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热机
在热力学和工程学中,热机是一种将热能转化为机械能的系统什么是热机的效率概念,之后可以拿来做机械功。它通过将工作物质从较高的状态气温带到较低的状态体温来做到这一点。热源形成热能,使工作物质达到更高的湿度状态。工作物质在底盘的工作体中形成功,同时将热量传递给较冷的水槽,直至达到较低的气温状态。在这个过程中,一些热能通过借助工作物质的特点转化为功。工作物质可以是任何具有非零潜热量的系统,但一般是二氧化碳或液体。在此过程中,一些热量一般会散失到周围环境中,而且不会转化为功。还,一般,底盘是将能量转换为机械功的任何机器。热机与其他类型的底盘的区别在于它们的效率从根本上遭到卡诺定律的限制。虽然这些效率限制可能是一个缺点,但热力底盘的一个优点是大多数方式的能量可以通过吸热反应(如燃烧)、核裂变、光或高能粒子的吸收、摩擦、耗散等过程轻松转化为热量和抵抗。因为向底盘提供热能的热源因而可以由几乎任何种类的能量提供动力,为此热力底盘的应用范围很广。热机常常与她们企图施行的循环混淆。一般,术语引擎用于模型的化学设备和循环。
概述
在热力学中,热机一般使用标准工程模型(比如奥托循环)进行建模。理论模型可以使用来自运行引擎的实际数据进行改进和扩展,使用指标图等工具。因为极少有热机的实际实现与其潜在的热力循环完全匹配,因而可以说热力循环是机械底盘的理想情况。无论怎样,要充分了解底盘及其效率,须要对(可能简化或理想化的)理论模型、实际机械底盘的实际细微差异以及三者之间的差别有挺好的理解。通常而言,热源和冷源之间的温差越大,循环的潜在热效率就越大。在月球上,任何热机的冷侧都被限制在接近环境的环境湿度,或则不会高于300开尔文,因而提升各类热机热力学效率的大部份努力都集中在提升环境湿度上。来源,在物质限度内。热机的xxx理论效率(没有任何底盘才能达到)等于热端和冷端之间的温差乘以热端的气温,每位都以xxx气温表示。明天提出或使用的各类热机的效率范围很大:
这种过程的效率大致与它们的体温升高成反比。辅助设备(比如泵)可能会消耗大量能源,这会有效减少效率。
反例
值得注意的是,虽然个别循环具有典型的燃烧位置(内部或外部),但它们一般可以与另一个循环一起施行。诸如,开发了一种外部加热底盘,其运行的循环与初期的汽油循环十分相像。据悉,外部加热的底盘一般可以在开式或闭式循环中施行。在闭式循环中,工作流体在循环完成时保留在底盘内,而在开式循环中,在内燃机的情况下,工作流体或则与燃烧产物一起与环境交换,或则简单地排放在蒸气机和涡轮机等外燃底盘的环境。
日常示例
热机的日常反例包括火力发电厂、内燃机、火器、冰箱和热泵。发电厂是正向运行的热力底盘的示例,其中热量从热储器流出并流入冷储器以形成所需产品的功。冰柜、空调和热泵是逆向运行的热机的反例,即它们借助功在高温下吸收热能并以比简单的功转化为热更有效的方法增强气温(通过磨擦或内阻)。冰柜在高温下从热密封室外带走热量,并将低温下的废热排放在环境中,热泵从高温环境中吸收热量并“排放”通常,热机借助与依据二氧化碳定理的二氧化碳膨胀和压缩相关的热特点或与气态和液态之间的相变相关的特点。
月球的热机
月球的大气和水圈——地球的热力底盘——是耦合过程,在向全球分配热量时,通过地表水的蒸发、对流、降雨、风和海洋环流,不断清除太阳加热的不平衡。哈德利电瓶是热机的一个反例。它涉及月球赤道地区暖湿空气的上升和亚温带地区较冷空气的增长,产生热驱动的直接循环,从而形成动能的净生产。

相变周期
在这种循环和底盘中,工作流体是二氧化碳和液体。底盘将工作流体从二氧化碳转化为液体,从液体转化为二氧化碳,或二者兼而有之,通过流体膨胀或压缩形成功。
仅二氧化碳循环
在这种循环和底盘中,工作流体仍然是二氧化碳(即没有相变):
仅液体循环
在这种循环和底盘中,工作流体总是像液体:
电子循环
磁循环
用于制热的循环
家用冰柜是热泵的一个反例:一个反向的热机。功用于形成热差。许多循环可以反向运行,将热量从冷端转移到热端,使冷端更冷,热端更热。这种循环的内燃机版本就其性质而言是不可逆的。制热循环包括:
蒸发热机
蒸发底盘是一种基于循环形成动力和冷却湿空气的热机,水蒸发成干热空气。
介观热机
介观热机是纳米级设备,可用于处理热通量并在小范围内执行有用的工作。潜在的应用包括诸如电冷却装置。在这样的细观热机中什么是热机的效率概念,每位操作周期的功因热噪音而波动。任何热机所做功的指数的平均值与来自较热热浴的热传递之间存在精确的方程。这些关系将卡诺不方程转化为精确方程。这个关系也是一个卡诺循环方程
热机的效率与给定量的热能输入输出多少有用功有关。xxx效率背后的缘由如下。首先假定假如比卡诺底盘更高效的热机是可能的,这么它可以作为热泵反向驱动。物理剖析可以拿来表明这些假定的组合会造成熵的净降低。因为按照热力学第二定理,这在统计上是不可能排除的,因而卡诺效率是任何热力学循环的可靠效率的理论上限。按照经验,没有任何热机能以比卡诺循环热机更高的效率运行。图2和图3显示了卡诺循环效率随气温的变化。图2显示了对于恒定的压缩机入口气温,效率怎样随着加热气温的下降而变化。图3显示了在涡轮入口气温恒定的情况下,效率怎样随着排热气温的降低而变化。
内可逆热机
就其本质而言,任何最有效的卡诺循环都必须在无限小的体温梯度下运行;这是由于两个气温不同的物体之间的任何热传递都是不可逆的,因而卡诺效率表达式仅适用于无穷小极限。主要问题是大多数热机的目标是输出功率,甚少须要无穷小的功率。对理想热机效率的不同检测是通过考虑内可逆热力学给出的,其中系统被分解为可恶徒系统,但它们之间存在不可逆的互相作用。
热机的历史
热机自古以来就为人所知,但直至18世纪工业xxx时期才被制成有用的设备。她们明天继续发展。
提高功能
工程师们研究了各类热机循环,以提升她们可以从给定电源中提取的可用功。任何基于二氧化碳的循环都难以达到卡诺循环限制,但工程师们发觉起码有两种方式可以绕开该限制,一种方式可以在不改变任何规则的情况下获得更高的效率:
热机过程
每位过程是以下之一:
