Тепловые двигатели

Тепловые двигатели

О профессии

Тематика диссертационных исследований охватывает широкий круг приоритетных направлений развития науки, техники и технологий в РФ, направленных на повышение энергетической эффективности и снижение расходных показателей работы, особенно применительно к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Основные направления научных исследований:
— программное обеспечение режимометрирования двигателя внутреннего сгорания;
— моделирование движения транспортного средства в соответствии с новым европейским циклом движения NEDC;
— улучшение экономических показателей автомобильного двигателя с искровым зажиганием в период прогрева после холодного пуска;
— расчётный анализ возможностей повышения КПД ДВС применением присадок — модернизаторов горения;
— уточнение показателей качества протекания неустановившихся режимов разгонов дизеля после пуска;
— выявление фактических значений цетановых чисел смесей дизельного топлива;
— регулирование дизеля с применением метода выключения-включения цилиндров или отдельных циклов;
— замещение нефтяного дизельного топлива этанолом;
— разработка новой конструкции двухпружинных форсунок топливной аппаратуры дизеля.

Учебный процесс

У аспирантов формируются углубленные знания в профессиональной области на основе изучения таких практико-ориентированных дисциплин, как «Научно-исследовательский семинар», «Методология научных исследований», «Математическое моделирование тепловых процессов», «Тепловые двигатели», «Современные энергетические технологии», «Когенерационные установки на базе тепловых двигателей».

Практика

Программой подготовки специалистов высшей квалификации (аспирантура) предусматривается прохождение педагогической и научно-исследовательской практики. Научно-исследовательская практика проводится в департаменте машиностроения и приборостроения, а также на научно-исследовательских и производственных предприятиях, имеющих научное оборудование. Целью научно-исследовательской практики является закрепление знаний, полученных в результате освоения теоретических курсов и самостоятельных научных исследований, а также получение навыков производственно-инновационной деятельности в научно- исследовательских институтах, производственных организациях, формирование навыков проведения научно-практической и научно-исследовательской деятельности на базе производственных предприятий и научно-исследовательских лабораторий.
Целями и задачами педагогической практики являются овладение основами педагогической и учебно-методической деятельности по основным профессиональным образовательным программам высшего образования, приобретение опыта педагогической работы по реализации основных профессиональных образовательных программ высшего образования, формирование умений по организации учебного процесса и контролю его результатов, освоение основных образовательных технологий. Педагогическая практика проводится в департаменте машиностроения и приборостроения.

Карьера

По окончании обучения и успешной защиты выпускной научно-квалификационной работы аспиранту присваивается квалификация «Исследователь. Преподаватель-исследователь».
Основные сферы профессиональной деятельности выпускника аспирантуры: научные и научно-производственные учреждения и организации любой формы собственности; государственные и негосударственные средние, специальные средние и высшие учебные заведения.

Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания

Разделы: Физика

Цель:

1. Рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях.
2. Познакомиться с историей создания автомобиля и паровоза.
3. Познакомить учащихся с физическими принципами действия тепловых двигателей на примере ДВС.

План.

1. Подготовка к изучению нового материала:

Жизнь невозможна без использования различных видов энергии.

? Какие виды энергии вы знаете?

Источниками энергии являются различные виды топлива, энергия ветра, солнечная энергия, энергия приливов и отливов.

Поэтому существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе превращение одного вида энергии в другой.

Демонстрация: В литературе встречается описание паровой машины английского изобретателя Т. Севери, созданной в 1698 г. и предназначенной для откачивания воды из шахт. Демонстрация модели Т. Севери:

Рисунок 1.

Рисунок 2.

? Преобразование, какой энергии, в какую мы наблюдаем в данном опыте?

Тепловая энергия преобразуется в механическую работу.

Учитель: Мы рассмотрели модель паровой машины. Паровая машина один из видов тепловых двигателей.

Записывает тему урока: Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания.

? Что такое тепловой двигатель?

2. Изучение нового материала:

1) Тепловым двигателем называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

? какие виды тепловых двигателей вы знаете?

В процессе совершения работы часть внутренней энергии газа превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя.

Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.

? Можно ли считать ружье тепловым двигателем?

При сгорании внутренняя энергия пороха превращается в механическую энергию.

2) Любой двигатель характеризуется величиной КПД.

ή =·100%

где Q – количество теплоты, полученное в результате сгорания топлива, Дж;
А – работа, совершенная двигателем, Дж.

1. Один из учеников при решении получил ответ, что КПД теплового двигателя равен 200%. Правильно ли ученик решил задачу?
2. КПД теплового двигателя 45%. Что означает это число?
   (45% идет на полезную работу, а 55% тратится впустую на обогрев атмосферы, двигателя и т.д.).

3) Если проследить историю развития тепловых машин, современные машины имеют достаточно высокий КПД.

Заглянем в историю.

Первые тепловые двигатели были построены в конце 18 века – это были тепловые машины.

Сообщение учащихся: «Первые паровые машины. Паровые машины Джеймса Уатта».

Учитель: Пропагандируя использование паровых машин, Джеймс Уатт тем не менее был противником их использования на транспорте. Но прогресс нельзя остановить. В 1770 году Ж. Кюньо построил первую самодвижущуюся тележку …

Сообщение учащихся: «Изобретение автомобиля».

Учитель: Следующий этап в развитии техники был связан с изобретением …

Загадка: Железные избушки держатся друг за дружку. Одна с трубой тянет всех за собой? (Поезд).

Сообщение учащихся: «Изобретение паровоза».

Учитель: В современных тепловозах и автомобилях применяются ДВС. Первый ДВС изобрел француз Э. Ленуар, КПД=3%. Спустя 18 лет немецкий изобретатель Н. Отто создал ДВС, который работал по четырехтактной схеме.

4) ДВС.

? Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

Учитель: Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя.

Сообщение учащихся: видео зарисовка учащихся – современные ДВС.

Учитель: Теперь познакомимся с устройством и принципом действия ДВС (используя модель или видеофрагмент).

? Из каких основных частей состоит простейший ДВС?
? Как называется каждый такт ДВС?
? Опишите принцип действия четырехтактного ДВС (используя модель)?

Рисунок 3.

5) Учитель: при использовании тепловых машин остро встает вопрос загрязнения окружающей среды. При сжигании топлива в атмосферу попадает очень много вредных выбросов. К ним можно отнести СО₂ , СО, различные виды сернистых соединений, а так соединения тяжелых металлов.

Сообщение учащихся: Практическая работа по определению уровня загрязнения в районе школы.

Учитель: Большую часть механической и электрической энергии вырабатывают тепловые двигатели. Пока равноценной замены им нет. В то же время тепловые двигатели оказывают отрицательное влияние на окружающую среду и условия существования человека на Земле.

Что бы вы предложили для решения проблемы загрязнения окружающей среды тепловыми двигателями?

3. Домашнее задание.

Написать сочинение «Тепловые двигатели будущего».

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

18 и 26 июня на кафедре «Тепловые двигатели и установки» Машиностроительного факультета успешно прошли защиты выпускных квалификационных работ (ВКР).

По направлению бакалавриата 13.03.03 «Энергетическое машиностроение», профиль подготовки «Двигатели внутреннего сгорания» было представлено 13 работ. По направлению магистратуры 13.04.03 «Энергетическое машиностроение», программа «Поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания» — 5 работ.

В ходе защиты комиссия особо отметила четыре ВКР, которые имеют потенциальную возможность воплощения не только на предприятиях Удмуртии, но и на ведущем предприятии по производству всемирно известных грузовиков «КАМАЗ», а так же на предприятиях близлежащих регионов. Вот тематика этих работ:

— «Исследование нестационарных пространственных газодинамических процессов в выпускном коллекторе дизельного двигателя» (магистрант Фаннур Зиатдинов);

— «Проект гидравлической станции для испытательного стенда теплообменных аппаратов» (магистрант Егор Насыров);

— «Проектирование двигателя рабочим объемом 0,6 литра для снегохода» (студент Александр Ашихмин);

— «Проектирование двигателя внутреннего сгорания для установки монтажа винтовых свай» (студент Ильфат Гусманов).

В комиссию ГАК по направлению 13.04.03, 13.03.03 «Энергетическое машиностроение» вошли опытные практики машиностроительной отрасли России и УР, а так же сотрудники кафедры ТДУ:

• Олег Геннадьевич Зубков — председатель комиссии ГАК, Главный механик ПАО «Белкамнефть имени А.А. Волкова»;
• Вячеслав Валерьевич Бурлаков — начальник конструкторско-исследовательского отдела механизмов и систем двигателей Научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»;
• Денис Викторович Матвеев — к.т.н., начальник отдела высокоточных измерений АО «Концерн «Калашников»;
• Борис Яковлевич Бендерский — профессор, д.т.н., Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации;
• Ольга Андреевна Воеводина — доцент, к.т.н.;
• Алексей Николаевич Терентьев — заведующий кафедрой «ТДУ», доцент, к.т.н.

По заключению комиссии все выпускники получили положительные оценки и были приглашены на собеседование с потенциальными работодателями с возможностью дальнейшего трудоустройства и повышения своего статуса на предприятии.

У новоиспеченных, теперь уже магистров и бакалавров, сейчас есть выбор не только перспективной работы от многочисленных работодателей, но дальнейшей траектории образования и приложения творческих усилий: для магистров есть возможность поступить в аспирантуру, а для бакалавров, соответственно, поступить в магистратуру — ОФО или ЗФО.

Аспирантура — это, в основном, как показывает практика, направление «Машиностроение», а бакалавры могут продолжить обучение и перейти на 2-ой уровень высшего образования по направлению 13.04.03 «Энергетическое машиностроение» по программе «Поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания» или обучаться по параллельным направлениям 2-го уровня высшего образования кафедры ТДУ факультета Машиностроительный:

• 15.04.02 «Технологические машины и оборудование»;
• 21.04.01 «Нефтегазовое дело»;
• или выбрать другие понравившиеся направления обучения вуза.

Выбор есть и выбор только за Вами!

Следует отметить, что все выпускники-магистры уже имеют трудоустройство на ведущих предприятиях Удмуртии, однако, «повышение официального статуса» благодаря получению диплома бакалавра и магистра, — всегда приятно!

Тематика всех представленных работ тесно связана с исследованием, совершенствованием и развитием производства промышленных предприятий, как нашего региона, так и соседних, наращиванием их производственных мощностей и повышением энергоэффективности использования машин и оборудования.
В ходе выполнения большинства ВКР решались задачи повышения надежности и эффективности объектов энергетического машиностроения.

По завершению работы, председатель ГАК и члены комиссии поздравили всех с успешной защитой и пожелали выпускникам дальнейших творческих успехов!

Урок физики 8 класс на тему: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Открытый урок по физике в 8 классе

по теме: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»

учитель физики Капурова А.И.

Цель урока: научить обучающихся понимать суть тепловых явлений; объяснить принцип действия тепловых двигателей; показать значение тепловых двигателей в жизни человека.

Задачи урока:

Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

Воспитательные:

Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития.

Развивающие:

Совершенствовать навыки работы с приборами, лабораторным оборудованием.

Формировать умение формулировать выводы о проведенных экспериментах.

Тип урока : урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Оборудование: интерактивная доска, проектор, компьютер, модель ДВС, наборы приборов для проведения эксперимента.

Учитель Здравствуйте, садитесь. Сегодня на уроке вы сможете стать учеными-инженерами, т.к. создадите простейшее устройство, которое совершает полезную работу, узнаете принцип действия технических устройств необходимых для человека. Но для этого нам нужны знания по теме: Внутренняя энергия и способы её изменения. Вам необходимо ответить на мои вопросы.

Учитель Что называют внутренней энергией?

Какими способами её можно изменить?

Можно ли использовать внутреннюю энергию тел?

2. Объяснение нового материала

Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать её запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – значит совершать за счет неё полезную работу. Для того, чтобы понять, как это сделать, выполним эксперимент.

Учитель На столах у вас находится карточка с заданием к эксперименту и оборудование для его проведения. Вы будете работать в группах. Ваша задача провести эксперимент и сделать вывод. По окончании работы поднять руку. На выполнение задания 3 мин.

Задание к опыту

Перевернуть пробирку вверх дном.

Осторожно нажимая на пробирку, выдавить из картофеля кружок (пробку) так, чтобы пробирка плотно закрылась картофельной пробкой.

Перевернуть пробирку вниз донышком и опустить ее в горячую воду.

Пронаблюдать происходящий процесс.

Сделать вывод, используя ответы на вопросы:

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда ее опустили в воду?

К чему привело изменение внутренней энергии воздуха?

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке после вылета пробки?

Ответы учеников:

Внутренняя энергия воздуха увеличилась за счет внутренней энергии воды

Воздух совершил работу – вытолкнул пробку.

Внутренняя энергия воздуха превратилась в кинетическую энергию пробки.

Слово учителя(вывод): за счет изменения внутренней энергии воздуха была совершена работа, внутренняя энергия превратилась в механическую.

Учитель Какое устройство вы сейчас создали?

Учитель (слайд 2) В 3 веке до н.э. греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла паром. На этом принципе основана работа оружия. Это процесс кратковременный и не приводит к длительному движению. Продолжить его можно, если повторять процесс перехода внутренней энергии в механическую энергию. Для этого всю систему нужно перевести в исходное состояние.

Учитель Как это сделать?

Ученик – опустить пробирку в холодную воду

Учитель Сделаем вывод: для того чтобы внутренняя энергия топлива превращалась в механическую и совершала работу, надо систему нагревать, а потом охлаждать.

Учитель Как вы считаете если стеклянную пробирку заменить прочным металлическим цилиндром, а пробку – поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра, то какое устройство можно создать?

Ученик – тепловую машину, тепловой двигатель

Учитель Правильно. Сегодня на уроке мы должны изучить устройство и принцип действия теплового двигателя.

Учитель Откроем тетради и запишем тему урока: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания»

Учитель Давайте дадим понятие теплового двигателя. Машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называют тепловыми двигателями (слайд 3).

Учитель (слайд 4) Первый тепловой двигатель создал английский ученый Джемс Уатт в 1784 году.

Учитель (слайд 5) Виды тепловых двигателей: двигатель внутреннего сгорания, паровая машина, паровая и газовая турбина, реактивный двигатель.

Учитель Сейчас вы обратитесь к учебнику и найдете в тексте параграфа, одинаковый принцип работы тепловых двигателей, учебник параграф 21, стр.52 (слайд 6)

Учитель Сегодня на уроке мы с вами изучим только двигатель внутреннего сгорания. Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри двигателя. Работают они на жидком топливе или на горючем газе. Такой вид двигателей обычно устанавливают на большинстве автомобилей. (слайд 7)

Учитель (слайд 8) Устройство ДВС: цилиндр, в котором перемещается поршень, соединенный при помощи шатуна с коленчатым валом. В верхней части цилиндра имеются два клапана. Которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются. Свеча, с помощью которой воспламеняется горючая смесь.

Учитель (слайд 9) Принцип работы ДВС:

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или за четыре такта. Поэтому называются четырехтактными.

Учитель Записать в тетрадь такты ДВС:

Впуск В начале первого такта поршень движется вниз, объем над поршнем увеличивается, поэтому создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в цилиндр поступает горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, клапан 1 закрывается.

Сжатие При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх и сжимает горючую смесь. В конце такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от искры) и быстро сгорает. Температура достигает 1600-1800 0 С, давление 5 млн.паскалей

Рабочий ход Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз. Под действием расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу. В конце 3 такта открывается клапан 2. И через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.

Выпуск Выпуск продуктов сгорания продолжается ив течение четвертого такта, в конце 4 такта клапан 2 закрывается.

Учитель Кто попробует продемонстрировать работу ДВС на модели

Учитель диск –анимация)

Учитель (слайд 10) чем отличается этот двигатель от предыдущего

Ученик –количеством цилиндров

Учитель На что это влияет?

Ученик – на мощность двигателя, на равномерность вращения вала.

Учитель Их устанавливают на автомобилях, тракторах – 4, 8, 12 цилиндровые двигатели.

Учитель Какие ДВС стоят на мопедах, мотоциклах

Ученик – одно и двухцилиндровые двигатели (слайд 11)

Учитель Но не во всех двигателях есть свеча для воспламенения рабочей смеси. В этих двигателях воспламенение происходит за счет резкого сжатия воздуха, из-за этого увеличивается температура смеси. Как называются эти двигатели?

Ученик Дизельные двигатели (слайд 12)

Учитель (слайд 13) ДВС нашли широкое применение на производстве, быту. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы.

Учитель Поработав в группах, назовите положительные и отрицательные стороны применения ДВС. На работу 2 мин.

3. Закрепление изученного материала

Учитель У вас на столе в файлах находятся 4 рисунка с разными тактами ДВС. Работая в паре правильно расположите такты двигателя, чья пара будет быстрее и правильнее получит оценки за выполнение задания. Проверка по цветам: синий, зеленый, красный, черный.

4. Давайте сделаем вывод из того, что вы изучили на уроке:

Тепловые двигатели преобразуют внутреннюю пара (газа) в механическую энергию.

Для работы нужна повторяемость процесса

Тепловые машины являются основой механизации производства

Применение приводит к загрязнению окружающей среды и требует проведения мероприятий по её охране.

5.Итог урока (рефлексия) сегодня на уроке изучили устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания. Рассмотрели историю развития тепловых двигателей, экологические проблемы и перспективы развития. Сами создали простейший тепловой двигатель.

Учитель оценки за урок

Учитель Домашнее задание: п.21,22 зад.5

Учитель рефлексия: 1 такт — я пассивно слушал

2 такт – я не все понял

3 такт – я все понял

4 такт – я ничего не понял

При выходе из класса оставьте один такт, который к вам подходит на своем рабочем месте.

Учитель Урок окончен, отдыхайте.

Использование внутренней энергии воздуха

Приборы и оборудование: пробирка, калориметр, горячая вода, картофель

Ход выполнения эксперимента

Перевернуть пробирку вверх дном

Осторожно нажимая на пробирку, выдавить кружок из картофеля – это будет пробка для пробирки

Перевернуть пробирку вниз дном и опустить её в горячую воду

Пронаблюдать происходящий процесс

Сделать вывод, используя ответы на вопросы:

А) что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда её погрузили в воду?

Б) к чему привело изменение внутренней энергии воздуха?

В) что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке после вылета пробки?

Ответы на вопросы:

Рисунок «Такты двигателя внутреннего сгорания»

Кроссворд