เหตุใดการใช้ไอน้ำเพื่อหมุนกังหันให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ตัวอย่างเช่นฉันมีท่อร่วมไอเสียที่มีอากาศร้อนมากจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพและฉันมีกังหันที่ปลายไอเสียที่หมุนและสร้างกระแสไฟฟ้า

ทำไมการใช้ความร้อนในการต้มน้ำจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อใช้ไอน้ำที่ผลิตเพื่อหมุนกังหัน ทำไมไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นโดยใช้ไอน้ำเพื่อหมุนกังหันเมื่อเทียบกับการไม่ใช้ไอน้ำเมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพในปริมาณเท่ากัน?

เหตุผลหลักคือกังหันต้องใช้แรงดันตกเพื่อดึงพลังงานจากสารทำงาน อุณหภูมิที่ลดลงที่สังเกตได้ในกังหันเป็นผลมาจากการขยายตัวของของเหลว กังหันไม่มีทางแยกพลังงานความร้อนโดยตรงจากของไหล

งานทั้งหมดทำโดยของเหลวมักจะแสดงเป็นการเปลี่ยนแปลงในเอนทัลปีซึ่งเป็นผลรวมของพลังงานภายใน (ความร้อน) และงานที่ทำโดยการขยายตัว (ความดันลดลง) นี้:(PV) หากความดันไอเสียของ combustor ของคุณไม่สูงกว่าความดันบรรยากาศมากจะมีแรงดันตกข้ามกังหันไม่มากดังนั้นแก๊สจะไม่ทำงานมากนัก ก๊าซจะออกจากกังหันที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงซึ่งแสดงว่ายังคงมีพลังงานจำนวนมากที่ไม่ได้ถูกกังหันดึงออกมา$\Delta H = \Delta U + \Delta (PV)$

ทางออกของการจับพลังงานที่สูญเปล่านี้คือการใช้พลังงานความร้อนบางส่วนและเปลี่ยนเป็นพลังงานความดันด้วยน้ำเดือด - ตอนนี้คุณมีของเหลวทำงานแรงดันสูงที่มีประโยชน์มากสำหรับการขับกังหัน ขณะนี้กังหันสามารถแยกพลังงานความร้อนดั้งเดิมได้มากขึ้นในรูปของความดันซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่า

ความร้อนจากน้ำเพื่อทำให้ไอน้ำไม่ได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่จำเป็นต้องใช้ประโยชน์ได้มากกว่า สิ่งที่คุณอธิบายคือการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในดังนั้นจึงเป็นแนวคิดที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตามพวกเขาทำเช่นนี้ในการระเบิดและใช้ของเหลวและเชื้อเพลิงที่ออกแบบอย่างระมัดระวังซึ่งทำให้การใช้งานจริงมากขึ้น

ในระบบต่อเนื่องตามที่คุณอธิบายเชื้อเพลิงจะถูกเผาด้วยแรงดันสูง พิจารณาความยากลำบากเชิงกลของการเพิ่มเชื้อเพลิงเข้าสู่ระบบในขณะที่ปิดผนึกกับความดันนั้น คุณต้องกำจัดสิ่งที่ไม่เผาไหม้ออกไปให้หมด

ในขณะที่ฟิสิกส์พื้นฐานไม่ได้ป้องกันสิ่งที่คุณอธิบาย มันง่ายกว่าในการเผาเชื้อเพลิงที่ความดันบรรยากาศและใช้ความร้อนเพื่อสร้างแรงดันสูงภายในถังความดันที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ อีกวิธีหนึ่งคือการได้รับความร้อนจากซีลแรงดันง่ายกว่าของแข็งที่มีรูปร่างและขนาดที่ไม่สามารถคาดเดาได้

คุณเกือบอธิบายเครื่องยนต์กังหันก๊าซ สิ่งเหล่านี้ถูกใช้เพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าและสำหรับเครื่องบินกำลัง แต่ในกังหันก๊าซผลผลิตของ combustor จะอยู่ที่ความดันสูงและใช้ในการหมุนกังหัน และนั่นคือวงจรการเผาไหม้ที่แตกต่างจากวัฏจักรไอน้ำ

คุณกำลังเปรียบเทียบเครื่องยนต์สันดาปภายในกับเครื่องยนต์สันดาปภายนอก ทั้งสองมีประโยชน์และแลกเปลี่ยนกัน ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติถูก จำกัด ด้วยการออกแบบเครื่องยนต์พื้นฐานและวัสดุของการก่อสร้าง คุณกำลังอธิบายกังหันไอเสียที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันก๊าซซึ่งมีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูงซึ่งดีสำหรับเครื่องบิน แต่มีการบำรุงรักษาอย่างเข้มข้น การเผาไหม้ภายนอกในหม้อไอน้ำเพื่อป้อนโรงอบไอน้ำมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น แต่ต้องใช้เครื่องจักรขนาดใหญ่ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานไฟฟ้าที่มีการโหลดพื้นฐาน - ในกรณีนี้คุณต้องการความน่าเชื่อถือและความสามารถในการขยายการผลิตพลังงาน การเปลี่ยนแปลงภาระพื้นฐาน

เคมีสองเฟสที่สร้างแรงดันโดยใช้ความร้อนเป็นสิ่งจำเป็น

หม้อหุงความดันที่มีอากาศเพียงอย่างเดียวทำให้แรงดันน้อยลงกว่าน้ำหนึ่งลิตร

น้ำมีผลต่อแรงดันที่อาจเกิดขึ้นที่เก็บในสภาวะเย็น

ของเหลวที่วิกฤตยิ่งยวดนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าไอน้ำ แต่ต้องการถังแรงดันสูงกว่าและมีคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก และสารแปลกใหม่อื่น ๆ