Тепловые двигатели и охрана окружающей среды: проблемы использования и влияние на природу

Что такое тепловая машина

Тепловой двигатель (ТМ) — это двигатель, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

• обогреватель;
• холодильник;
• рабочая жидкость.

К тепловым двигателям относятся все бензиновые и дизельные автомобильные двигатели, паровые турбины и котлы, реактивные и ракетные двигатели.

Тепловые двигатели (ТД) повсеместно используются: на транспорте, в энергетике, в промышленности. Изобретение паровой машины привело к промышленной революции 18-19 веков и коренным образом изменило облик нашего мира.

Негативное влияние на экологию

Тепловые двигатели наносят вред окружающей среде из-за их огромного количества, а также из-за использования химического топлива. Рассмотренный ранее паровоз вряд ли мог бы загрязнять окружающую среду, если бы он был. Но парк паровозов в странах мира был огромен, и они внесли немалый вклад в создание дымного смога над крупными городами. И это при том, что в дыму была мельчайшая угольная пыль.

Дым от современного транспорта имеет гораздо более «интересный» состав. Дизельное топливо, бензин, керосин, мазут и другие нефтепродукты — это химические вещества, которые в дальнейшем модифицируются во время сгорания, что создает серьезный риск для здоровья человека. Также они крайне негативно влияют на дикую природу. Кроме того, постоянные выбросы горячих выхлопных газов и дыма от промышленных предприятий усугубляют парниковый эффект, который угрожает глобальному потеплению.

Что для нас теплодвигатели

Каждый день мы имеем дело с двигателями автомобилей, кораблей, промышленного оборудования, железнодорожных локомотивов и самолетов. Появление и широкое использование тепловых двигателей привело к быстрому развитию отрасли.

Экологическая проблема использования тепловых двигателей заключается в том, что выбросы тепловой энергии неизбежно приводят к нагреванию окружающих объектов, в том числе атмосферы. Ученые давно борются с проблемой таяния ледников и повышения уровня моря, считая деятельность человека главным фактором влияния. Изменения в природе приведут к изменению условий нашей жизни, но, несмотря на это, потребление энергии увеличивается с каждым годом.

Как работает тепловой двигатель

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В ТД в качестве рабочего тела используется газ, который нагревается за счет сгорания топлива.

Все TM работают циклически. Чтобы такая система работала, температура нагревателя должна быть значительно выше температуры окружающей среды. Во время обратного хода поршня охладитель снижает температуру газа. Это может быть хладагент или атмосфера.

Работа двигателя равна разнице между подводимым и отводимым теплом. Эффективность — это отношение работы к теплу, подаваемому в систему. Принцип работы тепловых машин основан на 1-м и 2-м законах термодинамики.

Низкий КПД

Конструкция двигателей этого типа предполагает использование внутренней энергии топлива. Часть этой энергии идет на механическое действие, то есть совершает полезную работу. Но большая его часть тратится впустую.

Отношение энергии, затраченной впустую, к энергии, необходимой для полезной работы, называется коэффициентом полезного действия.

Постоянное развитие позволяет нам улучшать эти отношения. Однако до сих пор нет возможности преодолеть даже 50-процентный порог. Это означает, что более половины энергии, затрачиваемой на работу двигателя, не выполняет полезную работу.

Это приводит к тому, что топливо не может использоваться максимально эффективно.

История создания и принцип действия

Тепловой двигатель — это устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую. Древнегреческий ученый Герон Александрийский в I веке до нашей эры Н.С описал в трактате «Пневматика» паровую турбину, которую он назвал Эолийским шаром. Во втором веке в Риме появились первые примитивные устройства. Реактивный двигатель известен человечеству с давних времен. Он использовался для создания ракет и фейерверков в Китае и других странах Азии в 13 веке.

Современные тепловые машины начали появляться в конце 18 века. Алтайский изобретатель И. Ползунов в 1764 г предложил конструкцию первого в мире аппарата, использующего горячий пар для преобразования тепла в механическую энергию. Установочные испытания были успешно завершены в конце 1765 года. Машина была работоспособна, но не получила широкого распространения. Паровой агрегат не запатентован. Сегодня изобретателем первой паровой установки считается английский изобретатель Джеймс Ватт.

Двигатель требует разницы давлений с обеих сторон поршня двигателя. Он создается при нагревании рабочего тела (сгорание топлива). После повышения температуры на сотни градусов газ, обладая достаточной внутренней энергией, расширяется и функционирует. Пока не остынет до комнатной температуры.

Четырехтактный цикл.

В четырехтактном цикле впускной клапан открывается, когда поршень находится в верхней части цилиндра, и поршень втягивает свежую порцию топлива и воздуха в цилиндр, который опускается и создает разрежение. Когда поршень достигает дна, впускной клапан закрывается, и поршень перемещается вверх, чтобы сжать смесь. Когда поршень достигает своей наивысшей точки, смесь воспламеняется, и образующиеся горячие газы расширяются и толкают поршень вниз.

Когда поршень находится в самой нижней точке, выпускной клапан открывается, и на следующем такте поднимающийся поршень выталкивает выхлопные газы наружу, освобождая цилиндр для новой порции топливовоздушной смеси. Весь процесс происходит за четыре хода поршня (вверх или вниз), например, за два оборота коленчатого вала. Во время рабочего хода маховик накапливает энергию, так что поршень может сделать еще три хода до следующего рабочего хода. Первый двигатель с таким циклом был построен в 1876 году в Германии Н. Отто.

Экологические проблемы, связанные с современной энергетикой

По данным исследований, наиболее вредными для природы являются тепловые электростанции. Но гидроэлектростанции и атомные электростанции также способствуют загрязнению окружающей среды. Экологические проблемы зависят от типа используемого топлива.

1. Открытая добыча угля и торфа приводит к изменению ландшафта, что, в свою очередь, разрушает естественную среду обитания растений и животных.
2. Нефть, пролитая при добыче или транспортировке, убивает флору и фауну как на суше, так и в океане.
3. Плотины гидроэлектростанций, построенные на реках, вызывают затопление обширных массивов плодородных земель и лесов. Из-за перекрытия нерестовых путей сокращается количество ценных видов рыб.
4. Линии высокого напряжения, проложенные на пути миграции птиц, приводят к поражению электрическим током.
5. Короткие замыкания в электрических системах и проводящих линиях могут вызвать пожары, что приведет к гибели лесов и их обитателей.
6. При сжигании угля, нефти и газа на тепловых электростанциях в атмосферу выбрасываются тонны оксида серы, оксидов азота и золы, состоящей из токсичных веществ, включая мышьяк, ртуть, свинец и кадмий. Окись углерода, выбрасываемая в воздух, приводит к повышению средней температуры, угрожая глобальному потеплению Земли.
7. Производство электроэнергии на атомных электростанциях приводит к накоплению радиоактивных отходов, которые сохраняют свои токсические свойства в течение сотен лет. Пока не найдено инженерного решения по их безопасной переработке. В случае аварии на атомной электростанции опасные для жизни радиоактивные вещества попадают в атмосферу. Но даже при нормальной работе в воздух выбрасываются углерод-14, криптон-85, стронций-90 и другие вредные изотопы.

Производство электричества от солнца, ветра или горячих источников менее вредно, но также наносит некоторый ущерб окружающей среде. Солнечные батареи меняют ландшафт, ветряные мельницы повышают уровень шума, а геотермальные растения загрязняют землю.

Человечество не может полностью отказаться от использования электричества. Но чтобы предотвратить катастрофические последствия для окружающей среды, необходимо приложить усилия для уменьшения негативных явлений.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей часто используется ископаемое топливо или продукты его переработки — уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. они никогда не сгорают на 100%, а остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший ущерб наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

• сажа;
• углекислый газ;
• монооксид углерода;
• монооксид азота;
• соединения свинца;
• формальдегид;
• бензол.

Атомные электростанции также являются тепловыми двигателями, в которых ядерные реакции используются для нагрева рабочего тела. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Проблемы экологии, связанные с использованием тепловых двигателей

В своей жизни мы постоянно сталкиваемся с различными двигателями. Они толкают автомобили и самолеты, тракторы, корабли и железнодорожные локомотивы. Электроэнергия в основном вырабатывается тепловыми двигателями. Появление и дальнейшее распространение тепловых машин дало возможность для бурного развития отрасли в 17-20 веках. Работа тепловых двигателей связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество широко использует энергоресурсы.

Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к увеличению внутренней энергии окружающих тел и, в конечном итоге, атмосферы. Казалось бы, производство 5,1017 кДж энергии в год, относящееся к площади земли, освоенной человеком (8,5 млрд га), даст незначительное значение 0,15 Вт / м2 по сравнению с вкладом лучистой энергии Солнце у поверхности земли: 1,36 кВт / м2.

Печи тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выделяют вредные для человека вещества, такие как соединения серы, оксидов азота, углеводородов, оксида углерода, хлора и т.д. Эти вещества попадают в атмосферу и из нее в разные части ландшафта. Оксиды серы и азота соединяются с атмосферной влагой с образованием серных кислот и нитратов.

Загрязнение воздуха и воды, гибель хвойных лесов и многие другие свидетельства катастрофического состояния природы отмечены в ряде регионов Украины и азиатской части России. Использование паровых турбин на электростанциях требует большого количества воды и больших площадей, предназначенных для охлаждения отработанного пара. По мере увеличения мощности электростанций потребность в воде и новых помещениях резко возрастает.

Огромное количество продуктов сгорания топлива, в частности углекислого газа, вызывает так называемый «парниковый эффект». Дело в том, что углекислый газ беспрепятственно передает энергию солнечного излучения на Землю, но не «выпускает» тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли обратно в космос. В результате температура воздуха у Земли поверхность увеличивается.

Усиление парникового эффекта, вызванное выбросом большого количества углекислого газа, может привести к глобальному потеплению с катастрофическими последствиями. Например, это уже начало приводить к таянию полярных льдов и горных ледников, и если парниковый эффект усилится, уровень Мирового океана начнет повышаться. По некоторым оценкам, он может увеличиться более чем на один метр, что приведет к затоплению огромных прибрежных территорий.

Нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяют: экологическая ситуация неблагоприятная экологическая катастрофа экологическая катастрофа

Типы двигателей Режимы транспортировки Тип двигателя Автомобильный поршневой ДВС (карбюратор, дизель) Железнодорожный Дизель, электрический Водяной ДВС, паровая турбина Воздушно-поршневой, реактивный, турбореактивный

Вредные вещества в выхлопных газах твердые частицы, поднимаемые пылью с автомобильных колес ВОДНЫЙ сток с автомоек, парковок, гаражей, автозаправочных станций, дорог

Энергетические ресурсы Работа тепловых двигателей связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество широко использует энергоресурсы. Например, в 1979 году потребление энергии составляло около 3 x 1017 кДж. Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к увеличению внутренней энергии окружающих тел и, в конечном итоге, атмосферы. Казалось бы, производство 3 x 1017 кДж энергии в год, относящееся к площади земли, где преобладает человек (8,5 миллиардов гектаров), даст незначительное значение 0,11 Вт / м2 по сравнению с вкладом солнечного излучения энергия у поверхности земли: 1,36 кВт / м2.

Температура При увеличении годового использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура составляет 1 ° С. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, изменению природных систем, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста потребления энергии увеличиваются, и теперь возникла ситуация, когда температура атмосферы повысится всего за несколько десятилетий.

Экология Печи на тепловых электростанциях, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вещества, вредные для людей, животных и растений, например, соединения серы (при сжигании угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода (Угарный газ CO), хлор и т.д. Эти вещества попадают в атмосферу, а из нее — в различные участки ландшафта.

Двигатели внутреннего сгорания, установленные в автомобилях, самолетах и ​​ракетах, представляют особую опасность с точки зрения увеличения вредных выбросов в атмосферу.

Количество токсичных компонентов, образовавшихся при сгорании 1 кг топлива Загрязняющее вещество Бензин Газойль Окись углерода 465 21 Углеводороды 23 4 Оксиды азота 15 18 Диоксид серы 2 8 Альдегиды 1 1 Сажа 1 5 Свинец 0,5 0 Всего 507,5 57 ЗАГРЯЗНИТЕЛИ

Содержание вредных веществ в выхлопных газах при испытаниях автомобиля (без нейтрализатора) по ездовому циклу Вид топлива Выбросы вредных веществ г / испытание СО СН NOx Бензин AI92 42 8,8 9,1 Сжиженный газ 19 4,8 8,7 Сжатый газ 8,5 4,8 8,7 Бензиновая смесь 3,2 5,4 7,6

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

• Снижение вредных выбросов.
• Проверка выхлопных газов, доработка фильтров.
• Сравнение эффективности и экологичности различных видов топлива, транспортировка газового транспорта.

История создания

Первые упоминания о таком устройстве связаны с Римской империей. В то время тепловая машина не получила широкого распространения из-за слабого развития техники.

• История создания
• Типы тепловых двигателей
• Принцип работы теплового двигателя и его устройство
• Как работают двухтактные двигатели
• Как работают 4-тактные двигатели
• Схема двигателя внешнего сгорания
• Преимущества и недостатки теплового двигателя
• Область применения

В третьем веке до нашей эры Архимед построил паровую пушку.

Леонардо да Винчи нарисовал на своем рисунке цилиндр с поршнем, внутри которого была вода. На создание этого эскиза повлияли разработки Архимеда. По его идее, работу цилиндра можно было бы описать следующим образом: при нагревании воды выделяющийся пар толкает поршень вверх в цилиндр. На этом принципе основывалась работа паровой пушки. Пар от нагретой воды смог передать энергию движению пули, и она выстрелила.

В 1690 году Денису Папину удалось собрать цилиндр с подвижным поршнем. Но нагрев и охлаждение воды приходилось производить вручную. Поэтому этот вариант паровых машин не нашел применения.

В 1763 году Ползунову удалось изобрести двухцилиндровую паровую машину. Эта особенность обеспечила бесперебойную работу машины.

В 1766 году он изобрел паровую машину мощностью 32 л.с. Двигатель запустили уже после его смерти. Изобретение Ползунова проработало в плавильных печах 3 месяца. Потом она вышла из строя и из-за отсутствия ремонтников осталась в аварийном состоянии.

Джеймс Ватт в 1782 году получил патент на усовершенствованный паровой насос, изобретенный задолго до него: паровой двигатель двойного действия.

Тепловые двигатели — это не только средство передвижения, но и источник свинца, токсичного для человека и окружающей среды;

Свинец — токсичный химический элемент, накопление его в организме ребенка может привести к неврологическим эффектам, изменению работы различных систем организма;

Экологическое состояние среды обитания зависит от каждого из нас.

Первый прототип автомобиля был построен в качестве игрушки для китайского императора членом иезуитской общины в Китае. Фердинанд Вербист в 1672 году.

В России прототип первой машины создал слуга Вятской губернии, в Яранском уезде Леонтий Шамшуренков. Свое изобретение он представил в Санкт-Петербурге 1 ноября 1752 года. Это была четырехколесная самоходная коляска со скоростью до 15 км / ч. Он также разработал первый верстометр (автомобильный счетчик, измеряющий пройденное расстояние). В 1784 году в Редруте Уильям Мердок построил действующую модель паровой повозки, а в 1801 году Ричард Тревитик управлял полноразмерным автомобилем по улицам Кемборна. В 1885 году появились первые автомобили с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.

Разработка «самоходной» техники продолжается, количество используемой техники увеличивается из года в год. В то же время проблемы, которые он создает, возрастают.

Практически все автомобили работают на этилированном бензине и значительно отравляют воздух в городах свинцом. Наблюдения показали, что в домах, расположенных у большой дороги (до 10 м), жители заболевают раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, расположенных в 50 м. Транспорт также отравляет водоемы, почву и растения.

Самое главное, выделяются окись углерода и различные атомы углерода, в том числе бензопирен, вещество, способствующее онкологическому заболеванию, особенно опасно. Кроме того, азот, входящий в состав воздуха, при высоких температурах и давлениях, создаваемых в цилиндрах двигателя, реагирует с кислородом, образуя опасные оксиды.

«!» Около 70% свинца, добавленного в бензин с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с выхлопными газами, из которых 30% оседает сразу на земле, а 40% остается в атмосфере. Средний грузовик выбрасывает 2,5 — 3 кг свинца в год.

«N» Азот, кислород, водяной пар и углекислый газ в выхлопных газах нетоксичны.

Из-за широко распространенного загрязнения свинцом практически все население подвержено риску воздействия, независимо от социально-экономического статуса, расы, этнической принадлежности или места проживания (сельское, городское или пригородное). Большинство случаев отравления свинцом остаются нераспознанными, так как при низких дозах интоксикации только у небольшого процента пострадавших развиваются четкие симптомы.

Вредное воздействие свинца на здоровье взрослых проявляется в повышении артериального давления, снижении активности нервной системы, печени, почек и снижении репродуктивной функции. Свинец — это тяжелый металл, токсичный, токсичная доза составляет 1-3 г, смертельная доза для человека — 10 г.

Основными источниками загрязнения окружающей среды свинцом являются автомобили, использующие этилированный бензин, и предприятия цветной металлургии, работающие во Владикавказе.

«n» В странах, где в силу особых обстоятельств или существующего законодательства использование свинцовых материалов было ограничено или контролировалось, проблема отравления свинцом может считаться второстепенной.

Самым загрязненным местом, на наш взгляд, является территория промышленной зоны, а значит, здесь самый грязный снег. Центр города менее грязный, поэтому на выезде из города на кольцевой дороге будет меньше грузовиков. На пляже нет машин, вход закрыт, но рядом есть больница, поэтому мы считаем, что проба нет. 6 соответствует этому месту. А самое чистое место — лес недалеко от города.

Количество вредных веществ, выбрасываемых автомобилем в атмосферу в течение дня

Этилированный бензин.

Практически все автомобили работают на таком бензине и значительно отравляют воздух городов свинцом. Этилированный бензин содержит тетраэтилсвинец (TPP), который снижает детонацию топлива в двигателе, но улетучивается из глушителей в воздух, которым мы дышим, в виде летучих веществ.

Все было хорошо, пока машин не было столько. В столицах развитых стран на каждую тысячу жителей приходится более 300 автомобилей. Конечно, при таком большом количестве автомобилей легкий дым, выходящий из выхлопных труб, настолько загрязняет окружающий воздух, что наносит значительный ущерб здоровью человека и природе. Наблюдения показали, что в домах, расположенных у большой дороги (до 10 м), жители заболевают раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, расположенных в 50 м. Транспорт также отравляет водоемы, почву и растения.

Среди множества газов и химикатов, выбрасываемых автомобилем, есть также токсичные вещества.

На некоторых Московских магистралях в часы пик их содержание в воздухе превышает допустимый максимум в 10 и более раз.

В настоящее время на автомобильный транспорт приходится более половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются основным источником загрязнения воздуха, особенно в крупных городах.

В цилиндрах двигателя тонко распыленное и испаренное топливо окисляется кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. Некоторая часть топлива не успевает закончиться за тысячные доли секунды, отведенные на этот процесс при каждом такте двигателя. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу.

Самое главное, выделяются окись углерода и различные атомы углерода, в том числе бензопирен, вещество, способствующее онкологическому заболеванию, особенно опасно. Кроме того, азот, входящий в состав воздуха, при высоких температурах и давлениях, создаваемых в цилиндрах двигателя, реагирует с кислородом, образуя опасные оксиды.

Оказалось, что добавление даже небольшого количества так называемой этиловой жидкости в низкооктановый бензин позволяет избежать опасений взрыва. Этот маршрут проще и дешевле, его выбирают практически везде. Бензин с этиловой жидкостью называется свинцовым. Но этиловая жидкость содержит свинец и соединения, которые способствуют его превращению в летучие соли, которые уносятся с выхлопными газами, что привело к большому накоплению свинца в окружающей среде и отрицательно сказалось на здоровье населения.

Около 70% свинца, добавленного в бензин с этиловой жидкостью, попадает в атмосферу с выхлопными газами, из которых 30% оседает сразу на земле, а 40% остается в атмосфере. Средний грузовик выбрасывает 2,5 — 3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

Это приводит к развитию широкого спектра заболеваний (бронхит, пневмония, бронхиальная астма, сердечная недостаточность, инсульт, язва желудка) и к повышению смертности людей с ослабленным иммунитетом. Это особенно тяжело для детей (развитие бронхита, бронхиальной астмы, кашля, у новорожденных нарушение генетической структуры организма и неизлечимые заболевания), в результате детская смертность увеличивается на 10% в год.

Свинец. Свинец — тяжелый металл, токсичный, токсичная доза 1-3 г, смертельная доза для человека 10 г, канцерогенен. Он попадает в организм через пищевод, дыхательные пути, кожу, накапливается в организме и оттуда трудно выводится, при постоянной работе с ним появятся различные заболевания, связанные с отравлением свинцом. Во всем мире вредное воздействие свинца на здоровье человека из-за загрязнения окружающей среды свинцом, высоких концентраций свинца на рабочем месте и в повседневной жизни невероятно дорого обходится человечеству, вызывая распространение отравления свинцом между взрослыми и детьми, которые впоследствии страдают от тяжелых заболеваний хронические заболевания на протяжении многих лет.

Из-за широко распространенного загрязнения свинцом практически все население подвержено риску воздействия, независимо от социально-экономического статуса, расы, этнической принадлежности или места проживания (сельское, городское или пригородное). Однако большинство случаев отравления свинцом остаются нераспознанными, поскольку при низких дозах интоксикации только у небольшого процента пострадавших развиваются четкие симптомы. За исключением высоких доз, отравление свинцом очень сложно или невозможно диагностировать без данных анализа крови. Дошкольники наиболее подвержены вредному воздействию свинца. Исследование влияния свинца на здоровье детей проводили специалисты Детского медицинского центра Цинциннати.

Когда ученые проверили интеллект более четырех тысяч школьников и сравнили результаты с уровнем свинца в крови детей, было обнаружено, что даже 2,5 мкг / децилитр можно считать токсичной дозой. Даже в малых дозах отравление свинцом вызывает снижение умственного развития, внимания и концентрации, задержку чтения и приводит к развитию агрессии, гиперактивности и другим проблемам в поведении ребенка. Эти отклонения в развитии могут быть длительными и необратимыми. Высокие дозы интоксикации приводят к умственной отсталости, коме, судорогам и смерти. Вредное воздействие свинца на здоровье взрослых проявляется в повышении артериального давления, снижении активности нервной системы, печени, почек и снижении репродуктивной функции.

В основном свинец попадает в организм человека с пищей, а также с водными и пылевыми аэрозолями. Основными источниками загрязнения окружающей среды свинцом являются автомобили, использующие этилированный бензин, и предприятия цветной металлургии, работающие во Владикавказе. Наиболее опасно попадание свинца с пылевыми аэрозолями из загрязненных почв. Свинец, попадая в организм, через несколько минут проникает в клетки крови и быстро связывается с эритроцитами, в которых содержание свинца в 16 раз выше, чем в плазме крови. Свинец поражает все внутренние органы, в том числе почки.

На фоне длительного контакта со свинцом развиваются нарушения функционального состояния почек. Свинец, накопленный в костной ткани в детстве, во время беременности попадает обратно в кровоток, угрожая здоровью как матери, так и ребенка. В странах, где в силу особых обстоятельств или существующего законодательства использование свинцовых материалов было ограничено или контролировалось, проблема отравления свинцом может считаться второстепенной.

Виды загрязнений

Выбросы токсичных веществ являются основным негативным фактором воздействия тепловых двигателей на окружающую среду.

В процессе сгорания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В промышленно развитых странах двигатели и турбины потребляют больше кислорода, чем могут производить растения.

Тепловое загрязнение

Любой двигатель внутреннего или внешнего сгорания во время работы выделяет много тепла, что приводит к «тепловому загрязнению».

В 2008 году все ТМ произвели около 125 ПВтч электроэнергии. Учитывая их низкий КПД, в атмосферу рассеивается примерно столько же энергии, сколько и тепла. Хотя это количество не кажется чрезмерным, оно способно нарушить хрупкое тепловое равновесие атмосферы, вызывая необратимые изменения.

Последствия для экологии

Тепловые двигатели являются основным источником загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер: токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает первый удар. Тепловые двигатели ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 миллионов тонн оксидов серы и около 200 миллионов тонн сажи. Количество оксидов азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В мире используется около 1 миллиарда автомобилей, что составляет более половины токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

В 2021 году в атмосферу было выброшено 33,9 миллиарда тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем в предыдущем году. Считается основной причиной парникового эффекта и изменения климата.

Выхлопные газы автомобилей являются основным источником токсичного смога в крупнейших городах мира. Концентрация вредных веществ в воздухе мегаполисов может в десятки раз превышать норму.

Токсичные вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют свой химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Ядовитые выбросы, образующиеся при работе тепловых двигателей, губительно действуют на все живые организмы. Наиболее опасны соединения свинца, азота, фенолов, углеводородов.

Например, свинец, который добавляют в топливо, является самым сильным канцерогеном. Хром, бром и их соединения обладают схожими свойствами.

Выбросы тепловых двигателей подавляют иммунную систему человека и приводят к респираторным и сердечно-сосудистым заболеваниям.

Соединения азота и серы, реагируя с влагой воздуха, образуют токсичные кислоты. Они являются причиной кислотных дождей, оказывающих разрушительное воздействие на почву и растительность.

Неполное сгорание топлива

сложно представить себе отрасль человеческой деятельности, в которой не были бы задействованы тепловые машины. Поэтому легко понять, где используются тепловые двигатели.

Еще одна экологическая проблема, связанная с этим типом двигателя, заключается в том, что используемое топливо не может полностью сгореть. А это приводит к тому, что воздух наполнен большим количеством выбросов, которые мы постоянно вдыхаем вместе с кислородом. По статистическим данным, ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу около двухсот миллионов тонн сажи и золы, около семидесяти тонн оксида серы. К сожалению, с каждым годом эти цифры растут. Хотя все цивилизованные страны мира пытаются решить эту проблему и перейти на более безопасные типы двигателей.

Двухтактный цикл.

В двухтактном цикле свежая часть топливной смеси подается в цилиндр, когда поршень находится в самой нижней точке; затем смесь сжимается при движении поршня вверх и воспламеняется в конце такта сжатия, как в четырехтактном цикле. В конце хода вниз выхлопные газы выталкиваются из цилиндра вместе со свежей частью смеси. Следовательно, в двухтактном цикле рабочий ход выполняется при каждом обороте вала. Когда во время фазы сжатия поршень поднимается из-за разрежения, которое создается внутри него, другая часть топливной смеси всасывается в картер. Во время рабочего хода эта смесь сжимается до тех пор, пока клапаны не откроют доступ свежей смеси к рабочему цилиндру и выхлопных газов в атмосферу. Можно обойтись без клапанов, если правильно рассчитать форму поршня и положение впускных и выпускных отверстий.

Сфера применения

Тепловые двигатели и их применение, экологические проблемы — это информация, с которой должен быть знаком каждый житель нашей планеты. Тепловой двигатель — очень важный механизм, который может преобразовывать внутреннюю энергию топлива в механическую. Тепловые двигатели включают такие агрегаты, как двигатель внутреннего сгорания, паровые двигатели, реактивные двигатели и газовые турбины. В качестве топлива такие агрегаты могут использовать ядерную и солнечную энергию, а также жидкое и твердое топливо.

Сегодня тепловые двигатели устанавливаются на атомных и тепловых электростанциях, а также на всех видах транспорта. Действительно, современную жизнь сложно представить без работы тепловых машин. Современная цивилизация просто не могла существовать без достаточного количества дешевой электроэнергии, а также без всех видов скоростного транспорта. Однако в то же время людям стоит задуматься о возможности сохранения экологии нашей планеты.

Пути решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем ​​становится все очевиднее. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды не ладят.

Электрический автобус

Альтернативы этому уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными батареями, а автомобили с двигателями внутреннего сгорания — электромобилями.

Этот переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат окупит затраты.

Теплоэнергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вывести за пределы населенных пунктов. По этой причине они не будут выбрасывать в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах уменьшится.

Следует отказаться от самого грязного вида ископаемого топлива — угля. Природный газ производит меньше сажи и других вредных выбросов. Водород — хорошая альтернатива, но технологии его производства и использования еще не разработаны.

Выбросы автомобилей

вполне возможно снизить ущерб, который автомобили с ДВС наносят окружающей среде и здоровью человека. Один из эффективных методов — это строгий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах продажа бензина со свинцовыми присадками запрещена.

Существуют нормативы количества вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия преобразователей.

Хорошее решение — перевод автомобилей на разные виды природного газа.

Правильная организация движения позволяет снизить загазованность населенных пунктов. Установлено, что большая часть выбросов происходит, когда автомобили стоят в очереди».

Альтернативная энергетика

Зеленая энергия — мощный тренд последнего десятилетия. Обычно это энергия ветра, солнечные батареи, биогаз, приливные электростанции. Они известны человечеству давно, но только сейчас становятся экономически жизнеспособными.

Доля «зеленой» энергии в мировой генерации с каждым годом увеличивается.

Двигатель Стирлинга.

Рассматриваются другие типы двигателей внешнего сгорания для использования в автомобилях. В двигателе Стирлинга вместо пара используется горячий воздух, гелий или водород. Рабочий цикл двигателя происходит в 4 раза: сжатие, нагрев, рабочий ход, охлаждение. Рабочий газ нагревается от внешнего источника тепла, например, в паровом двигателе, и охлаждается водой, которая постоянно циркулирует в двигателе. Этот двигатель был изобретен в 1816 году шотландцем Р. Стирлингом.

Двигатель Стирлинга имеет ряд преимуществ перед паровыми двигателями, а именно: низкое воздействие на окружающую среду и довольно высокий КПД. Самые передовые конструкции двигателей Стирлинга предназначены для кораблей и грузовиков.

Достоинства и недостатки.

Очевидным преимуществом двухтактного двигателя перед четырехтактным является то, что рабочий ход выполняется вдвое чаще, конструкция проще и легче (не требуется клапанный механизм, а маховик может иметь меньшую массу, так как он надо только двигатель крутить на пол-оборота, а не на полтора как у четырехтактного). Однако двухтактный двигатель должен подавать больше топливной смеси, чем четырехтактный двигатель той же мощности, поскольку пространство его рабочего цилиндра не полностью очищено от продуктов сгорания. Кроме того, уменьшается рабочий ход, после чего газы уже покидают рабочий цилиндр.

Еще один недостаток двухтактного двигателя — проблемы со смазкой. В четырехтактном двигателе картер частично заполнен маслом, которое при вращении коленчатого вала разбрызгивается на стенки цилиндров и создает смазку между ними и поршнем; В двухтактном двигателе топливная смесь улавливает брызги масла, проходящие в картер и далее в рабочий цилиндр, и уносятся с выхлопными газами, уменьшая смазку цилиндра. Эта проблема решается путем добавления масла в топливную смесь, что приводит к загрязнению выхлопных газов и ухудшению характеристик двигателя из-за отложений нагара.

Анализ преимуществ и недостатков показывает, что относительно небольшие двигатели, для которых легкость, компактность и простота важнее проблем смазки и загрязненного выхлопа, предпочтительнее делать двухтактные двигатели. Эти двигатели используются в газонокосилках, небольших мотоциклах и моделях самолетов. Четырехтактные двигатели часто делают в виде мощных агрегатов с несколькими рабочими цилиндрами.

Методы борьбы с влиянием тепловых машин

снизить негативное влияние тепловых механизмов на окружающую среду можно за счет их доработки и более рационального использования. Энергосберегающие технологии сейчас активно внедряются во всем мире, что, в свою очередь, приводит к снижению выбросов в атмосферу, в том числе при производстве электроэнергии.

Второй шаг — это разработка новых систем фильтрации, а также повторное использование выхлопных газов или выхлопных газов. Замкнутые системы позволяют увеличить объем полезной работы за счет снижения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Двигатели внутреннего сгорания и экология

Двигатели внутреннего сгорания и экология Федорова Соколова Любовь

ICE был изобретен, чтобы облегчить жизнь людям. Но постепенно это гениальное творение превратилось в источник опасности.

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, в результате чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. В более развитых странах тепловые двигатели уже потребляют больше кислорода, чем производят все растения, растущие в этих странах.

Тепловые двигатели не только сжигают кислород, они также выбрасывают в атмосферу углекислый газ. Во всем мире традиционные электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу более 200 миллионов тонн золы и более 60 миллионов тонн оксида серы.

Читайте также: Путин перечислил четыре нерешенные проблемы в России