ماشین گرمایی

وسیله ای است که با استفاده از فرایند های ترمودینامیکی گرمای حاصل از سوخت را به کار تبدیل می کند.

هر ماشین گرمایی یک چرخه ی معین را تکرار می کنند.

انواع ماشین گرمایی

ماشین گرایی برون سوز:

دستگاه با دو منبع با دمای بالا و دمای پایین در تماس است و گرما از منبع گرم تر در بیرون دستگاه به آن داده شود و کار خالصی توسط دستگاه در طی چرخه انجام می شود.

مانند ماشین نیوکامن، ماشین استرلینگ و ماشین بخار وات

ماشین گرمایی درون سوز:

گرما در اثر آتش گرفتن ماده سوختی (دستگاه) که در داخل سیلندر قرار دارد تامین می شود.

مانند موتور های بنزینی و دیزلی

تحلیل دقیق چرخه ی یک ماشین بخار دشوار است. اما با برخی ساده سازی ها می توان به نحلیل این ماشین ها پرداخت و به چرخه ی آرمانی موسوم به چرخه رانکین رسید.

در چرخه ماشین بخار:

1. دستگاهی که چرخه را می پیماید، آب است.
2. کوره، منبع دمای بالا و گرمای \({Q_H}\)  را به دستگاه (آب) می دهد.
3. دستگاه روی محیط ار انجام می دهد و باعث انبساط دستگاه می شود.
4. منبع دمای پایین چگالنده و لوله های آب سرد است و گرمای \({Q_L}\)  را از دستگاه می گیرد.

فرایند هایی که آب در ماشین بخار وات طی می کند، به چهار مرحله اصلی تقسیم می کنیم:

الف) مرحله اول:

در این مرحله آب درون دیگ بخار در فشار ثابت از کوره گرما می گیرد و به بخار تبدیل می شود.

ب) مرحله دوم:

شیر ورودی باز می شود. بخار آب که دما و فشار آن بسیار زیاد است وارد اتاقک انبساط می شود و دما و فشار آن کاهش می یابد در این مرحله بخار آب بر روی محیط کار انجام می دهد.

(چون این انبساط بسیار سریع است این فرایند را بی در رو می توان در نظر گرفت.)

ج) مرحله سوم:

در چگالنده بخار آب در فشار ثابت گرما از دست می دهد و به مایع تبدیل می شود. در این فرایند دما و حجم بخار آب کاهش می یابد.

د) مرحله چهارم:

تلمبه (پمپ)، آب حال از میعان را به دیگ بخار بر میگرداند و فشار آن را به طور بی در رو به فشار اولیه می رساند (فقط تغییرات کوچکی در دما و حجم مایع رخ می دهد)

چرخه رانکین

مرحله های کار ماشین گرمایی درون سوز

1) ضربه ی مکش

2) ضربه ی تراکم

3) آتش گرفتن

4) ضربه ی قدرت

5) تخلیه

6) ضربه ی خروج گاز

1) ضربه ی مکش

با پایین آمدن پیستون مخلوط بنزین و هوا از طریق دریچه ورودی وارد استوانه می شوند.

وقتی پیستون به پایین ترین وضعیت خود رسید، این دریچه بسته می شود.

2) ضربه ی تراکم

پیستون بالا می آید و مخلوط را متراکم می کند و به حجم اولیه می رساند در این وضعیت دمای مخلوط بسیار بالا می رود.

3) آتش گرفتن

هنگامی که پیستون به بالا ترین وضعیت خود رسید، شمع جرقه می زند، مخلوط آتش می گیرد و دما و فشار آن تا مقدار زیادی بالا می رود.

4) ضربه ی قدرت

در این مرحله در اثر فشار زیاد دستگاه منبسط می شود و پیستون را به طرف پایین می راند. کاری که دستگاه بر روی محیط انجام می دهد در این مرحله حاصل می شود.

5) تخلیه

در حالی که پیستون در پایین ترین وضعیت حجمی قرار دارد، سوپاپ درچه خروجی باز می شود و قسمتی از محصولات احتراق به صورت دود از دریچه خروجی خارج می شود. به این ترتیب مقدار زیادی گرما به بیرون رانده می شود.

6) ضربه ی خروج گاز

پیستون بالا می آید و بقیه محصولات احتراق را بیرون می راند و حجم فضای بالای پیستون از بیشترین به مقدار اولیه می رسد