Законы сохранения в механике статика и гидродинамика механические колебания и волны основы термодинамики

Тепловые двигатели. 
К тепловым двигателям относятся паровая машина, 
паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель.
Паровая машина. 
В паровой машине и паровой турбине функцию 
нагревателя выполняет паровой котел, функцию рабочего вещества играет 
пар, функцию охладителя выполняет атмосфера или оборудование для 
охлаждения использованного пара – конденсатор.
Двигатель внутреннего сгорания. 
В двигателе внутреннего сгорания 
функцию нагревателя и рабочего вещества выполняет горючее, а функцию 
охладителя выполняет атмосфера.
Обычно в качестве горючего используют бензин, спирт, керосин или 
дизельное топливо. С помощью специального оборудования (например, 
карбюратор в бензиновых двигателях) горючее и воздух смешиваются и 
подаются в цилиндр. В цилиндре эта смесь сгорает. Продукты горения 
выбрасываются в атмосферу. Теперь остановимся подробно на некоторых 
видах двигателей.
Карбюраторный двигатель. 
Рассмотрим принцип работы и рабочие 
диаграммы четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 6.6.). 
При движении поршня вниз под воздействием внешних сил (рис. 6.6
а
) 
открывается входной клапан и рабочее вещество попадает в цилиндр.
p
p
p
p
0
0
0
0
0
1
1
2
4
3
3
4
2
2
1
1
0
0
0
a
) 
б
) 
в
) 
г
)
V
V
V
V
Рис. 6.6.

---

107
Процесс происходит под воздействием атмосферного давления 
изобарическим образом. Когда поршень доходит до самого нижнего 
положения, входной клапан закрывается и завершается первый такт (такт 
подсоса): на графике процесс показан прямой линией 0–1. Второй такт 
(сжатие) тоже происходит под воздействием внешних сил (рис. 6.6
б
).
Оба клапана закрыты и газ нагревается адиабатическим образом (на 
графике линия 1–2). В рабочем процессе третий такт – это горение со 
вспышкой (рис. 6.6
в
). Когда поршень доходит до верхнего уровня, свечи 
искрой поджигают горючую смесь и давление газа резко возрастает. На 
графике это соответствует изохорическому процессу 2–3. При закрытом 
клапане поршень двигается вниз, т.е. газ адиабатически расширяется. Линия 
3-4 соответствует такту рабочего пути (рис. 6.6
в
). Как видно, в этом такте 
давление газа падает, объем увеличивается, температура понижается. В 
этом случае выполненная работа является положительной, она выполняется 
за счет уменьшения внутренней энергии газа. Четвертый такт выпуска 
изображен на рисунке 6.6
г
. Когда поршень опускается до самого нижнего 
положения, открывается клапан и продукты горения через выхлопное 
приспособление выбрасываются в окружающую среду. Понижается 
давление газа, в конце такта оно равно давлению атмосферы. На графике 
этот изохорический процесс показан линией 4–1. За счет энергии маховика 
поршень возвращается в верхнее положение и такт завершается.
Выполненная работа в рассмотренном закрытом процессе выделена 
линиями рабочих процессов и равна заштрихованной площади. Анализ 
графика показал, что расширение в части 3–4 по сравнению со сжатием 
части 1–2 происходит при относительно высоком давлении. В результате 
именно этого двигатель выполняет полезную работу. В изохорических 
процессах 3–2 и 4–1 (
V
=const) работа равна нулю и, как было отмечено, 
полезная работа определяется разницей адиабатического расширения и 
сжатия.
На практике КПД двигателей внутреннего сгорания составляет 20–30%. 
Для увеличения КПД горючую смесь нужно сильнее сжимать. Однако в 
двигателях внутреннего сгорания горючую смесь нельзя сжимать слишком 
сильно, так как сжатое горючее может нагреться и само по себе загореться. 
Это нарушит принцип работы двигателя.
Дизель.
Немецкий инженер Дизель, приняв во внимание описанные 
выше недостатки, создал двигатель с относительно высоким КПД. В 
дизелях степень сжатия топлива намного выше, в итоге температура 
воздуха достаточно высока, чтобы горючее сгорало само по себе. 

---

108
Горючее сгорает не сразу, как в карбюраторных двигателях, а постепенно, 
в течение определенной части движения поршня. Процесс горения 
горючего происходит в ходе увеличения объема рабочего пространства. 
Поэтому давление газа в ходе работы остается без изменения. Таким 
образом, в дизеле процесс горения смеси происходит при неизменном 
давлении. В карбюраторных двигателях этот процесс происходит при 
неизменном объеме. Дизель считается более экономичным по сравнению 
с карбюраторными двигателями, его КПД намного выше, и составляет 
примерно 40%. Его мощность тоже может быть намного выше, при 
этом дизельный двигатель работает на более дешевом топливе. Дизели 
широко используются в стационарном оборудовании, в железнодорожном, 
воздушном и водном транспорте. В настоящее время маломощные 
дизельные двигатели часто применяются в автомашинах и тракторах.