zapálil na obětní oltář. Zařízení zvaná horkovzdušné motory nebo jednoduše vzduchové motory byly zaznamenány již v roce 1699. V roce 1699 předložil Guillaume Amontons (1663–1705) Královské akademii věd v Paříži zprávu o svém vynálezu: kolo, které byl otočen teplem. Kolo bylo namontováno svisle. Kolem náboje kola byly komory naplněné vodou. Vzduchem naplněné komory na ráfku kola byly ohřívány ohněm pod jednou stranou kola. Ohřátý vzduch expandoval a pomocí trubek tlačil vodu z jedné komory do druhé, vyvažoval kolo a způsobil jeho otáčení.

Vidět:

• Amontons (20. června 1699) „Moyen de substituer commodement l'action du feu, à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines“ (Prostředky vhodného nahrazení působení ohně silou mužů a koní za účelem přesunu [tj. energetické] stroje), Mémoires de l'Académie Royale des Sciences , strany 112-126. Tyto Mémoires objevit v Histoire de l'Académie Royale des Sciences, année 1699 , která byla zveřejněna v roce 1732. Provoz Amontons' Moulin à feu (požární mlýnu) je vysvětlen na stranách 123-126; jeho stroj je zobrazen na štítku následující straně 126.
• K popisu požárního kola Amontons v angličtině viz: Robert Stuart, Historické a popisné anekdoty parních strojů a jejich vynálezců a zlepšovatelů (London, England: Wightman and Cramp, 1829), sv. 1, strany 130-132  ; ilustrace stroje se objeví na straně 351. </ref> přibližně v době, kdy byly poprvé stanoveny zákony o plynování , a rané patenty zahrnují ty od Henryho Wooda , vikáře z High Ercall poblíž Coalbrookdale Shropshire (anglický patent 739 z 1759) a Thomas Mead , inženýr ze společnosti Sculcoats Yorkshire (anglický patent 979 z roku 1791), přičemž tento druhý obsahuje zejména základní prvky motoru s výtlačným motorem (Mead jej nazval převodníkem). Je nepravděpodobné, že by některý z těchto patentů vyústil ve skutečný motor a nejranější proveditelným příkladem byl pravděpodobně plynový motor v peci s otevřeným cyklem anglického vynálezce sira George Cayleyho c.  1807

Je pravděpodobné, že vzduchový motor Roberta Stirlinga z roku 1818, který obsahoval jeho inovativní ekonomizér (patentovaný v roce 1816), byl prvním vzduchovým motorem, který byl uveden do praxe. Ekonomizér, nyní známý jako regenerátor , uchovával teplo z horké části motoru, když vzduch procházel na studenou stranu, a uvolňoval teplo do ochlazeného vzduchu, když se vracel na horkou stranu. Tato inovace zlepšila účinnost Stirlingova motoru a měla by být přítomna v každém vzduchovém motoru, který se správně nazývá Stirlingův motor .

Stirling patentoval druhý horkovzdušný motor společně se svým bratrem Jamesem v roce 1827. Obrátili konstrukci tak, aby horké konce výtlaků byly pod strojním zařízením, a přidali čerpadlo stlačeného vzduchu, aby bylo možné zvýšit tlak vzduchu na kolem 20 atmosfér. Uvádí Chambers, že byl neúspěšný kvůli mechanickým vadám a „nepředvídané akumulaci tepla, které není zcela odsáváno síty nebo neprojevuje průchody v chladné části regenerátoru, jehož vnější povrch nebyl dostatečně velký odhodit nezpracované teplo, když motor pracoval s vysoce stlačeným vzduchem. “

Parkinson a Crossley, anglický patent, 1828, přišli s vlastním horkovzdušným motorem. V tomto motoru je vzduchová komora částečně vystavena ponoření ve studené vodě vnějšímu chladu a její horní část je ohřívána párou. Vnitřní nádoba se v této komoře pohybuje nahoru a dolů a tím vytlačuje vzduch, který jej střídavě vystavuje teplým a studeným vlivům studené vody a horké páry, měnící její teplotu a expanzivní stav. Kolísání způsobuje vratný pohyb pístu ve válci, na jehož konci je střídavě připojena vzduchová komora.

V roce 1829 Arnott patentoval svůj vzduchový expanzní stroj, kde je oheň umístěn na roštu blízko dna blízkého válce a válec je plný čerstvého vzduchu. Uvolněný píst je tažen nahoru, takže veškerý vzduch ve válci nahoře projde trubkou ohněm a dostane zvýšenou pružnost s tendencí k expanzi nebo zvětšení objemu, které mu oheň může dát. .

Za ním příští rok (1830) následuje kapitán Ericsson, který si nechal patentovat svůj druhý horkovzdušný motor. Specifikace to popisuje konkrétněji, protože se skládá z „kruhové komory, ve které je kužel otočen na hřídeli nebo ose pomocí listů nebo křídel, střídavě vystavených tlaku páry; tato křídla nebo listy jsou dány do práce štěrbinami nebo otvory kruhové roviny, která se šikmo otáčí, a je tak udržována v kontaktu se stranou kužele. “

Ericsson zkonstruoval svůj třetí horkovzdušný motor (kalorický motor) v roce 1833, což vyvolalo velký zájem před několika lety v Anglii; a který, pokud by měl být uveden do praktického provozu, prokáže nejdůležitější mechanický vynález, jaký kdy lidská mysl vymyslela, a ten, který přinese civilizovanému životu větší výhody, než jakýkoli, který mu kdy předcházel. Jde o to, aby výroba mechanické energie působením tepla při tak mimořádně malém výdaji na pohonné hmoty měla člověka na jeho příkaz téměř neomezenou mechanickou sílu v oblastech, kde lze nyní tvrdit, že palivo neexistuje. .

Rok 1838 uvádí patent horkovzdušného motoru Franchot, jistě horkovzdušného motoru, který nejlépe vyhovoval Carnotovým požadavkům.

Zatím byly všechny tyto letecké motory neúspěšné, ale technologie dozrála. V roce 1842 postavil James Stirling, bratr Roberta, slavný Dundee Stirling Engine. Ten nejméně trval 2–3 roky, ale poté byl přerušen kvůli nevhodným technickým lichotkám. Horkovzdušné motory jsou příběhem pokusů a omylů a trvalo dalších 20 let, než mohly být horkovzdušné motory použity v průmyslovém měřítku. První spolehlivé horkovzdušné motory byly vyrobeny firmou Shaw, Roper, Ericsson. Bylo jich postaveno několik tisíc.

Termodynamické cykly

Termodynamický cyklus horkovzdušného motoru lze (v ideálním případě) vyrobit ze 3 nebo více procesů (typicky 4). Procesy mohou být kterékoli z těchto:

• izotermický proces (při konstantní teplotě, udržovaný teplem přidaným nebo odstraněným ze zdroje tepla nebo jímky)
• izobarický proces (při konstantním tlaku)
• izometrický / izochorický proces (při stálém objemu)
• adiabatický proces (z pracovní tekutiny se nepřidává ani neodvádí žádné teplo)
  • isentropický proces , reverzibilní adiabatický proces (z pracovní tekutiny se nepřidává ani
  neodvádí žádné teplo - a entropie je konstantní)

Některé příklady (ne všechny horkovzdušné cykly, jak jsou definovány výše) jsou následující:

Ještě dalším příkladem je Vuilleumierův cyklus .

Viz také

• Stirlingův motor
• Termoakustický horkovzdušný motor
• Manson-Guise Engine
• Plamen-lízat motor
• Carnotův tepelný motor
• Časová osa technologie tepelných motorů

Reference

externí odkazy

• Úvod do strojů se Stirlingovým cyklem
• Průkopníci v konstrukci vzduchových motorů (vyberte požadovaný životopis)
• Zařízení pro metodu diferenciace tepla Patent Vuilleumier
• Dotaz na horkovzdušné motory 19. století