ماشین های گرمایی

 ماشین های گرمایی : ماشین هر وسیله مکانیکی یا وسیله الکتریکی است، که با انتقال یا اصلاح انرژی ، انسان را در انجام کارهایش ، یا در بهتر انجام شدن کارهایش یاری دهد، یا خود آنها را انجام می‌دهد. ساز و کارها و ماشینهای مکانیکی ، حتی قبل از آن که اطلاعات مکتوبی در دسترس باشد، برای تقویت توانائیهای نوع بشر ، دائما در حال استفاده بوده. تفاوت عمده ابزار ساده با ماشینها یا مکانیزمهای ساده ، وجود یک منبع قدرت و بعضی اوقات ، در کارکرد مستقل می‌باشد. ابزار قدرتمند امروزی ، ماشین ابزارهای خودکار ، و ماشین آلات قدرتمندی که توسط انسان هدایت می‌شوند، این تعریف را پیچیده کرده‌اند. هر دستگاهی که بتواند انجام کاری را آسان کند، ماشین نامیده می‌شود.

ماشینهای درونسوز به ماشینهای گرمایی گفته می‌شود که مواد سوختنی مربوط به آن داخل استوانه سوخته شود. اندیشه‌ی اولیه این ماشینها را کریستیان هویگنس ، فیزیکدان انگلیسی در سال ۱۶۸۰ میلادی مطرح کرد. هویگنس متوجه شد که وقتی گلوله از دهانه‌ی تفنگ پرتاب می‌شود، مقدار زیادی دود گرم از لوله خارج خارج می‌شود. مشاهده‌ی این پدیده او را متوجه رابطه‌ی بین فشار دود و حرکت گلوله کرد و در فکر ساختن موتوری برآمد که با نیروی دود حاصل از انفجار باروت کار کند، ولی با همه تلاشهایی که کرد، نتوانست چنین موتوری را بسازد. اما در عوض نظریه‌ی او توجه عده زیادی از جمله دنیس پاپن را ، که از همکاران او بود، جلب کرد. سرانجام در سال ۱۸۷۶ نیکلاس اوتو که یک تعمیر کار آلمانی بود ، نخستین موتور درونسوز را ساخت. ماشینهای درونسوز شامل ماشین پیستونی و ماشین توربینی است. نمونه‌ی بسیار رایج موتورهای درونسوز پیستونی ، موتور اتومبیل است.

گرما را می‌توان با سوخت تولید نمود، امّا معمولاً آنچه نیاز داریم کار مکانیکی است. ماشینی که در یک فرآیند چرخه ای انرژی گرمایی را به کار مکانیکی تبدیل کند، ماشین گرمایی نامیده می‌شود.
ماشینهای گرمایی اولیه بازده بسیار کمی داشتند. تنها بخش کوچکی از گرمای گرفته شده از منبع گرمایی می‌توانست به کار مفید تبدیل شود. حتّی پس از تکامل طراحی فنی این ماشین ها، باز هم کسر قابل ملاحظه ای از گرما هدر می‌رفت و به انرژی مکانیکی تبدیل نمی شد. آرزوی ابداع ماشینی که بتواند گرما را از یک منبع بی انتها، مثلاً آب اقیانوس، بگیرد و آن را به طور کامل به کار مفید تبدیل کند، هیچ وقت عملی نشد. اگر می‌شد، ما دیگر نیازی به سوزاندن سوخت نداشتیم. می‌توان ثابت کرد که اگر چنین می‌شد، حتی امکان این را داشتیم که ماشینی بسازیم که بدون نیاز به کار خارجی، گرما را از جسم سرد به جسم گرم منتقل کند ( یعنی یک یخچال که انرژی مصرف نمی کند! ). هیچ یک از این آرزوهای بلند پروازانه منافاتی با قانون اول ترمودینامیک ندارد. ماشین گرمایی، انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کرد، امّا میزان کل انرژی در این فرآیند ثابت بود. با وجود این، هیچکدام از این آرزوها هرگز تحقق نیافته اند.

ماشین گرمایی نیوکامن :

اساس کارماشین گرمایی نیوکامن تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی است این دستگاه یکی از اولین ماشینهای گرمایی است که گرمایی که به دیگ بخار داده می شود .

وسیله ایست که گرما را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
● ماشین گرمایی نیوکامن
اساس کارماشین گرمایی نیوکامن تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی است این دستگاه یکی از اولین ماشینهای گرمایی است که گرمایی که به دیگ بخار داده می شود . برای به کار انداختن یک تلمبه مورد استفاده قرار می گیرد در این ماشین در اثر وزن پیستون دسته تلمبه به سمت پایین حرکت می کند و بخار آب وارد استوانه می شود سپس شیر ورودی آب باز می شود و آب به داخل استوانه فوران می کند و باعث می شود .
مقداری ازبخار آب مایع شود در این صورت فشار داخل استوانه کاهش می یابد و پیستونبه طرف پایین کشیده می شود در نتیجه دسته ی دیگر تلمبه به طرف بالا کشیده می شود و به این ترتیب تلمبه کار می کند.
● دیگر ماشین های گرمایی
این ماشین ها با استفاده از برخی فرآیندهای ترمودینامیکی گرمای حاصل از سوخت را به کار تبدیل می کنند طراحی این ماشین ها عموما به این صورت است که دستگاه پس ازپیمودن چند فرآیند معین به حالت اولیه خود بر می گردد یعنی این ماشین ها در یک چرخه معین کار می کنند.
الف ) ماشین بخار
ماشین بخارچرخه ی معینی دارد مانند ماشین بخار نیروگاه در این ماشین ، دستگاه یعنی آب در یک چرخه مقداری گرما دریافت می کند و بر روی محیط کار انجام می دهد انرژی گرمایی از طریق چشمه گرم به دستگاه دیگ بخار داده شده و قسمتی ازاین انرژی صرف تبدیل آب به بخارشده است و دریک مداربسته با فرآیندهای خاص انرژی حرارتی در پره های توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می گردد و طی فرآیند هایی دوباره بخار به صورت آب در آمده و به دیگ بخار بر می گردد.
▪ بخش های اصلی ماشین بخار شامل
۱) دیگ بخار
۲) اتاقک انبساط
۳) چگالنده
۴) تلمبه
۵) شیرهای ورودی و خروجی و لوله های رابط می باشد.
▪ فرآیندهایی که آب در ماشین بخار طی می کند چهار مرحله اصلی دارد
======