如果汽车发动机的热效率达到100%,这意味着什么?

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!

热机的能量转化效率达到100%,这意味存在科学幻想的童鞋又多一枚。

任何物质产生热能以100%的转化率被机器利用转化为动能,这一理论符合能量守恒定律,因为宇宙中的所有能量本就是以一种形态转化为另一种或多种形态,在转化前与后的能量总量不会丢失也不会消弭;但是这一理论违反了热力学第二定律,因为其忽视了能量转化过程中的熵增原理,可理解为热能转化为其他能量时会从有序的转化变成无需的转化,无序变化总会将热能转化为非有效功。

热力学第二定律说明了宇宙中所有涉及热转化现象的宏观过程都符合熵的现象,不论是燃料燃烧产生的热能还是摩擦产生的热量,在转化过程中都会引起其他形态的能量转化;参考这一定律得出的结论为:内燃式热机是不可能做到100%热能与内能的转化。

以汽油机为例其最佳运行温度理论值能达到平均40%就是高水准,而在冷启动阶段热效率会低到离谱。

燃料燃烧的本质是烃类能量物质与氧气产生的高温化学反应,反应过程中符合热力学第二定律,为分子无规则的剧烈运动,在这一状态下能量为热能;而分子剧烈运动推动活塞连杆曲轴运转产生的转矩,这一力道可理解为有效功,所谓的发动机有200或400N·m的扭矩指的正是有效功的量化,这一力矩的比例与燃烧产生的总能量比例为热效率,高水准的汽油动力内燃式热机也就是40%左右。

而在发动机冷启动时热效率要低的多,因为燃烧产生的热能自发的以有序到无序的状态传递至低温物体,但反向从低温物体传递至高温物体则无法实现;那么冷启动时发动机的温度与环境温度相同,低温的金属则要不断的吸收热能进行升温,直到聚积的热能达到材料的相对饱和状态后才能吸收热能,这一部分热能才能够以分子不规则运动状态通过热机的结构原理转化为动能。

发动机的温度无法恒定在理想的高温范围内,所以仅仅一个“冷启动”问题就算否定了100%热效率;其次达到缸体的理想温度后,发动机的运行步骤为【进气、压缩、爆燃、排气】,从自然界吸入的空气温度是很低的,低温空气在高压下以湍流状态吸入或被压缩至气缸,这一瞬间对缸体的温度是绝对会有影响的,这一影响也就造成了热能的二次转化;再次空气中的氮气会吸收热量,而氮气在空气中的比例约为78%,热能被氮气怎么解决?

所以热效率能达到100%的热机以现有的文明等级是不会出现的,利用电流形成电磁场、利用电磁场转化动能的电动机,其效率也仅仅为90%以上,理论上没有一种机器可以实现100%的能量转换,至少在能量守恒定律和热力学第二定律没有被推翻之前。

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如果汽车发动机的热效率达到100%,这意味着什么?

这意味着石油企业将倒闭一半,中东石油国家和北方巨大产油国将举步维艰,但是到了

汽车发动机的热效率达到100%,也将意味着这种汽车产业将发展壮大,问题的关键是人类无法做到。因为只要有热传导,就绝无可能效率百分之百。

现在最好的发动机热效率也不过40%,想一下就明白了,达到百分之百就意味着节省60%的燃油,油品上游企业就得减产了。当然还可以这种发动机的汽车增加60%,好像不太现实吧。

不过在40%的基础上,再提高利用率是完全可以的,可以再发明余热发动机,余热发电,余热助力,等等等等。如果提高到60%,对油品上游就会有威胁,但是世界总是很奇妙,关上一扇门必定打开一扇窗,这种新发明必定会爆发一个新行业新产业,加快人类发展的步伐、

有人曾做过设想,汽车发动机余热回收再利用,转化成温差发电,回供电动机助力,这种利用方式不同于现在的油电混动能源车,它是纯粹的废热回收利用,受限于温差发电效率低而无法应用。

现在见到的都是动能输出利用能源车;

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