Что такое двигатель внешнего сгорания? – их пример

Что такое двигатель внешнего сгорания?

Двигатель внешнего сгорания - это тепловой двигатель, в котором (внутреннее) рабочее тело нагревается за счет сгорания внешнего источника через стенку двигателя или теплообменник. Затем жидкость, расширяясь и воздействуя на механизм двигателя, производит движение и полезную работу.

Затем жидкость охлаждается, сжимается и повторно используется в замкнутом цикле. В отличие от паровой машины, в которой в качестве рабочего тела используется вода как в жидкой, так и в газообразной фазах, в двигателе Стирлинга содержится фиксированное количество постоянно газообразной жидкости, такой как воздух или гелий.

Как и во всех тепловых двигателях, общий цикл состоит из сжатия холодного газа, нагрева газа, расширения горячего газа и, наконец, охлаждения газа перед повторением цикла.

Двигатель внешнего сгорания

Внешние тепловые двигатели, как правило, представляют собой паровые двигатели, и они отличаются от двигателей внутреннего сгорания тем, что источник тепла отделен от рабочей жидкости. Например, двигатель внешнего сгорания будет использовать пламя для нагрева воды в пар, а затем использовать пар для вращения турбины. Это отличается от внутреннего сгорания, например, в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

Все двигатели внешнего сгорания являются внешними тепловыми двигателями. Существуют ЭТЭ, такие как солнечные тепловые электростанции, атомные электростанции и геотермальные электростанции, которые не являются двигателями внешнего сгорания. Несмотря на это, внешние тепловые двигатели, такие как ядерные реакторы, иногда называют двигателями внешнего сгорания.

Двигатели внешнего сгорания являются наиболее распространенной формой внешних тепловых двигателей из-за их использования на электростанциях. Двигатель внешнего сгорания отличается от других ЭТО тем, что ему требуется топливо для сгорания, чтобы создать тепло, которое используется для работы.

Двигатели внешнего сгорания больше не используются на транспорте, так как мобильные конструкции недостаточно эффективны, но их продолжают использовать в электростанциях. Например, электростанция, работающая на природном газе, превращает воду в пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество.

Конструкция с внешним сгоранием означает, что природный газ не вступает в прямой контакт с водой, и двигатель по-прежнему использует огромное количество выделяемой энергии для выполнения полезной работы. Примерно так же работает угольная электростанция, где уголь забирается на электростанцию ​​из шахты и сжигается в котле. Трубы подают воду в котел, и горящий уголь кипятит воду, создавая пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество.

Что такое горение?

«Сгорание» относится к сжиганию топлива с окислителем для подачи тепла. Двигатели аналогичной (или даже идентичной) конфигурации и работы могут использовать подвод тепла из других источников, таких как ядерные, солнечные, геотермальные или экзотермические реакции, не связанные с горением; тогда они строго классифицируются не как двигатели внешнего сгорания, а как двигатели с внешним тепловым двигателем.

Рабочая жидкость

Рабочая жидкость может быть любого состава, а система может быть однофазной (только жидкость или только газ) или двухфазной (жидкость/газ).

• Однофазный: Газ используется в двигателе Стирлинга. Иногда может использоваться однофазная жидкость.
• Двойной этап: В двухфазных двигателях внешнего сгорания используется фазовый переход для преобразования температуры в полезную работу, например, из жидкости в газ (обычно гораздо больший). Этот тип двигателя соответствует вариантам цикла Ренкина. Паровые двигатели являются распространенным примером двухфазных двигателей. Другой пример – двигатели, использующие органический цикл Ренкина.

Примеры

• Реактор CANDU (разновидность атомной электростанции)
• угольная электростанция
• электростанция на природном газе
• паровоз (хотя действующих экземпляров осталось очень мало)
• Солнечная тепловая электростанция
• Двигатель Стирлинга

Преимущества двигателей внешнего сгорания

• Можно использовать практически любой доступный вид топлива
• Поскольку энергия не генерируется из-за детонации топлива, создается очень меньше шума.
• Выбросы двигателя также очень низкие
• Очень экономично для мощного производства электроэнергии

Недостатки двигателей внешнего сгорания

• Не подходит для требований низкой нагрузки.
• Утечка рабочей жидкости
• Расход смазки
• Размер двигателя относительно большой
• Общая рабочая температура высока, поэтому требуется большой уход и специальные строительные материалы.

Применение двигателей внешнего сгорания

• Паровые двигатели: Локомотив, Морской пехотинец
• Двигатели Стирлинга: Экспериментальные космические аппараты
• Паровые турбины: Мощный, большой морской пехотинец
• Газотурбина замкнутого цикла: Сила, Морской пехотинец