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利用内燃机车冷却水开锅发电提高机车热效率以及功率可行吗

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发表于 2014-9-21 17:08:00 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-21 13:09
呃,感谢指正,的确应该是绝对温度,我也没多想,随便一算而已,本来也没有具体意义,只是想说,通过这个 ...

这个公式只是告诉我们理想状态下的极值,同时也能说明,现实中的数值肯定远低于该值。

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发表于 2014-9-21 17:41:58 来自手机 |显示全部楼层
本帖最后由 cooldogzby 于 2014-9-21 17:44 编辑
铁道游击队长 发表于 2014-9-21 14:27
我知道要小于1,但是我不知道实际二者分别能达到怎样的值,无法进行大概估算……另外实际条件显然是可以改 ...


降低低温热源温度(不讨论气候变化),你需要用制冷设备吧,那个要消耗额外功的,那样经济吗?提升高温热源温度,不用说,肯定有限度,不然机器都熔化了,怎么工作?
还有,科技进步不可能与自然定律相抵触!比如通过海水降温发电,达到绝对零度,都是不可能的事情。

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发表于 2014-9-21 20:08:45 |显示全部楼层
dreamjcworld 发表于 2014-9-21 17:08
这个公式只是告诉我们理想状态下的极值,同时也能说明,现实中的数值肯定远低于该值。

请恕我眼拙,实没看出来极值是多少

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发表于 2014-9-21 20:09:24 |显示全部楼层
cooldogzby 发表于 2014-9-21 17:41
降低低温热源温度(不讨论气候变化),你需要用制冷设备吧,那个要消耗额外功的,那样经济吗?提升高温 ...

我觉得您似乎并没理解热机效率的真正含义(或者说您并没有理解高低温热源的真正含义),我认为并不是您所谓的低温热源温度越低,效率越高,而是说被冷却系统带走的能量越低,效率才会高。举个例子,如果开车,在刚着车时,此时冷却水温很低,比如在60度以下(此时发动机缸内燃烧热量与热车应该是基本一样的——对于大多数汽车来说,应该都没有燃油/气预热,也就是高温热源温度相同),此时的油耗明显比水温90度时要高很多,很显然冷却水系统就是您所说的低温热源吧?可是水温低时热效率并不高,为什么?因为低温水反而带走了大量能量。换句话说水温低导致发动机缸壁温度低,所以燃烧释放的热量更多的去用于加热缸壁→冷却水,此时的热效率肯定低。只有当水温高了,才会有更多的能量用来推动活塞
所以这样来看,高温热源的极限取决于燃烧热值,而低温热源的温度取决于系统对温度的耐受力,那这个显然是随着技术的进步可变的
我并没说科技进步会违背基本的自然法则,那就不叫科技而是神话了,我的意思是,没有最好,但可更好

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发表于 2014-9-21 20:14:49 |显示全部楼层
而之所以燃料电池效率高,我是这么粗浅理解的,对于内燃机来说,燃烧燃料,本质是电子轨道迁移释放热辐射(光子),其对气体产生加热作用,于是有了高温高压燃烧尾气,再用它来推动活塞;而对于燃料电池而言,直接让电子游离出来,让他直接对电机做功,这就少了一个发热环节(当然了,线路自身还会发热,这是永远无法避免的),自然热效率就提高了

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发表于 2014-9-21 22:19:44 来自手机 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-21 20:09
我觉得您似乎并没理解热机效率的真正含义(或者说您并没有理解高低温热源的真正含义),我认为并不是您所 ...

明确一点,燃料消耗少不代表效率就高。热机效率是热机对外做有用功与燃料放出的热量之比,油耗低并不代表其有用功占其放出热量的比例更大。
至于比较令人信服的解释,要不最近我去找物理老师去寻求一种比较容易理解的解释?我最近也在学习物理化学,正在说关于卡诺热机的内容。

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发表于 2014-9-21 23:41:52 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-21 20:09
我觉得您似乎并没理解热机效率的真正含义(或者说您并没有理解高低温热源的真正含义),我认为并不是您所 ...

你可以用这个来理解一下,Th是高温热源,Tc是低温热源,高温热源所给予热机的能量是Qh,热机输出的功为W,释放出给低温热源的能量为Qc。
热机效率η=-W/Qh=(Qh+Qc)/Qh
-W=nR(Th-Tc)ln(V2/V1)
Qh=nR Th ln(V2/V1)
两试带入η最后可以得出η=(Th-Tc)/Th=1-Tc/Th
卡诺热机效率大概就是这样推导出来的,最终的是式子可以看出来温差越大,效率越高
输出到低温热源被耗费掉的能量是nR Tc ln(V2/V1),与低温热源的温度Tc成正比的,低温热源温度越高,耗费掉的能量也就越大
卡诺循环.jpg

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发表于 2014-9-22 12:02:45 |显示全部楼层
cooldogzby 发表于 2014-9-21 22:19
明确一点,燃料消耗少不代表效率就高。热机效率是热机对外做有用功与燃料放出的热量之比,油耗低并不代表 ...

呵呵,可能我没说清楚,是要让车维持同样的运行状态,油耗会更高,如果保持相同的喷油量,则凉车显然没劲儿。那很显然,对于凉车,很多燃油释放的能量并没有做机械功,那燃烧热值是一样的,做功少了,难道不是热效率低了?
你可以去问问你们物理老师,看看他如何回答
PS:我咋不记得我上高中时学过卡诺热机啊??可能那会光顾着传纸条了……

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发表于 2014-9-22 12:11:53 |显示全部楼层
victo918 发表于 2014-9-21 23:41
你可以用这个来理解一下,Th是高温热源,Tc是低温热源,高温热源所给予热机的能量是Qh,热机输出的功为W, ...

抱歉问一下,这个是您自己的推导还是书上的公论?
如果是您自己推导的,实话实说我没看懂,首先热机效率为啥出来个负数?您认为热机做功是负功吗?当然这也没太大所谓,但后面的nR、V2/V1什么的都是什么?您没有交代,再有ln我早忘了是啥了,您得解释一下我才能明白,谢谢
对了,为什么W=Qh+Qc?在您看来Qh与Qc是什么关系?
最后,我不认为我理解的热机效率有问题,我只是不知道高低温热源的具体含义,这个只是听网友cooldogzby解释过一次,我照着理解而已,其实这个对我来说也不重要,无非一个概念了,如果您执意认为我理解有误,我可以去百度一下(本人巨懒,不到万不得已实在不愿百度)
但在此之前楼上的问题同样留给您,为什么冷车的热效率很明显的低于热车,按照你们的理解,这说不通吧?

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发表于 2014-9-22 12:50:30 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-22 12:11
抱歉问一下,这个是您自己的推导还是书上的公论?
如果是您自己推导的,实话实说我没看懂,首先热机效率 ...

这个是书上的,中间好像有几个值是带有负号的。这个都是在大学期间学习热力学的内容了解到的,我大概用了两个月才差不多理解这个东西。关于你说的冷机时的问题,我认为是跟燃烧时的高温上不去有一些原因的。不过这个公式得出来的只不过是理想状态下的理论值,实际过程还得考虑能量损耗,比如机械损耗之类的问题。

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发表于 2014-9-22 12:52:36 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-22 12:11
抱歉问一下,这个是您自己的推导还是书上的公论?
如果是您自己推导的,实话实说我没看懂,首先热机效率 ...

关于这个,我比较建议你去小木虫这个论坛,那边有一些热力学大牛,可以给你解释的更清楚些。我的表达能力有限,可能有些说不清

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发表于 2014-9-22 19:57:55 |显示全部楼层
victo918 发表于 2014-9-22 12:50
这个是书上的,中间好像有几个值是带有负号的。这个都是在大学期间学习热力学的内容了解到的,我大概用了 ...

没办法,刚才百度了一下“热机效率”,通过学习,我几乎可以肯定,你们的确把低温热源搞错了,冷却水仅仅是载体,他是要把热量传递给大气的,针对内燃机车来说,低温热源显然是冷却风扇以及柴油机排气口周围的空气
那么,并不是说冷却水温低,环境温度就低,反之亦然,具体的前边已经分析过,不再赘述
而对于凉车的工况,前边也已进行分析,我不认为相同的油气配比,高温温度会上不去(刚点火的瞬间有可能)


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发表于 2014-9-22 19:59:41 |显示全部楼层
victo918 发表于 2014-9-22 12:52
关于这个,我比较建议你去小木虫这个论坛,那边有一些热力学大牛,可以给你解释的更清楚些。我的表达能力 ...

呵呵,我只上这两个铁路论坛,其余没兴趣也没功夫,而且我觉得104楼的解释不存在什么问题,没必要找啥大牛了……

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发表于 2014-9-23 04:04:32 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-21 20:08
请恕我眼拙,实没看出来极值是多少

1-(90+273.15) / (600+273.15) x 100% = 58.4%

如果冷源90摄氏度、热源600摄氏度,卡诺热机的理想效率就是58.4%。现实中达不到的。

极值就是 1-T1/T2

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发表于 2014-9-23 09:30:24 来自手机 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-17 19:15
半导体还能制冷?第一次听说,如果这样并且可逆,的确有前途,呵呵

能,非常厉害,我们这边的制冷CCD就靠它,一开机,温度马上降到零下50℃、零下70℃……

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发表于 2014-9-23 10:30:58 |显示全部楼层
本帖最后由 铁道游击队长 于 2014-9-23 10:37 编辑
dreamjcworld 发表于 2014-9-23 04:04
1-(90+273.15) / (600+273.15) x 100% = 58.4%

如果冷源90摄氏度、热源600摄氏度,卡诺热机的理想效率 ...

看113楼,对于内燃机车,冷却水温90度不代表低温热源90度,如果加上排气口的空气,混合起来,低温热源应该至少在400度以上
至于1-T1/T2,仅仅是个公式,怎么成了极限值了?我给的数据仅仅是随口一说,不代表工程极限啊……

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发表于 2014-9-23 10:33:41 |显示全部楼层
wheremylove 发表于 2014-9-23 09:30
能,非常厉害,我们这边的制冷CCD就靠它,一开机,温度马上降到零下50℃、零下70℃……

希望有机会能见识见识半导体制冷,呵呵

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发表于 2014-9-23 12:48:05 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-22 19:57
没办法,刚才百度了一下“热机效率”,通过学习,我几乎可以肯定,你们的确把低温热源搞错了,冷却水仅仅 ...

嗯,我也发现了,尾气温度是不能忽略的。关于那个半导体制冷芯片,淘宝上就有卖的,大概十块钱左右一片, 就是制冷效率太低,当作玩具还行,它的两面一面制冷一面散热,就是发热量太大,需要配个比较强大的散热器

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发表于 2014-9-23 12:49:47 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-22 19:59
呵呵,我只上这两个铁路论坛,其余没兴趣也没功夫,而且我觉得104楼的解释不存在什么问题,没必要找啥大牛 ...

看了这个帖子,再跟你们讨论这个,把原来学的热力学的东西翻出来不少

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发表于 2014-9-23 14:46:47 |显示全部楼层
victo918 发表于 2014-9-23 12:49
看了这个帖子,再跟你们讨论这个,把原来学的热力学的东西翻出来不少

呵呵,共同学习,温故知新,好事儿
回头我还真去弄个半导体来玩玩,看看啥原理
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