열기관들의 작동 원리는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 기계공학의 학문 중에 열역학 과목에 대해서 작동 원리를 배우고 있는데, 열기관들의 작동 원리는 어떻게 되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
증기기관이 화석연료 를 연소할 때 발생하는 열로 물을 증발시켜 발생한 증기를 통해 동력을 얻는 장치입니다.
주로 버스나 자동차 에 사용되는 휘발유 및 경우 등에 해당합니다.
작동원리는
열기관은 원통 내부의 뜨거운 액체 및 기체가(증기) 팽창하여
피스톤을 밀어내어 동력을 얻습니다.
1명 평가안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
열기관은 고온 열원에서 열을 흡수하고 일부를 기계적 에너지로 변환하게 됩니다.
작동 유체가 압축, 가열, 팽창, 냉각 사이클을 반복하며 작동하게 됩니다.
1명 평가안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
열기관에는 다양한 종류가 있으며
가장 일반적인 것은 자동차에 사용되는 내연 기관과 발전소에서 사용되는 증기 기관입니다.
이 두 엔진은 모두 열역학 원리를 사용하여 열 에너지를 기계 작업으로 변환합니다.
열기관의 효율은 열에너지를 얼마나 효과적으로 일로 변환시키는 가를 측정한 것입니다.
이를 열효율이라 하며
일반적으로 백분율로 표시되고, 열효율은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
열 효율 = (작업 출력) / (열 입력) * 100%
실제로 어떤 열기관이라 해도 입력 받는 모든 열에너지를 일로 변환할 수는 없습니다.
이것은 열이 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르고
순환 과정에서 모든 열 에너지를 일로 변환하는 것은 불가능하다는 열역학 제2법칙 때문입니다.
열기관의 가능한 최대 효율은 Carnot 효율에 의해 결정되며
Carnot 효율은
가상의 Carnot 기관에서만 달성할 수 있는 이상적인 효율입니다.
Carnot 효율은 다음 공식으로 제공됩니다.
카르노 효율 = 1 - (Tc / Th)
여기서 Tc는 저온 저장소의 온도이고
Th는 고온 저장소의 온도이며 둘 다 켈빈 단위로 측정됩니다.
Carnot 효율은 실제 엔진이 100% 효율로 작동할 수 없기 때문에 모든 열 엔진의 열 효율에 대한 상한을 나타냅니다.
즉 이상적 효율입니다.
1명 평가안녕하세요. 김민규 전문가입니다.
열 폭발에 의하여 기관이 작동하게 됩니다. 하지만 이 작동하게 되는 방법도 종류 별로 조금 상이할 수는 있습니다.
안녕하세요.
열기관은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로, 작동 원리는 열역학 법칙에 기반을 두고 있습니다. 일반적으로 열기관은 연료를 연소시켜 높은 온도를 만들고, 이 열에너지를 이용하여 일을 수행합니다. 주요 열기관의 작동 원리는 하기 참조 바랍니다.
1. 내연기관 (Internal Combustion Engine)
- 작동 원리: 연료(가솔린, 디젤 등)가 엔진 내부에서 폭발(연소)하여 고온, 고압의 가스를 생성하고, 이 가스가 피스톤을 밀어 기계적 에너지를 생성합니다.
- 사이클: 일반적으로 내연기관은 오토 사이클(가솔린 엔진)이나 디젤 사이클에 따라 작동합니다.
- 흡입: 연료와 공기가 실린더 내부로 들어옵니다.
- 압축: 피스톤이 연료-공기 혼합물을 압축합니다.
- 폭발(연소): 혼합물이 점화되어 폭발하고, 이때 발생한 고온의 가스가 피스톤을 밀어냅니다.
- 배기: 연소 후의 배기가스가 배출됩니다.
2. 외연기관 (External Combustion Engine) - 증기기관
- 작동 원리: 외부에서 연료를 연소시켜 물을 끓이고, 생성된 증기로 피스톤이나 터빈을 구동하여 기계적 에너지를 생성합니다.
- 사이클: 랭킨 사이클에 의해 작동됩니다.
- 가열: 물이 보일러에서 열을 받아 증기로 변환됩니다.
- 팽창: 고온 고압의 증기가 피스톤이나 터빈을 돌립니다.
- 응축: 사용된 증기는 냉각되어 다시 물로 응축됩니다.
- 펌프: 응축된 물이 다시 보일러로 공급됩니다.
3. 가스터빈 엔진
- 작동 원리: 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 이때 발생한 고온의 가스를 이용해 터빈을 회전시킵니다. 주로 항공기, 발전소에서 사용됩니다.
- 사이클: 브레이튼 사이클에 따라 작동됩니다.
- 압축: 공기가 압축기에 의해 압축됩니다.
- 연소: 압축된 공기와 연료가 연소실에서 연소되어 고온의 가스가 생성됩니다.
- 팽창: 고온의 가스가 터빈을 통과하면서 터빈을 회전시킵니다.
- 배기: 남은 가스가 배출됩니다.