Hva er en varmemotor?
En varmemotor er en enhet som brukes til å konvertere termisk energi, eller varme, til mekanisk arbeid. Dette gjøres når varme, som stammer fra en varm kilde, går gjennom selve motoren og inn i en kald vask. Den kalde vasken er den lavere temperaturdelen av en termodynamisk syklus, for eksempel kondenseringsenheten som finnes i Rankine, eller damp, syklus. Det er mange forskjellige typer varmemotorer, som hver har sin egen spesifikke syklus. Noen eksempler på varmemotorer vil omfatte damp- og forbrenningsmotorer, sammen med Stirling -motorer og gassturbiner.
Vanligvis vil en varmemotor forveksles med den termodynamiske syklusen som finner sted i selve motoren. Dette er hovedsakelig fordi varmemotorer ofte klassifiseres av deres spesifikke termodynamiske sykluser. Selve enheten som konverterer termisk energi til å fungere, er kjent som "motoren", mens den termodynamiske modellen blir brukt på motoren er "syklusen." På grunn av dette blir ikke dampmotorer referert til som Rankine -motorer.
En effektiv varmemotor vil prøve å etterligne dens respektive syklus så vel som mulig. Jo høyere temperaturforskjell mellom den varme kilden og den kalde vasken i syklusen, jo mer effektiv er motoren. For eksempel krever en effektiv dampmotor både en varmekilde med høy temperatur og en kald vask med lav temperatur. I Rankine-syklusen benytter en kjele en brenner med høy temperatur for å omdanne vann til dampen. Denne dampen går gjennom motoren og blir deretter kondensert tilbake i vann gjennom en kondensator med lav temperatur.
Jo kaldere kondensatoren er, jo mer damp vil bli kondensert tilbake i vann. Dette er fordi kondensatorer er laget for å reversere metningsprosessen effektivt utført av kjelen. Å gjøre det vil bidra til å oppnå høyere kondenseringshastigheter; Jo høyere hastigheten er, jo mer vil vann bli returnert. Dette bidrar til å øke den generelle effektiviteten til Steam Cycle.
Mens varmemotoreffektivitet kan være sterkt optimalisert gjennom en stor forskjell i temperaturer mellom den varme kilden og den kalde vasken, er den fremdeles begrenset. Dette er fordi temperaturen på den kalde vasken er avhengig av temperaturen som omgir den, som i noen situasjoner ikke kan avkjøles til ideelle forhold. På grunn av dette er effektiviteten til en varmemotor begrenset til temperaturgrensene for den kalde vasken. En vanlig løsning på dette er å øke temperaturen på den varme kilden; Likevel er dette begrenset til mangel på materialstyrke under høye temperaturer.
Varmemotoreffektiviteten varierer avhengig av den spesifikke motoren og syklusen. Termisk effektivitet varierer fra 3%til rundt 70%, med bilmotorer som oppnår en termisk effektivitet et sted rundt 25%. De mer effektive varmemotorene finnes i store kraftverk, der både gass- og dampturbiner brukes til å generere strøm.