+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Расчёт КПД наклонной плоскости — Физика дома

Задача на расчёт КПД наклонной плоскости. Вопросы подобного типа вполне могут встретиться и на ЕГЭ, и на ГИА. Задачи этого типа — не самые сложные. Но, как и при решении любой задачи, есть некоторые нюансы, которые надо знать.

По наклонному помосту длиной 8 м и высотой 1,6 м втаскивают груз массой 225 кг. Найдите КПД наклонной плоскости, если коэффициент трения равен 0,1.

Как и любую другую задачу на расчёт КПД, эту задачу необходимо начинать решать с записи формулы для определения КПД (коэффициента полезного действия).

Конкретно для решения этой, ещё нужно нарисовать рисунок.

Далее требуется определить, какая работа является полезной, а какая работа затраченная.

Полезная работа — это то, что необходимо выполнить в задаче (здесь — поднять тело на высоту h). Затраченная работа — это работа, при совершении которой часть энергии идёт на работу по преодолению силы трения.

Записываем формулы для определения работы полезной и работы затраченной.  И, используя алгоритм для решения задач на законы динамики, вычисляем силы, которые надо приложить для выполнения работы.

Важно! При определении работы полезной и работы затраченной задайте вопрос: что необходимо сделать в задаче и за счёт чего эта задача может быть выполнена. Таким образом можно очень быстро понять, где какую работу (энергию) подставлять в формулу для расчёта КПД.

И не только наклонной плоскости.

 

Вы можете оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

Написать комментарий

Формула ⚠️ полезной работы в физике для КПД: как найти, формула

Выбирая техническое устройство, всегда обращают внимание на эффективность его работы. Иными словами, насколько высока энергоэффективность. Получить ответ на этот вопрос можно, если произвести вычисление коэффициента его полезного действия. Тогда становится понятным, насколько затраченные усилия будут обеспечивать полезный результат работы.

Понятие КПД (коэффициента полезного действия)

Термин «КПД» широко используется не только среди профессионалов, но и в быту. Под ним понимают, насколько совершенная работа превышает полезную, т.е. ту, ради которой механизм или прибор приобретается.

Учеными разработана специальная формула, из которой следует, что КПД всегда меньше единицы. Чтобы рассчитать коэффициент, нужно полезную работу, выраженную в Джоулях, разделить на энергию, которая затрачена на эту работу. Поскольку энергия также выражается в Джоулях, конечная расчетная величина безразмерна.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Источник: mashintop.ru

Объяснить бытовым языком данное понятие можно так: энергия, выделяемая от плиты, на которой должен закипеть чайник, расходуется не только на его нагревание. Она должна нагреть саму посудину, воздух вокруг нее, сам нагревательный элемент. И только ее часть будет расходоваться на передачу воде. Чтобы сориентироваться, насколько долго будет закипать чайник одного объема на различного вида печах, нужно знать их КПД.

В поисках наиболее эффективного прибора не стоит стремиться к единице. Такого не бывает. Например, КПД атомной электростанции примерно равно 35%.

Происходит это по двум причинам:

  1. Исходя из закона сохранения энергии, получить больше работы, чем затрачено энергии, невозможно.
  2. Любая работа сопровождается определенными потерями, будь-то нагревание тары или преодоление сил трения при движении по поверхности.

Термин КПД применим практически к каждому процессу, в котором имеется затраченная и полезная работа.

Применение в различных сферах физики

Характеризуя КПД, следует учитывать, что он не является константой, поскольку в каждом случае свои особенности энергозатрат. С другой стороны, он не может быть установлен изолированно от конкретных процессов. Если рассмотреть работу электродвигателя, величина его КПД сложится исходя из преобразования энергии тока в механическую работу.

В данном случае КПД рассматривается не как соотношение полезной и общей работы, а как соотношение отдаваемой мощности и подводимой к рабочему механизму.

В формулу (η=P2/P1) должны быть включены P1 – первичная мощность и P2 – мощность прибора.

В качестве первого примера выведем формулу КПД для варианта определения с величинами работы и затраченной энергии (формула для определения КПД теплового двигателя). Условными обозначениями в ней будут являться:

Ап – работа полезная;

  • Q1 – количество энергии (или тепла), полученной от нагревающего устройства;
  • Q2 – количество энергии (или тепла), отданное в процессе деятельности;
  • Q1 – Q2 – та энергия (или тепло), которая пошла на процесс.

В итоге получится выражение:

 

Теперь выразим формулу через соотношение мощностей. Условные обозначения следующие:

Ротд – полезная (эффективная) мощность;

Рподв – номинальная мощность.

Формула будет выглядеть так:

 

Если затрата или передача энергии происходит неоднократно, общий КПД равен сумме КПД на каждом участке процесса:

 

Какой буквой обозначается, единицы измерения

В вышеприведенной формуле искомая величина коэффициента полезного действия обозначается буквой η, которая произносится «эта».

Для упрощения понимания величины, КПД чаще выражается в процентах.

Физическая формула КПД

С учетом изложенных выше особенностей и необходимости выражения результата в %, физические формулы приобретают усовершенствованный внешний вид:

 

или

 

Примеры расчета КПД

Формула применяется для расчетов коэффициентов машин различного типа.

Задача 1

Имеется 10 кг дров, теплота сгорания которых составляет 95 Дж/кг. При их сгорании в помещении объемом 75 м3 установилась температура 22оС (допускаем, что удельная теплоемкость воздуха равна 1,3 кДж/ кгхград).

Решение состоит из нескольких действий:

  1. 1300 Дж умножить на 75 (объем) и 22 (температуру). Получаем 2 145 кДж. Это то тепло, выраженное в кДж, которое поступило в воздух помещения.
  2. 10700000Дж умножаем на 10 (количество дров) =10х107 кДж.
  3. При делении полезного тепла и полного, выработанного обогревателем, получаем значение 2,5%. Это говорит о низкой эффективности прибора и большой затрате дров и необходимости внесения конструктивных изменений, например, оборудования возможности дымоходам нагревать не только воздух, но и предметы в помещении.

Задача 2

В доме установлен электробойлер объемом 80 литров. Нагревательный элемент имеет мощность 2 кВт. Было замечено, что для нагревания воды от 12оС до 70оС уходит 3 часа.

Нужно определить КПД прибора.

Дополнительные данные: плотность воды составляет 1000 кг/м3, ее теплоемкость – 4200 Дж/кг*оС.

Решать задачу нужно по формуле:

\(\eta=Q_{пол}\div Q_{зат}\times100\%\)

\(Q_{зат}=N\times t=10800(сек)\)

\(Q_{пол}=c\times m\times(T_2-T_1)\)

\(m=\rho\times V\)

\(T_1=12\) oC

\(T_2=70\) oC

Конечная формула:

\(\eta=(c\times\rho\times V\times(T_2-T_1)\div N\times t)\times100\%=90\%\)

Задача 3

Температура воды, налитой в котел паровой машины, составляет 160оС. Температура холодильника – 10

оС. Коэффициент полезного действия машины – 60%. В топке сжигается 200 кг угля. Его удельная теплота сгорания – 2,9 • 107 Дж/кг. О какой максимальной работе может идти речь для данной машины?

Решение следующее. Амакс возможна для идеальной тепловой машины, которая функционирует по циклу Карно. Ее КПД равно (Т12)/Т1. В этой формуле Т1 и Т2 – температуры нагревателя, холодильника.

Определяем КПД, пользуясь формулой: \( \eta\;=\;A\div Q_1\). В этой формуле А – работа тепловой машины, Q1 – теплота, полученная от нагревателя. С другой стороны, она равна \(\eta_1\times m\times q\).

\(Q_1\;=\;\eta_1\times m\times q\)

\((T_1-T_2)\div T_1=A\div\eta_1\times m\times g\)

Итоговая формула:

\(А\;=\;\eta_1\times m\times q\times(1\;-\;Т_2\div Т_1)\)

Подставив значение, получаем ответ: 1,2*109 Дж.

Глава 15. Работа газа в циклическом процессе. Тепловые двигатели. Цикл Карно

В программу школьного курса физики входит ряд вопросов, связанных с тепловыми двигателями. Школьник должен знать основные принципы работы теплового двигателя, понимать определение коэффициента полезного действия (КПД) циклического процесса, уметь находить эту величину в простейших случаях, знать, что такое цикл Карно и его КПД.

Тепловым двигателем (или тепловой машиной) называется процесс, в результате которого внутренняя энергия какого-то тела превращается в механическую работу. Тело, внутренняя энергия которого превращается двигателем в работу, называется нагревателем двигателя. Механическая работа в тепловых машинах совершается газом, который принято называть рабочим телом (или рабочим веществом) тепловой машины. При расширении рабочее тело и совершает полезную работу.

Для того чтобы сделать процесс работы двигателя циклическим, необходимо еще одно тело, температура которого меньше температуры нагревателя и которое называется холодильником двигателя. Действительно, если при расширении газ совершает положительную (полезную) работу (левый рисунок; работа газа численно равна площади «залитой» фигуры), то при сжатии газа он совершает отрицательную («вредную») работу, которая должна быть по абсолютной величине меньше полезной работы. А для этого сжатие газа необходимо проводить при меньших температурах, чем расширение, и, следовательно, газ перед сжатием необходимо охладить. На среднем рисунком показан процесс сжатия газа 2-1, в котором газ совершает отрицательную работу , абсолютная величина которой показана на среднем рисунке более светлой «заливкой». Чтобы суммарная работа газа за цикл была положительна, площадь под графиком расширения должна быть больше площади под графиком сжатия. А для этого газ перед сжатием следует охладить. Кроме того, из проведенных рассуждений следует, что работа газа за цикл численно равна площади цикла на графике

зависимости давления от объема, причем со знаком «плюс», если цикл проходится по часовой стрелке, и «минус» — если против.

Таким образом, двигатель превращает в механическую работу не всю энергию, взятую у нагревателя, а только ее часть; остальная часть этой энергии используется не для совершения работы, а передается холодильнику, т.е. фактически теряется для совершения работы. Поэтому величиной, характеризующей эффективность работы двигателя, является отношение

(15. 1)

где — работа, совершаемая газом в течение цикла, — количество теплоты, полученное газом от нагревателя за цикл. Отношение (15.1) показывает, какую часть количества теплоты, полученного у нагревателя, двигатель превращает в работу и называется коэффициентом полезного действия (КПД) двигателя.

Если в течение цикла рабочее тело двигателя отдает холодильнику количество теплоты (эта величина по своему смыслу положительна), то для работы газа справедливо соотношение . Поэтому существует ряд других форм записи формулы (15.1) для КПД двигателя

(15.2)

Французский физик и инженер С. Карно доказал, что максимальным КПД среди всех процессов, использующих некоторое тело с температурой в качестве нагревателя, и некоторое другое тело с температурой ( ) в качестве холодильника, обладает процесс, состоящий из двух изотерм (при температурах нагревателя и холодильника ) и двух адиабат (см. рисунок).

Изотермам на графике отвечают участки графика 1-2 (при температуре нагревателя ) и 3-4 (при температуре холодильника ), адиабатам — участки графика 2-3 и 4-1. Этот процесс называется циклом Карно. КПД цикла Карно равен

(15.3)

Теперь рассмотрим задачи. В задаче 15.1.1 необходимо использовать то обстоятельство, что работа газа в циклическом процессе численно равна площади цикла на графике зависимости давления от объема, причем со знаком «плюс», если цикл проходится по часовой стрелке, и «минус» — если против. Поэтому во втором цикле работа газа положительна, в третьем отрицательна. Первый цикл состоит из двух циклов, один из которых проходится по, второй — против часовой стрелки, причем, как следует из графика 1, площади этих циклов равны. Поэтому работа газа за цикл в процессе 1 равна нулю (правильный ответ — 2).

Поскольку в результате совершения циклического процесса газ возвращается в первоначальное состояние (задача 15.1.2), то изменение внутренней энергии газа в этом процессе равно нулю (ответ 2).

Применяя в задаче 15.1.3 первый закон термодинамики ко всему циклическому процессу и учитывая, что изменение внутренней энергии газа равно нулю (см. предыдущую задачу), заключаем, что (ответ 3).

Поскольку работа газа численно равна площади цикла на диаграмме «давление-объем», то работа газа в процессе в задаче 15.1.4 равна (ответ 1). Аналогично в задаче 15.1.5 газ за цикл совершает работу (ответ 1).

Работа газа в любом процессе равна сумме работ на отдельных участках процесса. Поскольку процесс 2-3 в задаче 15.1.6 — изохорический, то работа газа в этом процессе равна нулю. Поэтому (ответ 3).

По определению КПД показывает, какую часть количества теплоты, полученного у нагревателя, двигатель превращает в работу (задача 15. 1.7 — ответ 4).

Работа двигателя за цикл равна разности количеств теплоты, полученного от нагревателя и отданного холодильнику : . Поэтому КПД цикла есть

(задача 15.1.8 — ответ 3).

По формуле (15.3) находим КПД цикла Карно в задаче 15.1.9

(ответ 2).

Пусть температура нагревателя первоначального цикла Карно равна , температура холодильника (задача 15.1.10). Тогда по формуле (15.3) для КПД первоначального цикла имеем

Отсюда находим . Поэтому для КПД нового цикла Карно получаем

(ответ 2).

В задаче 15.2.1 формулы (2), (3) и (4) представляют собой разные варианты записи определения КПД теплового двигателя (см. формулы (15.1) и (15.2)). Поэтому не определяет КПД двигателя только формула 1. (ответ 1).

Мощностью двигателя называется работа, совершенная двигателем в единицу времени. Поскольку работа двигателя равна разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику количеств теплоты, имеем для мощности двигателя в задаче 15.2.2

(ответ 3).

По формуле (15.2) имеем для КПД двигателя в задаче 15.2.3

где — количество теплоты, полученное от нагревателя, — количество теплоты, отданное холодильнику (правильный ответ — 2).

Для нахождения КПД теплового двигателя в задаче 15.2.4 удобно использовать последнюю из формул (15.2). Имеем

где — работа газа, — количество теплоты, отданное холодильнику. Поэтому правильный ответ в задаче — 3.

Пусть газ совершает за цикл работу (задача 15.2.5). Поскольку количество теплоты, полученное от нагревателя равно ( — количество теплоты, отданное холодильнику), и работа составляет 20 % от этой величины, то для работы справедливо соотношение = 0,2 ( + 100). Отсюда находим = 25 Дж (ответ 1).

Поскольку работа теплового двигателя в задаче 15.2.6 равна 100 Дж при КПД двигателя 25 %, то двигатель получает от нагревателя количество теплоты 400 Дж. Поэтому он отдает холодильнику 300 Дж теплоты в течение цикла (ответ 4).

В задаче 15.2.7 газ получает или отдает теплоту только в процессах 1-2 и 3-1 (процесс 2-3 по условию адиабатический). Поэтому данное в условии задачи количество теплоты является количеством теплоты, полученным от нагревателя в течение цикла, — количеством теплоты, отданном холодильнику. Поэтому работа газа равна (ответ 1).

Цикл, данный в задаче 15.2.8, состоит из двух изотерм 2-3 и 4-1 и двух изохор 1-2 и 3-4. Работа газа в изохорических процессах равна нулю. Сравним работы газа в изотермических процессах. Для этого удобно построить график зависимости давления от объема в рассматриваемом процессе, поскольку работа газа есть площадь под этим графиком. График зависимости давления от объема для заданного в условии процесса приведен на рисунке. Поскольку изотерме 2-3 соответствует бóльшая температура, чем изотерме 4-1, то она будет расположена выше на графике . Объем газа в процессе 2-3 увеличивается, в процессе 4-1 уменьшается. Таким образом, график процесса на графике проходится по часовой стрелке, и, следовательно, работа газа за цикл положительна (ответ 1).

Для сравнения работ газа на различных участках процесса в задаче 15.2.9 построим график зависимости давления от объема. Этот график представлен на рисунке. Из рисунка следует, что работы газа в процессах 1-2 и 3-4 одинаковы по модулю (этим работам отвечают площади прямоугольников, «залитых» на рисунке светлой и темной «заливкой»). Работе газа на участке 4-1 отвечает площадь под графиком 4-1, которая меньше площади под графиком 1-2. Работе газа на участке 2-3 отвечает площадь под кривой 2-3 на рисунке, которая заведомо больше площади «залитых» прямоугольников. Поэтому в процессе 2-3 газ и совершает наибольшую по абсолютной величине (среди рассматриваемых процессов) работу (ответ 2.).

Согласно определению коэффициент полезного действия представляет отношение работы газа за цикл к количеству теплоты , полученному от нагревателя . Как следует из данного в условии задачи 15.2.10 графика, и в процессе 1-2-4-1 и в процессе 1-2-3-1 газ получает теплоту только на участке 1-2. Поэтому количество теплоты, полученное газом от нагревателя в процессах 1-2-4-1 и 1-2-3-1 одинаково. А вот работа газа в процессе 1-2-4-1 вдвое меньше (так площадь треугольника 1-2-4 как вдвое меньше площади треугольника 1-2-4-1). Поэтому коэффициент полезного действия процесса 1-2-4-1 вдвое меньше коэффициента полезного действия процесса 1-2-3-1 (ответ 1).

По какой формуле можно рассчитать механическую работу. А полезная формула

Основные теоретические сведения

Механическая работа

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы . Работой, совершаемой постоянной силой F , называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S :

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон на перемещении 1 метр в направлении действия силы.

Если же сила изменяется с течением времени, то для нахождения работы строят график зависимости силы от перемещения и находят площадь фигуры под графиком – это и есть работа:

Примером силы, модуль которой зависит от координаты (перемещения), может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука (F упр = kx ).

Мощность

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью . Мощность P (иногда обозначают буквой N ) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t , в течение которого совершена эта работа:

По этой формуле рассчитывается средняя мощность , т.е. мощность обобщенно характеризующая процесс. Итак, работу можно выражать и через мощность: A = Pt (если конечно известна мощность и время совершения работы). Единица мощности называется ватт (Вт) или 1 джоуль за 1 секунду. Если движение равномерное, то:

По этой формуле мы можем рассчитать мгновенную мощность (мощность в данный момент времени), если вместо скорости подставим в формулу значение мгновенной скорости. Как узнать, какую мощность считать? Если в задаче спрашивают мощность в момент времени или в какой-то точке пространства, то считается мгновенная. Если спрашивают про мощность за какой-то промежуток времени или участок пути, то ищите среднюю мощность.

КПД – коэффициент полезного действия , равен отношению полезной работы к затраченной, либо же полезной мощности к затраченной:

Какая работа полезная, а какая затраченная определяется из условия конкретной задачи путем логического рассуждения. К примеру, если подъемный кран совершает работу по подъему груза на некоторую высоту, то полезной будет работа по поднятию груза (так как именно ради нее создан кран), а затраченной – работа, совершенная электродвигателем крана.

Итак, полезная и затраченная мощность не имеют строгого определения, и находятся логическим рассуждением. В каждой задаче мы сами должны определить, что в этой задаче было целью совершения работы (полезная работа или мощность), а что было механизмом или способом совершения всей работы (затраченная мощность или работа).

В общем случае КПД показывает, как эффективно механизм преобразует один вид энергии в другой. Если мощность со временем изменяется, то работу находят как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от времени:

Кинетическая энергия

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела (энергией движения) :

То есть если автомобиль массой 2000 кг движется со скоростью 10 м/с, то он обладает кинетической энергией равной Е к = 100 кДж и способен совершить работу в 100 кДж. Эта энергия может превратиться в тепловую (при торможении автомобиля нагревается резина колес, дорога и тормозные диски) или может быть потрачена на деформацию автомобиля и тела, с которым автомобиль столкнулся (при аварии). При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная.

Тело обладает энергией, если способно совершить работу. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Физический смысл кинетической энергии: для того чтобы покоящееся тело массой m стало двигаться со скоростью v необходимо совершить работу равную полученному значению кинетической энергии. Если тело массой m движется со скоростью v , то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. При торможении кинетическая энергия в основном (кроме случаев соударения, когда энергия идет на деформации) «забирается» силой трения.

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела:

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Применять данную теорему удобно в задачах на разгон и торможение тела.

Потенциальная энергия

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел .

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями (так называемые консервативные силы ). Работа таких сил на замкнутой траектории равна нулю. Таким свойством обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести Земли рассчитывается по формуле:

Физический смысл потенциальной энергии тела: потенциальная энергия равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень (h – расстояние от центра тяжести тела до нулевого уровня). Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком:

Часто в задачах на энергию приходится находить работу по поднятию (переворачиванию, доставанию из ямы) тела. Во всех этих случаях нужно рассматривать перемещение не самого тела, а только его центра тяжести.

Потенциальная энергия Ep зависит от выбора нулевого уровня, то есть от выбора начала координат оси OY. В каждой задаче нулевой уровень выбирается из соображения удобства. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение при перемещении тела из одного положения в другое. Это изменение не зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия растянутой пружины рассчитывается по формуле:

где: k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Растяжение или сжатие х надо рассчитывать от недеформированного состояния тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией. Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x 1 , тогда при переходе в новое состояние с удлинением x 2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком (так как сила упругости всегда направлена против деформации тела):

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Работа силы трения зависит от пройденного пути (такой вид сил, чья работа зависит от траектории и пройденного пути называется: диссипативные силы ). Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой (формула уже приведена выше).

КПД можно рассчитывать как через работу, так и через мощность. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника. В тепловых двигателях – отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты. В электрических трансформаторах – отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т.д.

Из–за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т.п. КПД всегда меньше единицы. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД характеризует как эффективно работает машина или механизм. КПД тепловых электростанций достигает 35–40%, двигателей внутреннего сгорания с наддувом и предварительным охлаждением – 40–50%, динамомашин и генераторов большой мощности – 95%, трансформаторов – 98%.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной.

Закон сохранения механической энергии

Полной механической энергией называется сумма кинетической энергии (т. е. энергии движения) и потенциальной (т.е. энергии взаимодействия тел силами тяготения и упругости):

Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Если же механическая энергия переходит в тепловую, то изменение механической энергии равно работе силы трения или потерям энергии, или количеству выделившегося тепла и так далее, другими словами изменение полной механической энергии равно работе внешних сил:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему (т.е. такую в которой не действует внешних сил, и их работа соответственно равна нолю) и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной:

Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах . Он является следствием законов Ньютона. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Во всех задачах на закон сохранения энергии всегда будет как минимум два состояния системы тел. Закон гласит, что суммарная энергия первого состояния будет равна суммарной энергии второго состояния.

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии:

  1. Найти точки начального и конечного положения тела.
  2. Записать какой или какими энергиями обладает тело в данных точках.
  3. Приравнять начальную и конечную энергию тела.
  4. Добавить другие необходимые уравнения из предыдущих тем по физике.
  5. Решить полученное уравнение или систему уравнений математическими методами.

Важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Таким образом энергия в целом (т.е. не только механическая) в любом случае сохраняется.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии .

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

Разные задачи на работу

Если в задаче требуется найти механическую работу, то сначала выберите способ её нахождения:

  1. Работу можно найти по формуле: A = FS ∙cosα . Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта. Обратите внимание, что угол должен быть выбран между векторами силы и перемещения.
  2. Работу внешней силы можно найти, как разность механической энергии в конечной и начальной ситуациях. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела.
  3. Работу по подъёму тела с постоянной скоростью можно найти по формуле: A = mgh , где h – высота, на которую поднимается центр тяжести тела .
  4. Работу можно найти как произведение мощности на время, т.е. по формуле: A = Pt .
  5. Работу можно найти, как площадь фигуры под графиком зависимости силы от перемещения или мощности от времени.

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

Задачи этой темы являются достаточно сложными математически, но при знании подхода решаются по совершенно стандартному алгоритму. Во всех задачах Вам придется рассматривать вращение тела в вертикальной плоскости. Решение будет сводиться к следующей последовательности действий:

  1. Надо определить интересующую Вас точку (ту точку, в которой необходимо определить скорость тела, силу натяжения нити, вес и так далее).
  2. Записать в этой точке второй закон Ньютона, учитывая, что тело вращается, то есть у него есть центростремительное ускорение.
  3. Записать закон сохранения механической энергии так, чтобы в нем присутствовала скорость тела в той самой интересной точке, а также характеристики состояния тела в каком-нибудь состоянии про которое что-то известно.
  4. В зависимости от условия выразить скорость в квадрате из одного уравнения и подставить в другое.
  5. Провести остальные необходимые математические операции для получения окончательного результата.

При решении задач надо помнить, что:

  • Условие прохождения верхней точки при вращении на нити с минимальной скоростью – сила реакции опоры N в верхней точке равна 0. Такое же условие выполняется при прохождении верхней точки мертвой петли.
  • При вращении на стержне условие прохождения всей окружности: минимальная скорость в верхней точке равна 0.
  • Условие отрыва тела от поверхности сферы – сила реакции опоры в точке отрыва равна нулю.

Неупругие соударения

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда неизвестны действующие силы. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.

Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.

С ударным взаимодействием тел нередко приходится иметь дело в обыденной жизни, в технике и в физике (особенно в физике атома и элементарных частиц). В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары .

Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание). Для описания любых ударов Вам нужно записать и закон сохранения импульса, и закон сохранения механической энергии с учетом выделяющейся теплоты (предварительно крайне желательно сделать рисунок).

Абсолютно упругий удар

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц подчиняются законам абсолютно упругого удара. При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии. Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров. Таким образом, пользуясь законами сохранения механической энергии и импульса, можно определить скорости шаров после столкновения, если известны их скорости до столкновения. Центральный удар очень редко реализуется на практике, особенно если речь идет о столкновениях атомов или молекул. При нецентральном упругом соударении скорости частиц (шаров) до и после столкновения не направлены по одной прямой.

Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров. В этом случае векторы скоростей шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

Законы сохранения. Сложные задачи

Несколько тел

В некоторых задачах на закон сохранения энергии тросы с помощью которых перемещаются некие объекты могут иметь массу (т.е. не быть невесомыми, как Вы могли уже привыкнуть). В этом случае работу по перемещению таких тросов (а именно их центров тяжести) также нужно учитывать.

Если два тела, соединённые невесомым стержнем, вращаются в вертикальной плоскости, то:

  1. выбирают нулевой уровень для расчёта потенциальной энергии, например на уровне оси вращения или на уровне самой нижней точки нахождения одного из грузов и обязательно делают чертёж;
  2. записывают закон сохранения механической энергии, в котором в левой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в начальной ситуации, а в правой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в конечной ситуации;
  3. учитывают, что угловые скорости тел одинаковы, тогда линейные скорости тел пропорциональны радиусам вращения;
  4. при необходимости записывают второй закон Ньютона для каждого из тел в отдельности.
Разрыв снаряда

В случае разрыва снаряда выделяется энергия взрывчатых веществ. Чтобы найти эту энергию надо от суммы механических энергий осколков после взрыва отнять механическую энергию снаряда до взрыва. Также будем использовать закон сохранения импульса, записанный, в виде теоремы косинусов (векторный метод) или в виде проекций на выбранные оси.

Столкновения с тяжёлой плитой

Пусть навстречу тяжёлой плите, которая движется со скоростью v , движется лёгкий шарик массой m со скоростью u н. Так как импульс шарика много меньше импульса плиты, то после удара скорость плиты не изменится, и она будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении. В результате упругого удара, шарик отлетит от плиты. Здесь важно понять, что не поменяется скорость шарика относительно плиты . В таком случае, для конечной скорости шарика получим:

Таким образом, скорость шарика после удара увеличивается на удвоенную скорость стены. Аналогичное рассуждение для случая, когда до удара шарик и плита двигались в одном направлении, приводит к результату согласно которому скорость шарика уменьшается на удвоенную скорость стены:

По физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике . На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

В повседневной жизни часто приходится встречаться с таким понятием как работа. Что это слово означает в физике и как определить работу силы упругости? Ответы на эти вопросы вы узнаете в статье.

Механическая работа

Работа — это скалярная алгебраическая величина, которая характеризует связь между силой и перемещением. При совпадении направления этих двух переменных она вычисляется по следующей формуле:

  • F — модуль вектора силы, которая совершает работу;
  • S — модуль вектора перемещения.

Не всегда сила, которая действует на тело, совершает работу. Например, работа силы тяжести равна нулю, если ее направление перпендикулярно перемещению тела.

Если вектор силы образует отличный от нуля угол с вектором перемещения, то для определения работы следует воспользоваться другой формулой:

A=FScosα

α — угол между векторами силы и перемещения.

Значит, механическая работа — это произведение проекции силы на направление перемещения и модуля перемещения, или произведение проекции перемещения на направление силы и модуля этой силы.

Знак механической работы

В зависимости от направления силы относительно перемещения тела работа A может быть:

  • положительной (0°≤ α
  • отрицательной (90°
  • равной нулю (α=90°).

Если A>0, то скорость тела увеличивается. Пример — падение яблока с дерева на землю. При A

Единица измерения работы в СИ (Международной системе единиц) — Джоуль (1Н*1м=Дж). Джоуль — это работа силы, значение которой равно 1 Ньютону, при перемещении тела на 1 метр в направлении действия силы.

Работа силы упругости

Работу силы можно определить и графическим способом. Для этого вычисляется площадь криволинейной фигуры под графиком F s (x).

Так, по графику зависимости силы упругости от удлинения пружины, можно вывести формулу работы силы упругости.

Она равна:

A=kx 2 /2

  • k — жесткость;
  • x — абсолютное удлинение.

Что мы узнали?

Механическая работа совершается при действии на тело силы, которая приводит к перемещению тела. В зависимости от угла, который возникает между силой и перемещением, работа может быть равна нулю или иметь отрицательный или положительный знак. На примере силы упругости вы узнали о графическом способе определения работы.

Вы знаете, что такое работа? Вне всякого сомнения. Что такое работа, знает каждый человек, при условии, что он рожден и живет на планете Земля. А что такое механическая работа?

Это понятие тоже известно большинству людей на планете, хотя некоторые отдельные личности и имеют довольно смутное представление об этом процессе. Но речь сейчас не о них. Еще меньшее число людей имеют представление, что такое механическая работа с точки зрения физики. В физике механическая работа — это не труд человека ради пропитания, это физическая величина, которая может быть совершенно никак не связана ни с человеком, ни с другим каким-нибудь живым существом. Как так? Сейчас разберемся.

Механическая работа в физике

Приведем два примера. В первом примере воды реки, столкнувшись с пропастью, шумно падают вниз в виде водопада. Второй пример — это человек, который держит на вытянутых руках тяжелый предмет, например, удерживает надломившуюся крышу над крыльцом дачного домика от падения, пока его жена и дети судорожно ищут, чем ее подпереть. В каком случае совершается механическая работа?

Определение механической работы

Практически все, не задумываясь, ответят: во втором. И будут неправы. Дело обстоит как раз наоборот. В физике механическая работа описывается следующими определениями: механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и оно движется. Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.

Формула механической работы

Определяется механическая работа формулой:

где A — работа,
F — сила,
s — пройденный путь.

Так что, несмотря на весь героизм уставшего держателя крыши, проделанная им работа равна нулю, а вот вода, падая под действием силы тяжести с высокого утеса, совершает самую, что ни на есть, механическую работу. То есть, если мы будем толкать тяжелый шкаф безуспешно, то проделанная нами работа с точки зрения физики будет равна нулю, несмотря на то, что мы прикладываем много сил. А вот если мы сдвинем шкаф на некоторое расстояние, то тогда мы проделаем работу, равную произведению приложенной силы на расстояние, на которое мы передвинули тело.

Единица работы — 1 Дж. Это работа, совершенная силой в 1 ньютон, по передвижению тела на расстояние в 1 м. Если направление приложенной силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу. Пример — это когда мы толкаем какое-либо тело, и оно двигается. А в случае, когда сила приложена в противоположную движению тела сторону, например, сила трения , то данная сила совершает отрицательную работу. Если же приложенная сила никак не влияет на движение тела, то сила, совершаемая этой работой, равна нулю.

Лошадь тянет телегу с некоторой силой, обозначим её F тяги. Дедушка, сидящий на телеге, давит на неё с некоторой силой. Обозначим её F давл. Телега движется вдоль направления силы тяги лошади (вправо), а в направлении силы давления дедушки (вниз) телега не перемещается. Поэтому в физике говорят, что F тяги совершает работу над телегой, а F давл не совершает работу над телегой.

Итак, работа силы над телом или механическая работа – физическая величина, модуль которой равен произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления действия этой сил ы:

В честь английского учёного Д.Джоуля единица механической работы получила название 1 джоуль (согласно формуле, 1 Дж = 1 Н·м).

Если на рассматриваемое тело действует некоторая сила, значит, на него действует некоторое тело. Поэтому работа силы над телом и работа тела над телом – полные синонимы. Однако, работа первого тела над вторым и работа второго тела над первым – частичные синонимы, поскольку модули этих работ всегда равны, а их знаки всегда противоположны. Именно поэтому в формуле присутствует знак «±». Обсудим знаки работы более подробно.

Числовые значения силы и пути – всегда неотрицательные величины. В отличие от них механическая работа может иметь как положительный, так и отрицательный знаки. Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то работу силы считают положительной. Если направление силы противоположно направлению движения тела, работу силы считают отрицательной (берём «–» из «±» формулы). Если направление движения тела перпендикулярно направлению действия силы, то такая сила работу не совершает, то есть A = 0.

Рассмотрите три иллюстрации по трём аспектам механической работы.

Совершение силой работы может выглядеть по-разному с точек зрения различных наблюдателей. Рассмотрим пример: девочка едет в лифте вверх. Совершает ли она механическую работу? Девочка может совершать работу только над теми телами, на которые действует силой. Такое тело лишь одно – кабина лифта, так как девочка давит на её пол своим весом. Теперь надо выяснить, проходит ли кабина некоторый путь. Рассмотрим два варианта: с неподвижным и движущимся наблюдателем.

Пусть сначала мальчик-наблюдатель сидит на земле. По отношению к нему кабина лифта движется вверх и проходит некоторый путь. Вес девочки направлен в противоположную сторону – вниз, следовательно, девочка совершает над кабиной отрицательную механическую работу: A дев A дев = 0.

Коэффициент полезного действия показывает отношение полезной работы, которая выполняется механизмом или устройством, к затраченной. Часто за затраченную работу принимают количество энергии, которое потребляет устройство для того, чтобы выполнить работу.

Вам понадобится

  1. — автомобиль;
  2. — термометр;
  3. — калькулятор.

Инструкция

  1. Для того чтобы рассчитать коэффициент полезного действия (КПД) поделите полезную работу Ап на работу затраченную Аз, а результат умножьте на 100% (КПД=Ап/Аз∙100%). Результат получите в процентах.6∙7)∙100%=30%.
  2. В общем случае чтобы найти КПД, любой тепловой машины (двигателя внутреннего сгорания, парового двигателя, турбины и т.д.), где работа выполняется газом, имеет коэффициент полезного действия равный разности теплоты отданной нагревателем Q1 и полученной холодильником Q2, найдите разность теплоты нагревателя и холодильника, и поделите на теплоту нагревателя КПД= (Q1-Q2)/Q1. Здесь КПД измеряется в дольных единицах от 0 до 1, чтобы перевести результат в проценты, умножьте его на 100.
  3. Чтобы получить КПД идеальной тепловой машины (машины Карно), найдите отношение разности температур нагревателя Т1 и холодильника Т2 к температуре нагревателя КПД=(Т1-Т2)/Т1. Это предельно возможный КПД для конкретного типа тепловой машины с заданными температурами нагревателя и холодильника.
  4. Для электродвигателя найдите затраченную работу как произведение мощности на время ее выполнения. Например, если электродвигатель крана мощностью 3,2 кВт поднимает груз массой 800 кг на высоту 3,6 м за 10 с, то его КПД равен отношению полезной работы Ап=m∙g∙h, где m – масса груза, g≈10 м/с² ускорение свободного падения, h – высота на которую подняли груз, и затраченной работы Аз=Р∙t, где Р – мощность двигателя, t – время его работы. Получите формулу для определения КПД=Ап/Аз∙100%=(m∙g∙h)/(Р∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3,6)/(3200∙10) ∙100%=90%.

Какая формула у полезной работы?

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную или затраченную работу Аз и полезную работу Ап. Если, например, наша цель-поднять груз массой m на высоту Н, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:
Ап =FH= mgH
Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет полезная работа от всей затраченной работы, называется коэффициентом полезного действия механизма.

Что такое работа в физике определение формула. нн

Помогите расшифровать формулу по физике

КПД тепловых двигателей.физика (формулы,определения,примеры) напишите! физика (формулы,определения,примеры) напишите!

Коэффициент полезного действия КПД разделения

    Заметим, что формула (XI.24) справедлива для глубины гидравлического затвора на колпачковой тарелке й, = 30 мм (рис. Х1-22, в), которая и рекомендуется в колоннах, работающих при нормальном давлении. Уменьшение величины/1з, допускаемое часто с целью уменьшения гидравлического сопротивления колонн для разделения термолабильных смесей под вакуумом, ведет к относительному падению коэффициента полезного действия т] при значениях Шд, рассчитанных по формуле (XI.24). Влияние рабочего давления колонны учитывается в формуле (Х1.24) плотностью пара Рп- [c.555]
    Определив число теоретических ступеней разделения, обычно обнаруживают, что это число меньше числа реальных тарелок. Следовательно, реальная тарелка работает не идеально, и поэтому работу тарелки оценивают по отношению найденного числа теоретических ступеней разделения к числу реальных тарелок. Это отношение называют средним относительным обогащением или средним коэффициентом полезного действия тарелки (по Киршбауму) [103] [c.136]

    Для синтеза технологических схем разделения нефтяных смесей целесообразно использовать также и термодинамические критерии, например, термодинамический коэффициент полезного действия (т)т), равный отношению минимальной работы разделения смеси заданного состава на чистые компоненты к фактической работе разделения [2, 6]  [c.105]

    Эффективностью или коэффициентом полезного действия практической тарелки называется отношение числа теоретических тарелок, необходимых для проведения назначенного процесса ректификации к действительному числу тарелок, практически обеспечивающих требуемое разделение. [c.68]

    Для оценки разделительной способности колонны удобно использовать термодинамический коэффициент полезного действия, определяемый как отношение работы, затраченной на разделение смеси, к полной работе разделения смеси на чистые компоненты. Термодинамический КПД при допущении равенства температур конечных продуктов разделения и температуры исходной смеси определяется выражением [бЗ 54] [c.321]

    В разделе I теоретическая тарелка была определена как тарелка, осуществляющая идеальную простую перегонку, т. е. создающая такое различие между составом жидкой смеси и составом ее пара, которое следует из кривой равновесия. Там же было приведено общее описание вывода этого понятия с помощью кривых температура кипения—состав и указано на возможность сравнения эффективности колонн по числу теоретических тарелок. Теоретической тарелкой тарельчатой колонны называют такую..тарелку, на которой пар и жидкость, покидающие тарелку, могут достичь равновесного состава. Таким образом, каждая тарелка как бы осуществляет теоретически идеальную простую перегонку. На реальных тарелках разделение смеси бывает несколько меньшим, чем для теоретической тарелки, что объясняется недостаточным перемешиванием, тенденцией к пенообразованию, уносом капель и конструктивными особенностями колонн различного диаметра. Было предложено большое число всевозможных типов тарелок, которые сильно различаются по коэффициенту полезного действия. Последний выражает отношение реально наблюдаемого разделения к теоретическому и может быть выражен двумя способами. [c.28]


    Основные показатели эффективности функционирования элементов ХТС выражают в виде коэффициентов полезного действия (к. п. д.) элементов или величин, характеризующих фактический выход химического продукта из элемента ХТС, которые для технологических процессов собственно химического превращения представляют собой степени превращения химических компонентов, а для технологических процессов межфаз-ной массопередачи — степени межфазного перехода (степени разделения) или коэффициенты извлечения. К. п. д. элементов показывают степень приближения технологического процесса к равновесию. Расчеты к. п. д. требуют знания равновесных соотношений, хотя эти величины определяются в основном кинетикой процесса фактическое число компонентов, вступивших в химическую реакцию, или количество поглощаемого компонента зависит соответственно от скорости химического превращения или от скорости массопередачи. [c.15]

    Средний (для всей колонны) коэффициент полезного действия является простым отношением, выраженным в процентах. Так, если колонна, имеющая восемь реальных тарелок, дает разделение, отвечающее лишь шести теоретическим тарелкам, то коэффициент полезного действия будет равен 75%. коэффициент полезного действия индивидуальной тарелки выражают обычнО коэффициентом Мэрфри [75—76], [c.28]

    В промышленности для проведения процессов экстрактивной ректификации наибольшее применение получили тарельчатые колонны. Влияние различных факторов на коэффициент полезного действия колпачковых тарелок было исследовано Грозе с соавторами [253] на специально сконструированной установке. Основной ее частью являлась колонна с внутренним диаметром 330 мм, в которой на расстоянии 600 мм друг от друга помещались 10 тарелок. Каждая из них имела 13 круглых колпачков диаметром 42 мм с трапецеидальными прорезями. Тарелки являлись моделью используемых в промышленных колоннах для экстрактивной ректификации в производстве бутадиена. Исследование проводилось на примере разделения смесей изобутана и бутена-1 с использованием в качестве разделяющего агента как безводного фурфурола, так и содержащего до 9 вес. % воды. Концентрация углеводородов в жидкости варьировалась от 12 до 27 мол. %, температура — от 44 до бб , давление — от 2,8 до [c.264]

    Для получения требуемого разделения начального раствора на дистиллят и исчерпанную жидкость число действительных тарелок п должно быть больше, чем теоретических п. Отношение этих величин носит название среднего коэффициента полезного действия тарелок в колонке  [c.501]

    Мерой эффективности реальной, или действительной,тарелки является коэффициент полезного действия (КПД) ее. В практике определяют КПД не отдельной-тарелки, а средний КПД тарелок всей колонны или значительного ее участка, который равен отнощению числа тарелок (п) необходимых для осуществления заданного разделения смеси, к числу реальных (Л ), необходимых для той же цели  [c.285]

    Мы оперировали до сих пор теоретической ректификационной тарелкой, предполагающей, что покидающие ее паровая и жидкая фазы находятся в равновесии. Достигаемое при этом обогащение пара низкокипящим компонентом является максимально возможным и равно Ур — у (рис. XI-17). В реальных аппаратах вследствие кратковременного и несовершенного контакта пара и жидкости фазовое равновесие на тарелке не достигается, поэтому действительное обогащение пара /д — у меньше теоретически возможного, т. е. у — у степени разделения смеси действительное число тарелок в аппарате п должно быть больше числа теоретических тарелок п. . Отношение Яср = njn коэффициентом полезного действия ректификационной колонны. [c.537]

    Коэффициент полезного действия ректификационной тарелки, измеряющий степень отклонения реальной тарелки от теоретической, часто определяется по усредненному для всей колонны значению как отношение числа теоретических тарелок, необходимых для назначенного разделения, к действительному числу тарелок, практически обеспечивающих получение продуктов заданной степени чистоты, ср = Л/теор/ пр. [c.355]

    Многочисленные попытки согласования данных расчета числа теоретических тарелок с числом практических тарелок, фактически необходимых для запроектированного разделения, привели к введению ряда поправочных множителей, представляющих собой введенный ранее общий коэффициент полезного действия тарелки. Эти переходные множители зависят от многообразных свойств разделяемых систем, типа и конструкции погоноразделительных устройств, изменяющихся в каждом конкретном случае, и поэтому для их нахождения при всех условиях работы колонн и для большинства по крайней мере [c.359]

    Для оценки степени приближения реального процесса фракционирования к равновесному используют различные коэффициенты эффективности разделения. Так, в ряде работ [1, 57, 58] применяют так называемый коэффициент полезного действия [c.61]

    Реальные процессы массообмена протекают при условиях, отличающихся от принятых для идеального каскада. В результате этого имеет место неполное разделение фаз и отличие их составов от равновесных. Влияние этих факторов учитывается путем введения коэффициента полезного действия (к. п.д.). Различают локальный (или точечный) к. п. д. Т1л, к. п. д. ступени т]т и к. п. д. аппарата т)а. Локальный к. п.д. определяется как отношение реального изменения содержания рассматриваемого компонента в данной точке ступени к тому максимально возможному изменению, которое было бы получено при достижении равновесия и при полном разделении фаз [c.473]


    В связи с этим переход от теоретических ступеней разделения к реальным тарелкам осуществляется, как правило, путем использования коэффициентов полезного действия, полученных при обследовании аналогичных промышленных установок. [c.247]

    Необходимое число теоретических тарелок определяют в результате расчета ректификации по одной из вышеизложенных программ (см. стр. 48), которая входит как составная часть в программу оптимального проектирования. В данном примере проектирования процесса разделения смеси ксилолов, естественно, применялась программа для расчета ректификации близкокипящих компонентов. В программу было введено дополнительное условие, обеспечивающее всякий раз оптимальное место подачи сырья в колонну. Коэффициент полезного действия тарелок принят постоянным для всех исследуемых режимов (в примере разделения ксилолов к. п. д. тарелки принят равным 0,5). Нагрузки на дефлегматоры и кипятильники колонн подсчитывают по уравнениям  [c.141]

    Разделение в идеальном каскаде соответствует оптимальным условиям создания концентрационного напора по, всей колонне. Другими словами, оптимизируется коэффициент полезного действия, что обусловлено необходимостью иметь при реальном разделении флегму больше минимальной. [c.168]

    Практика использования идеального теплового цикла для сравнительных термодинамических расчетов схем разделения указывает на достаточную точность данного метода исследования. Единственным допущением при этом является предположение о постоянстве коэффициента полезного действия цикла для разных уровней тепла (холода). [c.358]

    Работа циклона оценивается по совокупности его основных характеристик 1) эффективности разделения (степени очистки или коэффициента полезного действия) и 2) гидравлического сопротивления (достижение высокой степени очистки при малом гидравлическом сопротивлении). [c.92]

    Для разделения двух соседних линий в квантометре применяется светоделительная гребенка из кварца с толщиной зубцов не более 1 мм. Коэффициент полезного действия такого устройства в зависимости от расстояния между соседними линиями [c.295]

    Теперь, когда, по-видимому, установлено, что член С для заполненных колонок, смоченных не очень большим количеством жидкости, в основном определяется медленностью диффузии в газовой фазе, в то время как этот же член С в пустых цилиндрических колонках зависит главным образом от более вредно сказывающейся медленной диффузии в жидкой фазе, вы можете задать вопрос, почему пустые цилиндрические колонки капиллярных размеров или выше имеют заметное преимущество перед заполненными колонками для разделения веществ, кипящих при довольно высокой температуре. Прежде чем ответить на данный вопрос, следует договориться о степени этого преиму щества. Мерой, очевидно, не является число тарелок колонки, так как эта величина определяется конструкцией. Не является такой мерой ни скорость получения хроматограммы, ни небольперепада давления по колонке. Скорее всего кри терий, определяющий указанное преимущество, представляет собой комбинацию этих нескольких рабочих параметров, которые мало зависят от конструкции рассматриваемой колонки. Я назвал комбинацию некоторых наблюдаемых величин пока зателем эффективности его малое значение является признак ком добротности, присущей данной колонке. Рискуя повториться, я хотел бы подчеркнуть, что показатель эффективности колонки не является мерой разделительной способности колонки он позволяет оценить величину перепада давления и время удерживания, требуемые для достижения данной разделительной способности. Связь между показателем эффективности и разделяющей способностью колонки несколько напоминает связь между коэффициентом полезного действия электромотора, выра-женного энергией в лошадиных силах на выходе, приходящейся на 1 кв энергии на входе, и фактической мощностью мотора. Показатель эффективности непосредственно зависит от вязкости газа-носителя и, как это видно из формулы, имеет размерность вязкости. Для случая, когда газом-носителем является гелий, мы рассчитали, что ориентировочная величина минимального достижимого значения показателя эффективности для любой колонки составляет 0,1 пуаз. Экспериментально мы нашли, что лучшее значение показателя эффективности, достигнутое на цилиндрических колонках, в несколько раз превосходит эту идеальную величину, что указывает на значительную долю величины члена С цилиндрической колонки, связанную с медленностью диффузии в жидкой фазе. Тем не менее в заполненных колонках, в которых величина члена С определяется в основном медленностью газовой диффузии между подвижной и неподвиж- [c.189]

    На интенсивность процесса разделения в числе других факторов влияют физические свойства разделяемой смеси. Интенсивность характеризуется коэффициентом полезного действия одной ступени (тарелки), величина которого при ректификации обычно составляет 50—60% нри абсорбции к. п. д. значительно ниже и не превышает 30—50% более высокие значения к. п. д. относятся к абсорбентам с низким молекулярным весом (например, Сз). [c.99]

    В течение нескольких лет в Венгерской Народной Республике проводятся опыты с продольными проточными отстойниками, разделенными параллельными пластинами из различных материалов. На этих отстойниках изучают увеличение коэффициента полезного действия, воздействие вибрации пластин, а также явления электрофореза. Опыты в настоящее время еще не закончены, однако уже имеются положительные результаты, особенно в области очистки речной воды. Так, при снижении концентрации на 420 мг л и средней скорости 30 мм сек коэффициент полезного действия установки составил 90%. Максимальная величина зерна в сточной воде была равна 17 ц. [c.276]

    Коэффициентом полезного действия тарелки в общем виде называется отношеппе теоретически необходимого числа тарелок к действительному числу тарелок, при котором наблюдается та же степень разделения  [c.236]

    В одном из патентов [38] описана схема, в которой адсорбент непрерывно пропускается в последовательном порядке через песколько зон контакта, В каждой зоне адсорбент находится во взвешенном состоянии. Адсорбент выпускается из зоны, отделяется от жидкости и затем вводится в следующую зону. Жидкость последовательно пропускается через зоны контакта в противоположном направлении. В каждой зоне по существу происходит процесс контакт шго взаимодействия, однако, чтобы достигалась желаемая степень разделения, число зон должею быть достаточно большим. Можно тaIiжe производить орошение. Анализ процесса можно выполнить при помощи диаграммы Мак-Кэба-Тиле, в которой состав внутрипоровой жидкости заменяется составом пара. Целесообразно пользоваться объемными, а не молярными концентрациями. Существенное различие при этом заключается в том, что рабочие линии процесса могут находиться в любом месте диаграммы, а линия, проходящая под углом 45° к осям, не имеет особого интереса. Число ступеней на такой диаграмме представляет собой теоретическое число зон контакта. Степень приближения к равновесию на каждой ступени экврхвалентна коэффициенту полезного действия тарелки. Можно определить среднее время, необходимое для достижения различных степеней приближения к равновесию, и рассчитать, каково должно быть оптимальное соотношение между числом ступеней и их емкостью. [c.164]

    На реальных тарелках практически никогда не достигается к. п. д. 100%, что возможно для идеальных тарелок обычно к. п. д. составляет 50—90% . Это вызвано, во-первых, тем, что перемешивание пара и жидкости в большинстве случаев не является совершенным, и, во-вторых, тем, что пар, особенно при больших скоростях, увлекает брызги жидкости на вышележащую тарелку. Кроме того, колонны, как правило, работают не с бесконечным флегмовым числом, а с конечным, так как целью любой ректификации является получение дистиллята. Как показал Аншюц [133], коэффициент полезного действия тарелок может быть учтен при графическом построении теоретических ступеней разделения по методу Мак-Кэба и Тиле. [c.97]

    Диаметры ректификационных колонн для разделения многокомпонентных смесей определяют из тех же соображений, что и колонн для бинарной ректификации (ем. разд. 3.2.4), Наиболее надежный способ расчета рабочей высоты колонны — использование опытных данных по эффективности тарелок или по значениям ВЭТС (для на-садочных колонн), полученных для систем с близкими свойствами. При отсутствии таких данных можно использовать результаты расчета бинарной ректификации для отдельных пар компонентов, входящих в состав многокомпонентной системы, В частности, для оценки среднего коэффициента полезного действия ступени можно использовать график (см. рис. 3,9) для ключевых компонентов. Считают [И], что эффективность ступени BbiLue для компонентов, обладаюн1ИХ большей летучестью. Применение данных по бинарной ректификации к многокомпонентной является более надежным в тех случаях, когда существенная доля сопротивления массопереносу сосредоточена в жидкой фазе. [c.144]

    Выше отмечалось, что число фактических тарелок в абсорбере определяется числом теоретических тарелок и коэффициентом полезного действия тарелки , т. е. отношением числа теоретических тарелок к числу тарелок, фактически необходимому для данного разделения. Для некоторых типов тарелок к. п. д. для пара (по Мэрфри [16]) дает более точную оценку действительной работы тарелки по отношению к работе теоретической тарелкн. Этот коэффициент можно вычислить из уравнения [c.14]

    Разделение, которое может быть достигнуто в фракционирующей колонне, выраженное в теоретических тарелках, было рассмотрено в разделе 1П. Там же были достаточно подробно разобраны уравнения Фенске и Смокера, потому что они являются типичными уравнениями, характеризующими работу колонны и выражающими связь между достигнутым разделением и свойствами разгоняемой смеси, длиной и эффективностью колонны и условиями работы. При этом, однако, было отмечено, что хотя понятием теоретической тарелки пользуются весьма часто, но применение его для насадочных колонн, в сущности, не обосновано. Даже для тарельчатых колонн необходимо было ввести понятие о коэффициенте полезного действия с тем, >тобы объяснить различие [c.64]

    При разделении смеси бензол — тиофен на аналогичной колонне, имеющей II тарелок, достигался эффект 5—8,4 теоретических сгупсней, в Зависимости от состава исходной смеси. Коэффициент полезного действия ступеней составлял иг 40 до 70%. При исследовании процесса выделения стеариновой кислоты из ее смеси с пальмитиновой и олеиновой кислотами была получена практически чистая стеариновая кислота [280]. [c.223]

    Расчет процесса ректификации с помощью понятия о теоретической ступени разделения имеет преимущество общности с другими многоступенчатыми противоточными процессами разделения и позволяет использовать достижения общей теории разделения [4—6]. По ЧТСР можно рассчитывать ректификационные колонны как со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые), так и с непрерывным контактом фаз (насадочные). В первом случае для перехода к реальным тарелкам используется коэффициент полезного действия тарелки. Во втором случае вводится величина ВЭТС (высота, эквивалентная тееретической ступени разделения), и требуемая высота слоя насадки определяется как произведение ЧТСР и ВЭТС. Однако при расчете колонн с непрерывным контактом представление о теоретической ступени разделения не отвечает реальным условиям протекания процесса и становится искусственным. В связи с этим был. разработан и в настоящее время широко применяется другой путь расчета ректификации — по числу единиц переноса. [c.54]

    Общее качество лабораторных дистилляционпых колонн можно удобно выразить с помощью понятия, которое можно было бы назвать коэффициентом полезного действия А [29, 33]. Этот коэффициент равен количеству проходящего материала, деленному на величину рефлюкса (возврата) и пн эквивалент теоретических стадий разделения [c.29]

    Рассмотрение соотношения, дапного п уравнении (2), показывает, что размерность объема сокращается и что величина коэффициента полезного действия А обратно пропорциональна времени. Один из путей для понимания фактора А заключается в том, что его можно рассматривать, как число, эквивалентное количеству ступеней разделения в единицу времени (1 час), которое характеризует работу данной колонны. Отсюда следует, что А является величиной, получаемой при делении производительности системы (или количества смеси, проходящей через нее в течение часа) на количество вещества, находящегося на отрезке фракционирующей системы, соответствующей единице разделяющей способности, измеренной как одна теоретическая стадия разделения. Частное А является, таким образом, числом единиц стадий разделения, которое должиа проходить смесь в час через отдельную секцию колонны. [c.30]

    Установка Кт-12 является одним из наиболее современных и экономичных агрегатов для производства технологического кислорода. Существует несколько модификаций этой установки. Наиболее новыми из них являются К-11-1, КтКАр-12 КтК-12-1 КтА-12-2. Ббльшая эффективность установок разделения воздуха достигается повышением коэффициента полезного действия турбокомпрессоров и понижением давления воздуха на входе в регенераторы. Это достигается при уменьшении гидравлических сопротивлений на пути прямого и обратного газовых потоков. [c.136]


Примеры решения задач по теме: «КПД тепловых двигателей»

Примеры решения задач по теме: «КПД тепловых двигателей»

Подробности
Просмотров: 832

«Физика — 10 класс»

Для решения задач надо воспользоваться известными выражениями для определения КПД тепловых машин и иметь в виду, что выражение (13.17) справедливо только для идеальной тепловой машины.

Задача 1.

В котле паровой машины температура 160 °С, а температура холодильника 10 °С.
Какую максимальную работу может теоретически совершить машина, если в топке, коэффициент полезного действия которой 60 %, сожжён уголь массой 200 кг с удельной теплотой сгорания 2,9 • 107 Дж/кг?

Р е ш е н и е.

Максимальную работу может совершить идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, КПД которой η = (Т1 — Т2)/Т1, где Т1 и Т2 — абсолютные температуры нагревателя и холодильника. Для любой тепловой машины КПД определяется по формуле η = A/Q1, где А — работа, совершаемая тепловой машиной, Q1 — количество теплоты, полученной машиной от нагревателя.
Из условия задачи ясно, что Q1 — это часть количества теплоты, выделившейся при сгорании топлива: Q1 = η1mq.

Тогда откуда А = η1mq(1 — Т21) = 1,2 • 109 Дж.

Задача 2.

Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы топливо массой m = 8,1 кг, с удельной теплотой сгорания q = 3,3 • 107 Дж/кг.
Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С.
Определите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины.

Р е ш е н и е.

КПД тепловой машины равен отношению совершённой механической работы А к затраченному количеству теплоты Qlt выделяющейся при сгорании топлива.
Количество теплоты Q1 = mq.

Совершённая за это же время работа А = Nt.

Таким образом, η = A/Q1 = Nt/qm = 0,198, или η ≈ 20%.

Для идеальной тепловой машины η < ηид.

Задача 3.

Идеальная тепловая машина с КПД η работает по обратному циклу (рис. 13.15).

Какое максимальное количество теплоты можно забрать от холодильника, совершив механическую работу А?

Р е ш е н и е.

Поскольку холодильная машина работает по обратному циклу, то для перехода тепла от менее нагретого тела к более нагретому необходимо, чтобы внешние силы совершили положительную работу.
Принципиальная схема холодильной машины: от холодильника отбирается количество теплоты Q2, внешними силами совершается работа и нагревателю передаётся количество теплоты Q1.
Следовательно, Q2 = Q1(1 — η), Q1 = A/η.

Окончательно Q2 = (A/η)(1 — η).

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Основы термодинамики. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Насыщенный пар — Давление насыщенного пара — Влажность воздуха — Примеры решения задач по теме «Насыщенный пар. Влажность воздуха» — Кристаллические тела — Аморфные тела — Внутренняя энергия — Работа в термодинамике — Примеры решения задач по теме «Внутренняя энергия. Работа» — Количество теплоты. Уравнение теплового баланса — Примеры решения задач по теме: «Количество теплоты. Уравнение теплового баланса» — Первый закон термодинамики — Применение первого закона термодинамики к различным процессам — Примеры решения задач по теме: «Первый закон термодинамики» — Второй закон термодинамики — Статистический характер второго закона термодинамики — Принцип действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей — Примеры решения задач по теме: «КПД тепловых двигателей»

Калькулятор эффективности — Calculator Academy

Рассчитайте эффективность системы. Введите общую энергию, вводимую в систему, и общую энергию или объем работы, чтобы определить ее эффективность.

Формула эффективности

Эффективность — это предотвращение потерь в любой системе, часто отображаемое в процентах от объема работы к затраченной энергии. Эта энергия обычно измеряется в Джоулях (Дж). Эффективность очень часто используется в приложениях для передачи тепла, поскольку потери тепла являются ключевой проблемой современной техники.Он также используется для оценки механической, солнечной и химической эффективности.

КПД можно рассчитать по следующей формуле:

N = Wo / Ei * 100

  • Где N — эффективность
  • Wo — результат работы
  • Ei — потребляемая энергия

В работе и энергии используются стандартные единицы джоулей, но в калькуляторе выше на единицу меньше, чтобы вы могли ввести любую единицу. Вы должны убедиться, что единицы работы и энергии совпадают. Вышеупомянутое объяснение предназначено для использования эффективности в физике и термодинамике, но эффективность можно использовать во всем, от финансов до производительности труда.

Как рассчитать КПД

Эффективность — это мера способности системы передавать энергию. Таким образом, система со 100% -ным КПД будет выдавать 100% потребляемой энергии. Если вы изучаете термодинамику, конечно, вы знаете, что эффективность 10)% невозможна. Потери энергии есть во всех аспектах системы, от потерь тепла до потерь на трение.

Давайте рассмотрим пример того, как можно рассчитать эффективность.

  1. Первый шаг — вычислить или измерить энергию, вводимую в систему.Обычно это измеряется с помощью прямых средств, таких как измерение общего количества электричества, вводимого в систему, но его также можно вычислить.
  2. Следующий шаг — вычислить общий объем работ. Иногда это может быть сложно и требует некоторых манипуляций с уравнениями. Причина, по которой это может быть сложно, заключается в том, что очень часто входом является либо электричество, либо тепло, а выходом — движение, как у двигателя. Вы должны преобразовать физическое движение в энергию, используя термодинамические формулы.
  3. Наконец, введите входные и выходные данные в формулу и проанализируйте результат.

Как повысить эффективность

Повышение эффективности — основа постоянного совершенствования инженерной мысли, особенно механических систем. Механические системы могут быть крайне неэффективными. Взять, к примеру, ДВС (двигатель внутреннего сгорания). КПД ДВС обычно составляет около 20-30%. Это означает, что 70% энергии, производимой бензином, теряется по разным причинам. Инженеры работали над улучшением этого на протяжении десятилетий.

Вот лучшие способы повышения эффективности механических систем:

  • Уменьшите потери тепла за счет использования изоляции
  • Уменьшите трение деталей за счет смазки или изменения конструкции компонентов
  • Уменьшите количество передающих компонентов, чем меньше, тем лучше
  • Улавливание потерянного тепла для питания других систем

Есть неограниченное количество способов повысить эффективность системы, механически или нет.Инженер должен критически мыслить и придумывать новые способы сделать это.


Формула эффективности производства: что это такое и кто ее использует

* * Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100 **

Предприятия принимают во внимание множество факторов при принятии решения об использовании своих ресурсов для производства товаров . Эффективность производства, которая является важным производственным фактором, относится к моменту, когда производство выходит на полную мощность и максимальную эффективность.Если ваша работа связана с производством, важно понимать концепцию эффективности производства и формулу эффективности производства. В этой статье мы объясняем определение эффективности производства, формулу эффективности производства, как использовать формулу эффективности производства и кто использует формулу эффективности производства.

Что такое эффективность производства?

Эффективность производства — это момент, когда производство выходит на полную мощность. На этом этапе вы используете все свои ресурсы и не можете производить больше продуктов, не отказываясь от производства другого продукта.Это означает, что эта точка является наиболее эффективным уровнем производства, и она может позволить вам производить товары с наименьшими затратами для вашего бизнеса. Следовательно, важно понимать эффективность производства, чтобы вы могли принять оптимальные решения для своей компании.

Эффективность производства можно визуализировать с помощью границы производственных возможностей (PPF). PPF — это кривая на графике, которая показывает различные комбинации результатов производства, когда вы производите два товара из одних и тех же ресурсов.Анализ PPF может помочь вам найти точку, в которой эффективность производства наиболее высока.

Связанный: Что такое эффективность производства?

Какова формула эффективности производства?

Формула эффективности производства — это простая формула, которую вы можете использовать для расчета эффективности производства на основе данных вашей компании. Формула эффективности производства:

Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100

Формула означает, что эффективность производства равна фактической производительности, деленной на стандартную производительность, умноженную на 100%.Чтобы использовать формулу эффективности производства, вам необходимо знать два важных фактора:

  • Фактическая производительность: Фактическая производительность вашего предприятия — это ваши фактические затраты, разделенные на ваш фактический выпуск. По сути, фактическая скорость вывода описывает фактически полученный результат.
  • Стандартная скорость вывода: Стандартная скорость вывода вашего бизнеса — это ваша работа, произведенная за определенную единицу времени. Стандартная скорость вывода описывает результат, который может произойти, в отличие от фактической скорости вывода, которая описывает результат, который действительно произошел.Вы можете использовать исторические данные своего бизнеса, чтобы определить стандартную скорость вывода.

Связано: Как решать простые уравнения (с примерами)

Как использовать формулу эффективности производства

Вот три простых шага, которые вы можете выполнить для расчета эффективности производства с использованием формулы эффективности производства:

1. Найдите фактическую производительность

Первым шагом к использованию формулы эффективности производства является определение фактической производительности.Вы можете рассчитать фактическую производительность, разделив единицу времени на количество произведенных продуктов. Например, если вы управляете малым бизнесом, который производит 24 ожерелья ручной работы за восемь часов, ваша фактическая производительность составляет три ожерелья ручной работы в час.

24 ожерелья ручной работы / 8 часов = 3 ожерелья ручной работы в час

Связано: 39 Общие коммерческие термины

2. Найдите стандартную производительность

Следующим шагом к использованию формулы эффективности производства является поиск ваша стандартная скорость вывода.Вы можете рассчитать стандартную производительность, определив объем работы, которую средний рабочий может произвести за единицу времени. Вы можете определить это значение, просмотрев исторические данные вашего бизнеса. Используя тот же пример, если ваша компания может произвести в среднем 16 высококачественных ожерелий ручной работы за восемь часов, ваша стандартная производительность составляет два ожерелья ручной работы в час.

16 ожерелий ручной работы / 8 часов = 2 ожерелья ручной работы в час

3. Примените формулу эффективности производства

После того, как вы узнаете фактическую производительность и стандартную производительность, вы можете применить формулу эффективности производства.Включите свои ценности в формулу, чтобы найти решение для повышения эффективности производства. Во-первых, разделите фактическую скорость вывода на стандартную скорость вывода. Затем умножьте полученную сумму на 100%. Полученная сумма представляет собой эффективность производства.

Следовательно, если ваша средняя производительность составляет три ожерелья в час, а стандартная производительность — два ожерелья в час, эффективность производства составляет 150%. Это означает, что ваш бизнес по производству ожерелий ручной работы работает с высокой эффективностью.

(3 ожерелья ручной работы / 2 ожерелья ручной работы) x 100 = эффективность производства

(3/2) x 100 = 150%

Связано: Как измерить производительность и повысить эффективность на рабочем месте

Кто использует формулу эффективности производства?

Формулу производственной эффективности могут использовать люди, занимающиеся многими профессиями, особенно люди, работающие в сфере экономики или производства. Владельцы бизнеса также могут использовать формулу эффективности производства, чтобы понять, как работать на полную мощность и с максимальной эффективностью.Это может помочь им принять оптимальные производственные решения для своего бизнеса и повысить его успех, в том числе:

  • Создание стратегий повышения эффективности производства
  • Снижение затрат, связанных с производством
  • Сокращение отходов, образующихся при производстве
  • Определение того, как распределять производственные ресурсы

Связанные: Эффективность бизнеса: что это такое и как ее улучшить

Советы по повышению эффективности производства

Вот несколько советов, которые вы можете использовать, чтобы повысить эффективность производства вашего бизнеса:

Измените способ распределения производственных ресурсов

Один из советов по повышению эффективности производства — изменить способ распределения производственных ресурсов вашим бизнесом.Вы можете сделать это, изменив материалы, которые вы используете для производства товаров, уменьшив производственные отходы, изменив способ упаковки продуктов и приняв другие меры.

Связано: Что такое управление ресурсами? Руководство по распределению ресурсов и планированию

Измерьте свою производительность

Еще один совет по повышению эффективности производства — измерение эффективности вашего бизнеса. Вы можете создавать ключевые показатели эффективности (KPI) и другие метрики, которые помогут вам измерить эффективность вашего бизнеса.Периодическое измерение вашей производительности может помочь вам определить конкретные области или процессы, которые ваш бизнес может улучшить, чтобы повысить эффективность производства.

Оптимизация рабочих процессов

Оптимизация рабочих процессов — еще один способ повысить эффективность производства. Вы можете оптимизировать рабочие процессы своего бизнеса, организовав рабочее пространство, так как это может помочь сотрудникам сократить время своей работы. Вы также можете оптимизировать свои рабочие процессы, стандартизировав частые процессы.Стандартизация процессов может помочь сотрудникам быстро завершить процессы и достичь желаемых результатов. Вы можете начать стандартизацию процессов с создания руководящих принципов, объясняющих важные шаги и цели каждого процесса.

Расчет эффективности оператора и эффективности линии

Формула эффективности используется для измерения эффективности серийного производства и производительности труда рабочих.

Эффективность — это результат работы операции, разделенный на затраты работы той же операции и выраженный в процентах.Общая формула для расчета эффективности:


(Результат работы / ввод работы) X 100
Если рассматривать ввод и вывод работы в «минутах», формула эффективности будет такой — отношение общего количества произведенных стандартных минут к общему количеству минут, затраченных на работу.

Я работаю в секторе производства одежды. На фабрике по производству одежды мы ежедневно рассчитываем эффективность линии, чтобы проверить и измерить ее производительность. Мы используем следующую формулу для расчета эффективности.


Формула эффективности

КПД% = (Общее количество произведенных минут X 100) / (Общее количество отработанных часов X 60)
В приведенной выше формуле 60 умножается для преобразования часов в минуты, а 100 умножается для выражения в процентах.

Во второй формуле вместо подсчета минут мы рассматриваем произведенную одежду в качестве объема производства и производственные цели для данных часов в качестве входных данных. Производственный план рассчитывается на основе SAM одежды.Приведенная ниже формула используется для расчета производственной цели.

Производственная цель в час (при эффективности 100) = (60 / операция SAM)

Также читайте: Как рассчитать почасовую производственную цель?

В секторе производства одежды данные об эффективности производства рассчитываются во многих формах. Например, индивидуальная эффективность сотрудников в течение дня, индивидуальная эффективность в час, эффективность линии и эффективность производства.

Во всех случаях формула расчета КПД остается неизменной.Общее количество произведенных минут и общее количество отработанных минут необходимо рассчитывать в зависимости от того, где используется формула.

Расчет эффективности отдельного оператора

Определим эффективность работы оператора швейной машины.
Машинист работает 8 часов, и по данной работе он изготовил 400 предметов одежды. Стандартное время работы составляло 30 секунд. Обратите внимание, что для подсчета произведенных минут вам необходимо знать стандартную минуту работы (операции). Он произвел минуты (400 X 30) / 60 = 200 минут.Он проработал 480 минут.

Итак, его эффективность (200/480) * 100 = 41,67%


Рассчитать КПД линии

Метод расчета эффективности линии объяснен в более ранней публикации.

Источники: www.accountingtools.com, www.softschools.com

Расчет и анализ эффективности и годовой производительности систем преобразования энергии в газ

В этом документе описывается общий и систематический метод расчета эффективности и годовой производительности систем преобразования энергии в газ (PtG).Этот подход дает основу для аналитического сравнения различных систем PtG, использующих разные технологии при разных граничных условиях. Чтобы иметь сопоставимую основу для расчетов эффективности, выполняется структурная разбивка системы PtG. До сих пор не существовало универсального подхода к расчету эффективности. Это привело к большому количеству расчетов эффективности, используемых в технико-экономических обоснованиях и расчетах бизнес-модели. Для этого система PtG разделена на две подсистемы: электролиз и метанирование.Каждая из двух подсистем состоит из нескольких граничных уровней подсистем. Начиная с основного блока, то есть электролизной трубы и / или реактора метанирования, дополнительные блоки, которые требуются для работы полной системы PtG, рассматриваются с их соответствующими граничными условиями подсистемы.

В документе представлены формулы, по которым можно рассчитать КПД каждого уровня и как интегрировать отклонения КПД, вызванные расширенными расчетами потоков энергии к потребителям энергии и от них, а также тепловыми потерями.Таким образом, можно провести анализ чувствительности подсистем и определить комплексные целевые функции для оптимизации.

На втором этапе годовая производительность системы рассчитывается как отношение полезной выработки и потребляемой энергии за один год. Вход — это интеграл годовой потребности в электрической и тепловой энергии системы PtG, в зависимости от различных рабочих состояний установки. Выходная мощность — это более высокая теплотворная способность добываемого газа и, если применимо, тепловые потоки, которые используются извне.

Годовая производительность оценивает не только эффективность работы в установившемся режиме при полной нагрузке, но также и другие состояния системы, такие как холодный резерв или интервалы обслуживания. Показано, что для полной оценки работы системы и дальнейшего развития концепции системы годовая производительность имеет гораздо большее значение, чем установившаяся эффективность системы, на которую обычно ссылаются.

На последнем этапе определяются профили нагрузки и рассчитывается годовая производительность для конкретной конфигурации системы.На этом примере сравниваются разные стратегии работы.

Что такое КПД генератора? Руководство по расчетам и формулам

КПД генератора. Генератор — это машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Его эффективность определяется как отношение выходной электрической мощности к потребляемой механической мощности. Отношение полезной работы вала турбины к подводимой теплу к рабочему телу обычно характеризуется как тепловой КПД электростанции, который представляет большой интерес для термодинамики.Другие аспекты принимаются во внимание, определяя общий КПД как отношение чистой выработки электроэнергии к скорости ввода энергии топлива.

Что такое КПД генератора?

Машины, которые преобразуют вращательное движение первичного двигателя в электричество, известные как генераторы электростанций, редко появляются в новостях. Хотя разработки газовых турбин и конструкции комбинированного цикла позволили достичь КПД более 60%, а исследователи паровых турбин стремятся к 50%, генератор, который вырабатывает электрическую мощность на каждой из этих станций, почти не упоминается.Несмотря на то, что этот компонент остается незамеченным, коэффициент преобразования механической части в электрическую составляет около 100%.

Определение генератора

(Ссылка: keypowergenerator.com )

Когда дело доходит до заголовков, невероятная эффективность — часть проблемы. Хотя улучшения в конструкции термодинамического цикла могут привести к увеличению общей эффективности системы на 0,1-0,2 процентных пункта, аналогичные уровни развития конструкции генератора — например, улучшенный магнитный материал, достижения в области изоляционной ленты или оптимизация потоков охлаждающей жидкости — будут изо всех сил пытайтесь найти дополнительный 0.Улучшение на 1-0,2 процентных пункта.

Даже крупный технологический прорыв, такой как внедрение высокотемпературных сверхпроводящих материалов в обмотки генератора, скорее всего, даст улучшение только на 0,2-0,4 процентных пункта. Учитывая, что это, как ожидается, приведет к эффективности более 99 процентов, такие низкие урожаи несколько неудивительны.

Десятилетия развития привели к этой замечательной эффективности. Как отметил д-р Торстен Крол, менеджер по развитию бизнеса генераторов Siemens, отвечающий за технический маркетинг генераторов в подразделении энергетики и газа, классической конструкции генератора, используемой сегодня, более 140 лет, а эффективность близка к максимально достижимое.«Вы находитесь на технологическом пределе имеющихся технологий», — отметил он.

Найти способы повысить производительность, пусть даже немного, сложно, когда идеи совершенствовались в течение такого длительного времени. Тем не менее, небольшие улучшения здесь и там все еще достижимы. Однако любое улучшение имеет свою цену, и эта цена может быть слишком высокой, чтобы ее оправдывать. В результате усовершенствованная конструкция генератора — это баланс затрат с точки зрения затрат.

Как рассчитать КПД электрического генератора

Когда электрический генератор теряет мощность, его КПД падает ниже 100%.Мощность цепи нагрузки и общая мощность, вырабатываемая генератором, влияют на его КПД. Поскольку вы делите единицы мощности на единицы мощности, это выражается в процентах. Это соотношение может достигать 95% для большинства коммерческих производителей электроэнергии. Потери обычно вызваны трансформатором, медными обмотками, потерями намагничивания в сердечнике и трением вращения генератора.

Таблица расчета КПД генератора

(Ссылка: electricdesk.com )

  • Подсчитайте, сколько топлива потребляет генератор за час. С помощью диаграммы расхода дизельного топлива можно рассчитать, сколько топлива генераторы разных размеров потребляют за час.
  • Рассчитайте общее количество электроэнергии, потребляемой за час. Это можно сделать, подключив счетчик киловатт-часов к выходу генератора или сверяясь с табличкой электрической выходной мощности генератора.
  • Перевести количество потребляемого топлива в британские тепловые единицы.Количество БТЕ в различных типах ископаемого топлива составляется Окриджской национальной лабораторией.
  • Используйте коэффициент преобразования 1 кВтч = 3413 БТЕ, чтобы преобразовать значение БТЕ топлива в киловатт-часы.
  • Вычтите мощность генератора в кВтч из значения расхода топлива. Чтобы преобразовать эту сумму в проценты, умножьте ее на 100.

Подробнее о Linquip

Проблема охлаждения

Одним из наиболее сложных аспектов конструкции генератора является отвод тепла от катушек ротора и статора.Один из основных параметров разработчика генераторов — это то, как и с помощью чего он это делает. Воздух, водород и вода являются тремя основными охлаждающими средами для генераторов. У каждого есть свой набор преимуществ и недостатков.

Крупные генераторы производятся в соответствии со стандартом IEC, который устанавливает максимальную температуру во время работы 155 o C, а компоненты спроектированы так, чтобы выдерживать эту температуру. Однако обычно они конструируются так, чтобы не превышать более низкие температуры, часто 130– ° C, чтобы обеспечить некоторые тепловые резервы в случае перегрузки и / или продлить срок службы машины.

Вода используется для обеспечения максимальной эффективности охлаждения. Это в 50 раз эффективнее воздуха и более чем в десять раз эффективнее водородного охлаждения, но его еще сложнее установить. В результате его можно найти только в самых больших генераторах. Когда используется водяное охлаждение, оно используется для охлаждения статора генератора, тогда как водородное охлаждение используется для охлаждения ротора.

Тип охлаждения, используемый в генераторе, определяется размером и типом генератора.Хотя точки перехода различаются в зависимости от производителя, для типичных генераторов на ископаемом топливе можно использовать воздушное охлаждение мощностью примерно до 300–350 МВт, водородное охлаждение до 550 МВт и комбинацию водяного и водородного охлаждения до 500 МВт.

Существенные изменения

Снижение электрических потерь в обмотках генератора и магнитных потерь в сердечнике статора — две другие важные области, в которых можно получить преимущества. Когда речь идет о снижении электрических и механических потерь, все дело в материалах.За счет уменьшения сопротивления катушки можно уменьшить электрические и резистивные потери в обмотках катушки. Это достигается за счет увеличения содержания меди в катушках.

Между тем, использование в сердечнике статора кремнистой стали более высокого качества помогает снизить магнитные потери. Сталь оценивается на основе того, сколько она теряет в типичном испытании с использованием магнитного поля 50 Гц и 1,5 Тл. Для обычных марок потери на кг составляют от 2 до 5,3 Вт. Чем меньше потери, тем выше качество стали (и тем она дороже).Сердечник статора можно также сделать легче за счет использования более тонких стальных пластин. Стали с ориентированной зернистостью также могут быть полезными, но их следует использовать с осторожностью, иначе они дадут обратный эффект. Здесь вы можете увидеть влияние материалов на КПД генератора.

Материальные изменения генератора (Ссылка: powerengineeringint.com )

Сложность всех этих стратегий состоит в том, что они увеличивают стоимость генератора — как указал Хильдингер, для обеспечения его рентабельности требуется точная оценка стоимости каждой меры.Возможно вычислить увеличение выходной мощности большого генератора в результате использования стали более высокого качества или большего количества меди, а также стоимость изменения, в результате чего будет получена стоимость / кВт для каждого улучшения. Если это меньше, чем цена, которую владелец генератора получит за каждый проданный киловатт электроэнергии, модернизация стоит того; в противном случае это не так.

Это будет определяться рыночными условиями. Материалы с более высокими техническими характеристиками могут быть рентабельными в местах, где стоимость электроэнергии высока, но в других местах это часто не так.

Использование высокотемпературных сверхпроводников — более существенная модификация материала в конструкции генератора. По словам доктора Крола, через десять лет их использование может стать реальностью. Однако он указал, что, хотя материалы имеют низкое сопротивление катушки, они не особенно хорошо подходят для использования в генераторах с частыми колебаниями выходной мощности. Для всех основных генераторов эта форма работы становится все более важной. Ожидается, что такие объекты, как газовые турбины, паровые турбины и гидроэлектростанции, будут работать гораздо более гибко, чем требовалось ранее.

Вопрос о новых возобновляемых источниках энергии

Введение в сети значительных объемов энергии от ветряных и солнечных электростанций с регулируемой мощностью привело к появлению этой новой парадигмы. Традиционные объекты добычи полезных ископаемых и гидроэнергетики, которые раньше использовались в основном для выработки базовой нагрузки, теперь должны принимать дополнительные возобновляемые источники энергии. В результате этой регулировки конструкция генератора меняется.

Цикл генератора влияет на все аспекты конструкции машины.Обмотка генератора, например, будет подвергаться термоциклированию в результате частых колебаний выходной мощности. Это ускорит старение изоляции, а также механическое старение движущихся компонентов, например износ и усталость. В результате генераторы, используемые в этих установках, должны быть модифицированы, чтобы выдерживать новые нагрузки, которым они подвергаются.

Hildinger также отметил рост использования гидроагрегатов в качестве пиковых станций. Это связано с необходимостью стимулировать новые возобновляемые мощности, причем гидроэнергетика является одним из наиболее экономически эффективных способов сделать это.В результате разработчики гидроэнергетических генераторов начали рассматривать машины с регулируемой скоростью, особенно для гидроаккумулирующих устройств.

Генераторы с регулируемой скоростью более дорогие, чем традиционные генераторы, что делает их неэкономичными на большинстве рынков. Однако в таких странах, как Япония и Европа, где стоимость электроэнергии высока, а услуги по поддержке сети могут приносить доход, их использование становится все более рентабельным. Фактическое вращение турбогенератора изолировано от частоты сети с помощью силовой электроники в генераторе с регулируемой скоростью.Это позволяет регулировать скорость турбины в соответствии с гидравлическими условиями, повышая общую эффективность турбогенератора и обеспечивая большую гибкость поддержки сети.

Помимо колебаний, одним из наиболее важных побочных эффектов интеграции больших объемов солнечной и ветровой энергии в сеть является снижение общей инерции системы. Прядильное оборудование в сети, населенной обычными электростанциями, имеет значительную инерцию вращения, которая может поддерживать стабильность сети в случае значительного изменения условий сети, в то время как оператор сети работает, чтобы исправить это изменение.Для традиционной сети существует период от четырех до пяти секунд с поддержкой инерции, в течение которого может производиться регулировка.

Поскольку современные возобновляемые электростанции обладают значительно меньшей инерцией, сеть с большей вероятностью станет нестабильной после крупного события. Чтобы бороться с этим, может быть необходимо повысить инерцию оставшихся огромных вращающихся механизмов энергосистемы.

Изменение конструкции генераторов — один из способов увеличения инерции. Для этого есть два основных подхода.Первый шаг — увеличить диаметр ротора генератора. Однако максимальная сила вращения, которую могут выдержать материалы, ограничивает ее величину, особенно в гидромашинах. Второй вариант — увеличить массу ротора, что приведет к более высокой стоимости. Хотя такие модификации еще не являются частью конструкции генератора, тот факт, что они обсуждаются, демонстрирует, насколько важными остаются достижения в области генерации.

Формула термической эффективности

| Расчет

В результате этого утверждения мы определяем термический КПД , η th любого теплового двигателя как отношение его работы, Вт , к тепловложение при высокой температуре Q H .Формула теплового КПД выглядит следующим образом:

Тепловой КПД , η th , представляет собой долю тепла , Q H , преобразованное в работа .

Стандартный цикл Отто . Тепловая эффективность является функцией степени сжатия и κ = c p / c v .

Тепловой КПД для Дизельного цикла :

Тепловой КПД цикла Брайтона с точки зрения степени сжатия компрессора (PR = p 2 / p 1 ), что составляет обычно используемый параметр:

Тепловой КПД простого цикла Ренкина и с точки зрения удельных энтальпий будет:

Тепловой КПД , η th , представляет собой долю теплоты , Q H , преобразованную в рабочую .Это безразмерный показатель производительности теплового двигателя, использующего тепловую энергию, такого как паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания или холодильник. Для холодильных или тепловых насосов термический КПД указывает на степень, в которой энергия, добавленная в результате работы, преобразуется в чистую тепловую мощность. Поскольку это безразмерное число, мы всегда должны выражать W, Q H и Q C в одних и тех же единицах.

Поскольку энергия сохраняется в соответствии с первым законом термодинамики и энергия не может быть полностью преобразована для работы, подвод тепла, Q H , должен равняться выполненной работе, Вт, плюс тепло, которое должно быть рассеяно, как отходящее тепло Q C в окружающую среду.Поэтому мы можем переписать формулу теплового КПД как:

Чтобы получить КПД в процентах, мы умножаем предыдущую формулу на 100. Обратите внимание, что η th может быть только 100%. если отходящее тепло Q C равно нулю.

В целом КПД даже у лучших тепловых двигателей довольно низок. Короче говоря, очень сложно преобразовать тепловую энергию в механическую.Тепловой КПД обычно составляет ниже 50%, и часто намного ниже. Будьте осторожны, сравнивая его с эффективностью ветра или гидроэнергии (ветряные турбины не являются тепловыми двигателями). Преобразование тепловой энергии в механическую не происходит. [/ Lgc_column]

Эффективность Карно

В 1824 году французский инженер и физик Николя Леонар Сади Карно продвинул исследование второго закона, сформулировав принцип (также называемый ) Правило Карно ), которое определяет пределы максимальной эффективности , которую может получить любой тепловой двигатель .Короче говоря, этот принцип утверждает, что эффективность термодинамического цикла зависит исключительно от разницы между горячим и холодным резервуарами температуры.

Принцип Карно гласит:

  1. Ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами.
  2. КПД всех реверсивных двигателей ( тепловые двигатели Карно ), работающих между одними и теми же резервуарами постоянной температуры, одинаковы, независимо от используемого рабочего вещества или деталей работы.

КПД Карно

Формула этого максимального КПД:

, где:

  • — КПД цикла Карно, т. Е. Отношение = Вт / К H о работе двигателя с тепловой энергией, поступающей в систему из горячего резервуара.
  • T C — абсолютная температура (Кельвины) холодного резервуара,
  • T H — абсолютная температура (Кельвины) горячего резервуара.

Формула цикла Брайтона

Идеальный цикл Брайтона состоит из четырех термодинамических процессов. Два изоэнтропических процесса и два изобарических процесса.

Тепловой КПД простого цикла Брайтона для идеального газа и в виде удельных энтальпий можно выразить через температуры:

Тепловой КПД цикла Ренкина

Цикл Ренкина близко описывает процессы в паровых тепловых машинах обычно встречается на большинстве тепловых электростанций.

Тепловой КПД простого цикла Ренкина и удельные энтальпии составляют:

Это очень простое уравнение, и для определения теплового КПД вы можете использовать данные из таблиц пара .

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:
  1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Ридинг, Массачусетс (1983).
  2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
  3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
  5. W.S.C. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
  6. Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
  7. G.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
  8. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
  9. Министерство энергетики США, ядерной физики и теории реакторов. Справочник Министерства энергетики США по основам, том 1 и 2. Январь 1993 г.

Advanced Reactor Physics:

  1. KO Ott, W.A Bezella, Introductory Nuclear Reactor Statics, American Nuclear Society, Revised edition (1989), 1989, ISBN: 0-894-48033-2.
  2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
  3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
  4. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

См. Выше:

Тепловой КПД

Методы расчета КПД ТЭЦ

Каждое применение ТЭЦ включает рекуперацию тепла, которое иначе было бы потрачено впустую.Таким образом, ТЭЦ увеличивает эффективность использования топлива.

Две меры обычно используются для количественной оценки эффективности системы ТЭЦ Система ТЭЦ Система ТЭЦ включает первичный двигатель (например, турбину внутреннего сгорания, двигатель, микротурбину), электрический генератор и блок рекуперации тепла, который преобразует тепло, которое в противном случае теряется. полезной тепловой энергии: общий КПД системы и эффективный электрический КПД.

  • Общий КПД системы — это мера, используемая для сравнения КПД системы ТЭЦ с КПД традиционных источников (сочетание электроэнергии, поставляемой из сети, и полезной тепловой энергии, произведенной в обычном котле на объекте).Если цель состоит в том, чтобы сравнить энергоэффективность системы ТЭЦ с эффективностью традиционных источников снабжения объекта, то общий показатель эффективности системы, вероятно, будет правильным выбором.
  • Эффективный электрический КПД — это мера, используемая для сравнения электроэнергии, вырабатываемой ТЭЦ, с электроэнергией, производимой электростанциями. Именно так вырабатывается большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах. Если электрическая эффективность ТЭЦ необходима для сравнения ТЭЦ с производством традиционной электроэнергии (т.е., электроэнергия, поставляемая из сети), то эффективный показатель электрического КПД, вероятно, будет правильным выбором.

В каждой методологии подразумеваются определенные допущения, которые подходят не во всех случаях. Следовательно, применяемые меры следует выбирать тщательно, а результаты интерпретировать с осторожностью.

Общая эффективность системы

Общий КПД системы ( η o) системы ТЭЦ представляет собой сумму чистой полезной выработки электроэнергии (Вт полезная полезная электрическая мощность нетто (Вт • Паразитные электрические потери — это электрическая мощность, потребляемая системой ТЭЦ; например, электричество, используемое для сжатия природного газа перед его использованием в качестве топлива в турбине внутреннего сгорания.и полезная полезная тепловая мощность (Q полезная тепловая мощность Q • Полная тепловая мощность — это общая тепловая мощность системы ТЭЦ. деленное на общий расход энергии топлива (Q общий расход энергии топлива (Q • 138 000 британских тепловых единиц на галлон дизельного топлива, как показано ниже:

При расчете общей эффективности системы оценивается комбинированная мощность ТЭЦ (т. Е. Электроэнергия и полезная тепловая мощность) на основе потребленного топлива. Системы когенерации обычно достигают общего КПД системы от 60 до 80 процентов.

Обратите внимание, что эта мера не делает различий между значением электрической мощности и тепловой мощности; вместо этого он рассматривает электрическую мощность и тепловую мощность как имеющие одно и то же значение, что позволяет их суммировать (кВт-ч можно преобразовать в британские тепловые единицы с использованием стандартного коэффициента преобразования). На самом деле электричество считается более ценным видом энергии из-за его уникальных свойств.

Эффективный электрический КПД

Эффективный электрический КПД ( EE) можно рассчитать с помощью следующего уравнения, где W E — полезная полезная электрическая мощность, ∑Q TH — сумма чистой полезной тепловой мощности, Q FUEL — общий расход топливной энергии, а α равен эффективности традиционной технологии, которая использовалась бы для выработки полезной тепловой энергии, если бы система ТЭЦ не существовала:

Например, если система ТЭЦ работает на природном газе и производит пар, то α представляет собой КПД обычного котла, работающего на природном газе.Типичный КПД котла составляет 80 процентов для котлов, работающих на природном газе, 75 процентов для котлов, работающих на биомассе, и 83 процентов для котлов, работающих на угле.

Расчет эффективного электрического КПД представляет собой чистую электрическую мощность ТЭЦ, деленную на дополнительное топливо, потребляемое системой ТЭЦ сверх того, что было бы использовано котлом для выработки тепловой мощности системы ТЭЦ.

Типичный эффективный электрический КПД систем ТЭЦ на базе турбин внутреннего сгорания колеблется от 50 до 70 процентов.Типичный эффективный электрический КПД систем ТЭЦ с поршневым двигателем составляет от 70 до 85 процентов.

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.