Was ist ein Wärmemotor?

Eine Wärmemaschine ist ein Gerät, mit dem die thermische Energie oder Wärme in mechanische Arbeit umwandelt werden. Dies geschieht, wenn die Hitze, die von einer heißen Quelle stammt, durch den Motor selbst in eine kalte Spüle geht. Die kalte Spüle ist der Teiltemperaturteil eines thermodynamischen Zyklus, wie die Kondenseinheit, die in der Rankine oder Dampfzyklus gefunden wurde. Es gibt viele verschiedene Arten von Wärmemotoren, von denen jeder seinen eigenen spezifischen Zyklus hat. Einige Beispiele für Wärmemotoren umfassen Dampf- und Verbrennungsmotoren sowie Stirling -Motoren und Gasturbinen. Dies liegt hauptsächlich daran, dass Wärmemotoren häufig durch ihre spezifischen thermodynamischen Zyklen klassifiziert werden. Das Gerät selbst, das thermische Energie in die Arbeit umwandelt, wird als "Motor" bezeichnet, während das thermodynamische Modell, das auf den Motor angewendet wird, der "Zyklus" ist. Aus diesem Grund werden Dampfmaschinen nicht als Rankine -Motoren bezeichnet.

Ein effizienter Wärmemotor wird versuchen, den jeweiligen Zyklus so gut wie möglich nachzuahmen. Je höher die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Quelle und der kalten Senke innerhalb des Zyklus, desto effizienter ist der Motor. Beispielsweise erfordert ein effizienter Dampfmotor sowohl eine Hochtemperatur-Wärmequelle als auch eine kalte Spüle mit niedriger Temperatur. Im Rankine-Zyklus verwendet ein Kessel einen Hochtemperaturbrenner, um Wasser in den Dampf umzuwandeln. Dieser Dampf geht durch den Motor und wird dann durch einen Kondensator mit niedriger Temperatur wieder in Wasser kondensiert.

Je kälter der Kondensator ist, desto mehr Dampf wird wieder in Wasser kondensiert. Dies liegt daran, dass Kondensatoren vorbereitet sind, um den vom Kessel durchgeführten Sättigungsprozess effektiv umzukehren. Dies wird dazu beitragen, höhere Kondensationsraten zu erreichen. Je höher die Rate ist, desto mehr Wasser wird zurückgegeben. Dies hilft, die Gesamteffizienz des Dampfcycl zu erhöhenE.

Während die Effizienz des Wärmemotors durch einen großen Temperaturunterschied zwischen der heißen Quelle und der kalten Becken stark optimiert werden kann, ist sie immer noch begrenzt. Dies liegt daran, dass die Temperatur der kalten Spüle von der umgebenden Temperatur abhängt, die in einigen Situationen nicht auf ideale Bedingungen abgekühlt werden kann. Aus diesem Grund ist die Effizienz eines Wärmemotors auf die Temperaturgrenzen der kalten Senken beschränkt. Eine häufige Lösung hierfür besteht darin, die Temperatur der heißen Quelle zu erhöhen. Doch selbst dies beschränkt sich auf einen Mangel an Materialfestigkeit unter hohen Temperaturen.

Effizienz des Wärmemotors variiert je nach spezifischem Motor und Zyklus. Die thermische Effizienz reicht zwischen 3%und rund 70%, wobei Automotoren eine thermische Effizienz irgendwo rund 25%erreichen. Die effizienteren Wärmemotoren finden sich in großen Kraftwerken, bei denen sowohl Gas- als auch Dampfturbinen zur Erzeugung von Strom verwendet werden.