ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියක් යනු කුමක්ද?

තාපය භාවිතයෙන් වැඩ කළ හැකි තාපන යන්ත්රයක් සෑදීම සඳහා, යම් කොන්දේසි නිර්මානය කිරීම අවශ්ය වේ. මුලින්ම, තාපක එන්ජිම චක්රීය ආකාරයකින් වැඩ කළ යුතු අතර අනුක්රමික තාප ගතික ක්රියාවලි මාලාවක් චක්රයක් නිර්මාණය කරයි. මෙම චක්රයේ ප්රතිඵලයක් වශයෙන්, චලනය වන පිස්ටන් සහිත සිලින්ඩරයක වායුව එහි කාර්යය ඉටු කරයි. නමුත් කලින් කලට ක්රියාත්මක වන යන්තයක් සඳහා එක් චක්රයක් කුඩා වන අතර එය යම් කාලයක් තුළ කාලය පුරාවටම චක්රය සිදු කළ යුතුය. යථාර්ථය තුල දී ඇති කාලය සඳහා කළ මුළු කාර්යය, කාලය සමග බෙදී ඇති අතර, තවත් වැදගත් සංකල්පයක් - බලය.

XIX ශතවර්ෂයේ මැද භාගයේදී පළමු තාප යන්ත්ර නිර්මාණය විය. ඔවුන් වැඩ කළේ, නමුත් ඉන්ධන දහනය කිරීමෙන් ලබා ගත් තාපය විශාල ප්රමාණයක් වැය කලේය. එවිට න්යායාත්මක භෞතික විද්යාඥයින් ප්රශ්න කළේ: "වායු තාපක එන්ජිමක වැඩ කරන්නේ කෙසේද? අවම ඉන්ධන වලින් වැඩියෙන් වැඩියෙන් ලබා ගත හැක්කේ කෙසේද? "

වායු විශ්ලේෂණය සිදු කිරීම සඳහා, නිර්වචනයන් සහ සංකල්ප සමස්ත ක්රමයක් හඳුන්වා දීම අවශ්ය විය. සියලු අර්ථකථනවල සමස්තය හා සමස්ත විද්යාත්මක දිශාවක්ම නිර්මාණය කරන ලද්දේ, "තාක්ෂණික තාප ගති විද්යාව" ලෙසිනි. තාප ගතික විද්යාවේ දී ප්රධාන උපකල්පනයන්ගෙන් කිසිසේත් නොමග යවන උපකල්පන ගණනාවක් අනුගමනය කර ඇත. ක්රියාකාරී ආයතනය යනු ස්වභාවික නොවන ආකාරයේ වායුවකි. එය ශුන්ය පරිමාවට සම්පීඩනය කළ හැකි අතර, එකිනෙකා සමඟ අන්තර් ක්රියා නොකරන අණු. අවට පරිසරය තුළ, නියම වායු වලින් වෙන්කර හඳුනාගත හැකි නිශ්චිත ගුණ ඇති සැබෑ ස්වාභාවික වායූන් පවතී .

ක්රියාකාරී තරලයේ ගතිකයන් පිලිබඳව සලකා බැලීම සඳහා, තාප ගති විද්යාවේ නියමයන් යෝජනා කරන ලදී:

• Isochoric ක්රියාවලිය යනු ක්රියාකාරී තරල පරිමාව වෙනස් නොකර සිදු කරන ක්රියාවලියකි. Isochoric ක්රියාවලියේ තත්වය, v = const;
• ඉස්පිරිතක ක්රියාවලිය යනු ක්රියාකාරී ශරීරයේ පීඩනය වෙනස් නොකොට ක්රියාවලියකි. වේලාකාර ක්රියාවලිය, P = const;
• සමාවයවික (සමෝෂ්ණික) ක්රියාවලිය යනු කිසියම් මට්ටමක උෂ්ණත්වය පවත්වා ගෙන යාමේ ක්රියාවලියකි. ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය, T = const;
• ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය (එය නූතන තාප ඉංජිනේරු විද්යාව ලෙස හැඳින්වෙන පරිදි) යනු පරිසරයේ තාප හුවමාරුවකින් තොරව අභ්යාවකාශයේ ක්රියාවලියකි. ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය, q = 0;
• චුම්භක ක්රියාවලිය යනු ඉහත ඉහත සඳහන් තාප ගතික ක්රියාවලි මෙන්ම, චලනය වන පිස්ටන් සහිත සිලින්ඩරයක් තුළ අනිකුත් සියලු හැකියාවන් විස්තර කෙරෙන වඩාත් සාමාන්යය ක්රියාවලියයි.

පළමු තාප විදුලි එන්ජින් සෑදීමේදී, අපි ඉහළම කාර්යක්ෂමතාව (කාර්යක්ෂමතාව) ලබා ගත හැකි චක්රයක් සොයා ගත්තා. සධී කැරෙන, තාප ගතික ක්රියාවලීන් ගවේෂණය කිරීම, ඔහුගේ චක්රයේ වර්ධනයට පැමිණ, ඔහුගේ නම - කාර්නොට් චක්රය. එය ස්ථිරවම ස්ථිරවම ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියකි. මෙම ක්රියාදාමයන් ක්රියාත්මක කිරීමෙන් අනතුරුව, අභ්යන්තර ශක්තියේ රක්ෂිතයක් තිබේ. නමුත් චක්රය තවම සම්පූර්ණ නැත. එම නිසා වැඩ කරන මාධ්යය පුළුල් වන අතර එය නිදන්ගත පුළුල් කිරීමේ ක්රියාවලිය සිදු කරයි. චක්රය සම්පූර්ණ කිරීම සහ වැඩ කරන ආයතනයෙහි මුල් පරාමිතීන් වෙත නැවත පැමිණීම, ස්ථිරතාපී ප්රසාරණ ක්රියාවලිය සිදු කරනු ලැබේ.

කාර්නොන්ට සිය චක්රයේ උපරිම කාර්යක්ෂමතාව උපරිම වන අතර එම සමෝෂ්ණ දෙකේ උෂ්ණත්වය මත පමණක් රඳා පවතී. ඒවා අතර ඇති වෙනස, ඉහළ තාප කාර්යක්ෂමතාව ඉහළයි. කැරට් චක්රයේ තාපන යන්ත්රයක් සෑදීමේ උත්සාහයන් කිසි විටෙකත් සිදු නොවීය. මෙය කළ නොහැකි හොඳම චක්රය මෙයයි. එහෙත් තාප ශක්තියේ පිරිවැයට සමාන රැකියාවක් ලබා ගැනීමට නොහැකි වීම ගැන තාප ගති විද්යාවේ දෙවන නියමයෙහි ප්රධාන මූලධර්මය ඔහු ඔප්පු කලේය . තෙරපන විද්යාවේ දෙවන නියමය සඳහා නිර්වචන ගණනාවක් සකස් කරන ලදී. රුදොල්ෆ් ක්ලවුසියස් එන්ට්රොපිය සංකල්පය හඳුන්වා දුන්නේය. ඔහුගේ පර්යේෂණයෙහි ප්රධාන නිගමනය වන්නේ එන්ට්රොපිය නිරන්තරයෙන් වැඩිවෙමින් පවතින අතර එය තාපය "මරණය" කරා යොමු කරයි.

ක්ලවුසියස්ගේ වඩාත් වැදගත් ජයග්රහණය වන්නේ ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියක සාරය තේරුම් ගැනීමයි. එය ක්රියාත්මක වන විට, වැඩ කරන ද්රව්යයේ එන්ට්රොපිය වෙනස් නොවේ. එබැවින් Clausius adiabatic ක්රියාවලිය s = const. මෙහි s යනු එන්ට්රොපිය, තාපය සැපයීම හෝ ඉවත් කිරීමකින් තොරව ක්රියාවලියකට තවත් එක් නමක් ලබා දෙයි, isentropic ක්රියාවලියකි. විද්යාඥයෙක් එන්ට්රොපියේ වැඩි වීමක් සිදු නොවූ තාපන යන්ත්රයක එවැනි චක්රයක් සඳහා සෙවීමේ යෙදී සිටියේය. එහෙත්, අවාසනාවකට මෙන්, ඔහු එවැනි දෙයක් නිර්මාණය කළ නොහැකි විය. එම නිසා, ඔහු තාපය යන්ත්රයක් නිර්මාණය කළ නොහැකි බව ඔහු නිගමනය කළේය.

නමුත් සියලුම පර්යේෂකයන් එතරම්ම අශුභවාදීව සිටියේ නැත. තාප යන්ත්ර සඳහා සැබෑ චක්රය සොයමින් සිටිති. ඔවුන්ගේ සෙවීමේ ප්රතිඵලයක් වශයෙන්, නිකලොදේ ඕගෝ ඔටෝට දැන් බඩඉරිච් එන්ජින් තුළ ක්රියාත්මක වන තාපක එන්ජිමක ස්වෛරී චක්රයක් නිර්මාණය කළේය. මෙහිදී, ක්රියාකාරී තරල හා පීඩනයේ යෙදෙන නියුට්රෝටීය තාපය (සම්පීඩ්ය ධාරාවෙහි ඉන්ධන දහනය) සම්පීඩනය කරන ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය සිදු කරනු ලබයි. එවිට ප්රසාරණය ඇඩිආයාට් (වැඩිවීම වැඩිවීමේ ක්රියාවලියේදී වැඩකරන ආයතනය විසින් සිදු කරනු ලබයි) සහ isochoric තාපය ඉවත් කිරීම සිදු කරයි. ඔටෝ චක්රයේ පළමු අභ්යන්තර දහන එන්ජින් ඉන්ධන ලෙස භාවිතා කරන ලදී. බොහෝ කලකට පසු කාබ්යර්ටරෝස් නිපදවන ලද අතර, වායුසමීකරණ වායූන් සහිත වායු මිශ්රණ බෙන්සීන් වායුව නිර්මාණය කිරීමට පටන් ගත් අතර එන්ජින් සිලින්ඩරයට ඒවා පෝෂණය කිරීමට පටන් ගත්හ.

ඔටෝ චක්රයේ දී දහයවන ආකාරයේ මිශ්රණයක් සම්පීඩනය කර ඇති බැවින්, සම්පීඩන අගය සාපේක්ෂව කුඩා - දහනය කිරීම සඳහා දහනය කළ හැකි මිශ්රණය (විවේචනාත්මක පීඩනය හා උෂ්ණත්වය ළඟා වන විට පුපුරා යයි). එබැවින් ස්ථරී සම්පීඩන ක්රියාවලිය යටතේ කාර්යය සාපේක්ෂව කුඩා වේ. මෙහිදී එක් සංකල්පයක් හඳුන්වා දෙනු ලැබේ: සම්පීඩනය කිරීමේ ප්රමාණය සම්පීඩනය වන පරිමාවේ සමස්ත පරිමාවේ අනුපාතය වේ.

ඉන්ධන බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාව ඉහළ නැංවීම සඳහා ක්රම සොයා ගැනීම දිගටම සිදු විය. සම්පීඩනය වැඩිවීමේ දී වැඩි කාර්යක්ෂමතාවයක් දක්නට ලැබුනි. රුඩොල්ෆ් ඩීසල් ඔහුගේ චක්රය වර්ධනය විය. නිරන්තර පීඩනයක දී තාප සැපයුම (පොසිල ක්රියාවලියෙහි) සිදු කරන ලදී. එහි චක්රය ඩීසල් ඉන්ධන භාවිතා කරමින් එන්ජින් සඳහා පදනමක් (එය ද සූර්ය තෙල් ලෙස හැඳින්වේ). ඩීසල් චක්රයේ, දහනය කළ හැකි මිශ්රණය නොව, වාතය සංකෝචනය වේ. එබැවින්, ස්ථිරවම ක්රියාවක් සිදු කරන බව ඔවුන් පවසති. සම්පීඩනය අවසානයේ උෂ්ණත්වය හා පීඩනය ඉහළය. එබැවින් ඉන්ජෙක්ටර් මඟින් ඉන්ජෙක්ටර් හරහා එන්නත් කරනු ලැබේ. එය උණුසුම් වායුව සමඟ මිශ්ර වන අතර එය උණුසුම් මිශ්රණයක් සෑදේ. වැඩෙන තරලයේ අභ්යන්තර ශක්තිය වැඩිවේ. තවද, වායුවේ ව්යාප්තිය ඇඩිආබාටා ඔස්සේ ඉදිරියට ගමන් කරන අතර, වැඩ කිරීමේ ආඝාතය සිදු කෙරේ.

තාප විදුලි යන්ත්රවල ඩීසල් චක්රය වටහා ගැනීමට දැරූ ප්රයත්නය අසාර්ථක වූ අතර, ගුස්ටාස් ට්රින්ක්ලර් විසින් Trinkler ඒකාබද්ධ චක්රය නිර්මාණය කරන ලදී. වර්තමාන ඩීසල් එන්ජින්වල එය භාවිතා වේ. Trinkler චක්රයේ දී, තාපය isochore විසින් සපයනු ලබන අතර, පසුව isobar මගින්. ඉන්පසුව සිදු කරනු ලබන්නේ වැඩකරන මාධ්යයේ ස්ථායී ව්යාප්තියයි.

පරස්පර තාප පිරිස් සමග ප්රතිවිරෝධතා මගින් ටර්බයින ක්රියාත්මක වේ. නමුත් ඒවායේ වායුමේ ප්රයෝජනවත් ස්ථිර වායුව අවසන් කිරීමෙන් අනතුරුව තාප ඉවත් කිරීම ක්රියාවලිය සිදු වන්නේ කදම්බය. ගෑස් ටර්බයින හා ටර්බොප්ප්ප් එන්ජින් සහිත ගුවන් යානා මත, ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය දෙවරක් සම්පීඩනය හා ප්රසාරනය අතර සිදු වේ.

ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියක සියලු මූලික සංකල්ප සාධාරණීකරණය කිරීම සඳහා, ගණනය කිරීම් සූත්ර යෝජනා කරන ලදී. මෙලෙස අත්යාවශ්ය සංඝටකයක් ලෙස හැඳින්වෙන වැදගත් ප්රමාණයක් පෙනී යයි. ද්වි පරමාණුක වායුව සඳහා එහි අගය (ඔක්සිජන් සහ නයිට්රජන් වාතයේ ඇති ද්වි පරමාණුක වායු) 1.4. ස්ථිරතාපී දර්ශකය ගණනය කිරීම සඳහා, වඩාත් කාර්යක්ෂම ලක්ෂණ දෙකක් භාවිතා කරනු ලබන්නේ, එනම්: නියුට්රොරික් හා ඉස්කොමරික් තාප ධාරිතාවය. ඔවුන්ගේ අනුපාතය k = Cp / Cv - ස්ථිර අග්රස්ථය වේ.

තාපජ යන්තවල න්යායික චක්රවල යෙදෙන ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය කුමක්ද? ඇත්ත වශයෙන්ම, රත්පොට්රොපික ක්රියාවලිය සිදු කෙරෙමින් පවතී. නමුත් ඒවා අධික වේගයෙන් සිදු වන නිසා, පරිසරය සමඟ කිසිදු තාප හුවමාරුවක් නොමැති බව උපකල්පනය කර ඇත.

විදුලියෙන් 90% ක් උත්පාදනය කරනු ලැබේ. ඔවුන් තුළ ජල වාෂ්ප වැඩ කරන තරලයක් ලෙස භාවිතා වේ. එය ජලය උණු කිරීමෙන් ලබා ගනී. වාෂ්ප වැඩ කිරීමේ ධාරිතාව වැඩි කිරීම සඳහා එය අතිශයෝක්තියක් වේ. එවිට අධික උෂ්ණත්වයේ දී අධි තාපනය වන වාෂ්ප වාෂ්ප ටර්බයින් වෙත පෝෂණය වේ. මෙහිදී, වාෂ්ප ව්යාප්තියේ ස්ථිරතාපී ක්රියාවලියක් සිදු වේ. ටර්බයින් භ්රමණය ලැබීම, එය විදුලි ජනකය වෙත මාරු වේ. එමගින්, පාරිභෝගිකයා සඳහා විදුලිය ජනනය කරයි. ස්ටීම් ටර්බයින් රැන්කින් චක්රයේ ක්රියා කරයි. පරිසමාප්තව කාර්යක්ෂමතාව ඉහළ නැංවීම ජල වාෂ්ප උෂ්ණත්වය හා පීඩනය වැඩි වීමත් සමඟ සම්බන්ධ වේ.

ඉහත දැක්වෙන පරිදි දැකිය හැකි පරිදි යාන්ත්රික හා විද්යුත් ශක්තිය නිෂ්පාදනය කිරීමේ දී ස්ථිරතාපී ක්රියාවලිය ඉතා බහුල වේ.