如果汽车发动机的热效率达到100%,这意味着什么?
如果内燃机热效率突破百分之百那么代表我们的科技已经突破到了另一位面,简单点说就是在本位面、内燃机是根本无法达到热效率百分之百的,热效率百分之百意味着燃料燃烧产生的热量没有任何形式的损耗,而这是不现实的;在能量传递过程中、损耗是不可避免的!
内燃机热效达到100%时,将失去暖风汽车的暖风、实际上就是利用发动机散发出的废热加热空气而实现的,所以只要发动机热量有任何形式是外散、那么热效率就永远达不100%!所以若内燃机热效率达到100%时、燃烧燃料产生的热量就完全封闭在机器内部,所以由于没有发动机废热散出、那么车子也就失去了暖风功能;即便电加热也不能用,因为车载电源于发动机的运转,电加热依然是对热量的消耗、一样拖低热效率,所以即便采用电加热、依然会导致热效达不到100%!
当热效100%时,必然是全新材料所打造现象如今极限热效率仅仅达到40%(混动版本达到41%),而这是峰值热效率,实际上内燃机运行时热效率是在不断根据实际情况进行改变的!如上图所示、40%热效率仅在特定的发动机转速以及负荷之下,而平均热效率仅在35%左右,也就是说约65%的热量被损耗掉了,那我们看看这65%的热量如何被损耗、如不损耗会有什么样的后果!
转换机械能:消耗平均35%的热量。
排气热消耗:消耗平均30%的热量。
冷却系统热消耗:消耗平均30%的热量。
发动机表面散热:消耗10%左右热量。
在内燃机中、燃料燃烧产生的全部热量就是由上面四种路径所消耗掉,除了转换机械能属于合理消耗,其余三种都属于浪费;可不浪费行么?如果这些能量不被浪费掉,机体运行很可能连几分钟都挺不住,因为没有冷却系统的加持,燃料燃烧产生的高温形成热堆积、很容易把发动机给融化掉,所以是不是需要一种全新耐高温的材质、来打造机器呢?
燃料在缸内燃烧时、焰心温度已经接近2000开尔文(甚至更高),可以换算成约为1727的摄氏度;而铁的熔点只有1538摄氏度,所以如果燃烧产生的热量、不被冷却系统带走,那么很容易导致热积累、从而损坏发动机;咱们车子的发动机之所以没有被融化,实际上还是在依靠冷却系统帮助散热,因为缸壁的外侧、缸盖的外侧都是冷却液;所以燃料燃烧时产生的热量再大、温度再高,也能迅速被燃烧室、缸盖外侧大冷却液带走,所以缸壁最高温度也就只有100°C往上!
这才保证了发动机没有被融化掉,可由于这散热系统的存在、消耗了至少30%的热,所以热效率必然达不到100%,所以100%的热效率其实是不可能达到的!达到的前提就是必须要用一种全新的材料打造发动机,这种材料至少要具备耐高温的能力、可不是仅仅1727度,因为在没有冷却系统下、持续热堆积所形成的高温不仅仅是1727度,所以材料很重要;所以若未来内燃机实现热效率百分百,那么必然带来一次材料的全面更新,就现有的材料来看、还做不到!
热效100%时,排温接近环境温度汽车排气带走的热量是惊人的、占比至少达到30%左右,如果想让热效率达到百分百,那么这30%的热量就不能损失,那么只能提前把尾气携带的热量全部收回(取消尾气是根本不可能的),那么我们就需要拥有一套强大的能量回收装置、将废气中的热量完全回收,不过根据开尔文对热力学第二定律的描述而言:不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,简单点说就是再先进的能量回收装置、也不可能完全吸收热量后全部转换成有用功,必然存在其它影响!也就是说未来即便真有这么先进的能量回收装置、可以百分百的吸收废气热量,但依然没办法将其全部转换成有用功,既然不能全部转换有用功、那么还是造成了一定的热损耗!
所以100%热效内燃机其实造不出来,100%热效内燃机实际上只是美好的想法罢了;即便我们能克服材料、科技的束缚,但我们没办法突破那些热力学定律的束缚啊,我们今天拥有的内燃机、源于热力学定律,而按照这条路径走下去、是不可能突破热力学定律束缚的,所以这里面旧存在一个悖论,那也就是如今的内燃机、完全遵从传统热力学定律,而内燃机未来的发展目标是打破热力学定律?基于热力学定律产生的机器、又要打破热力学定律,是不是旧形成悖论了?所以100%热效率的内燃机在这个位面是不存在的!
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