Самые эффективные тепловые машины всегда самые большие и самые медленно работающие. Для паровой турбины «самая медленная работа» означает наличие множества ступеней турбины, так что работа извлекается из пара, поскольку он «медленно» расширяется на многих ступенях, выполняя небольшую работу по сравнению со многими ступенями турбины. Высокая термическая стабильность очень большой системы означает, что может поддерживаться большая разница между верхней и нижней температурами резервуара и, следовательно, высокий потенциальный КПД Карно. Эффективность поршневого двигателя обычно повышается, если заставить его работать очень медленно: максимум одна или две герца.

На странице Steam -Electric Power Station Wiki указано, что фактический КПД больших паровых электростанций составляет от 33% до 48%. Предполагая, что паровая турбина может работать при температуре, скажем, 100 ° C (373 K), если бы 48% были близки к эффективности Карно, это означало бы более высокую температуру резервуара.$T_{max}$предоставлено:

Это несколько ниже того, до чего современные технологии могут перегреть пар; из статьи:

В. Ганапати, «Пароперегреватели: конструкция и характеристики», «Переработка углеводородов», июль 2001 г.

Я подбираю грубые температуры 1300K (2000F) как находящиеся в пределах досягаемости лучистого перегревателя. Это означало бы эффективность Карно

Таким образом, может показаться, что даже при такой высокой эффективности мы работаем ниже эффективности Карно. На этом этапе было бы хорошо получить информацию от технолога-энергетика, чтобы уточнить некоторые из этих цифр.

Самым большим двигателем внутреннего сгорания на Земле является Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , двухтактный четырнадцатицилиндровый монстр мощностью 750 МВт, используемый для питания корабля Emma Maersk . В спецификациях производителя указан тепловой КПД более 50%, который они явно определяют как выходную мощность, деленную на свободную энергию реакции горения топлива. Как мы видели выше, это будет означать, что верхняя температура резервуара будет порядка$700K$если бы она достигала эффективности Карно, которая все же несколько ниже, чем вероятная начальная температура продуктов сгорания.

Изменить после дополнительного чтения и размышлений:

Более внимательное прочтение приведенной выше ссылки на Ганапати и некоторые дополнительные размышления над этим интересным вопросом приводят к следующим комментариям.

1. Температура пара на выходе из пароперегревателя современной электростанции, вероятно, будет порядка$850{\rm K}$к$900{\rm K}$($1100^o{\rm F}$), и это должно быть значение, которое мы принимаем в качестве верхней температуры резервуара. Я принимал верхнюю температуру резервуара за температуру излучения в пароперегревателе ($1300{\rm K}$), думая, что разница между температурой газа и температурой излучения является неэффективностью, которую необходимо учитывать. Однако, по-видимому, мы можем думать о печи как о системе, которая закрыта, кроме подвода тепла и выхода пара, и что никакая другая энергия не теряется или почти не теряется из системы печи. По совпадению,$850{\rm K}$это также температура, которую современные нержавеющие стали, используемые в лопатках турбин, могут выдерживать в течение длительного времени без ползучести (см. Раздел «Эффективность» на странице Steam Engine Wiki ). Кроме того, можно с полным основанием утверждать, что вопрос можно рассматривать как вопрос об эффективности одной турбины, а не системы печь-турбина. Раз так,$T_{max}=850{\rm K}$было бы разумным предположением.

2. Современные паровые турбины на самом деле имеют более низкие температуры резервуара ниже $100^o{\rm C}$: они герметичны, и их более поздние стадии работают при атмосферном давлении . Таким образом, более низкая температура резервуара$T_{\min}$больше похоже$30^o{\rm C}$: скажем$300K$.

С этими цифрами потенциальный КПД нашей турбины по Карно будет равен:

что для системы на верхнем конце шкалы [Wikipedia's$33\%$к$48\%$оценки](( http://en.wikipedia.org/wiki/Steam-electric_power_station ), подразумевает эффективность работы (производительность по сравнению с эффективностью Карно)

Поэтому я бы предположил, что это довольно хороший ответ и максимально близкий к ответу, который вы собираетесь получить на этом форуме, если только мы не получим известие от технолога-энергетика. Так что паровые турбины работают довольно хорошо. Интересно, что если использовать приведенную Вами "экспериментальную" формулу Новикова, то мы предсказываем КПД в этих условиях

так что это немного пессимистично для современной паровой турбины, которая является образцом современной эффективности тепловых двигателей, поскольку большое количество исследований связано с сложным компьютерным управлением сверхкритическими пароперегревателями и печами.

Эффективность цикла теплового двигателя во многом зависит от того, какие отдельные процессы, составляющие цикл, выполняются. Таким образом, эффективность цикла может быть максимизирована за счет использования процессов, требующих наименьшего объема работы и обеспечивающих максимальную эффективность за счет использования обратимого процесса. В 1824 году французский инженер Сади Карно предложил лучший обратимый цикл - цикл Карно. В случае двигателя Карно подвод тепла и отвод тепла от резервуара или источника тепла к двигателю и от двигателя к стоку происходит при постоянной температуре и обратимым образом, т.е. условие обратимой изотермы из-за в котором вся подведенная теплота утилизируется или преобразуется в работу с помощью двигателя, а производство энтропии равно нулю. Остальные процессы расширения и сжатия также являются обратимыми. В то время как в обычной тепловой машине процесс становится необратимым из-за таких явлений, как трение, вибрация, потери тепла и т. д., поэтому потери тепла больше по сравнению с тепловой машиной Карно. Из-за чего Реальные тепловые машины всегда имеют меньший КПД, чем КПД Карно. Реальный КПД двигателя можно повысить за счет

1) Температура, при которой добавляется тепло, т. е. температура источника, чтобы потери были меньше, поскольку меньше образование энтропии.

2) Снижение температуры стока, т.е. температуры, при которой тепловая машина отводит тепло.