|
في [[ديناميكا حرارية|الديناميكا الحرارية]]، الكفاءه الحرارية (<math>\eta_{th} \,</math>) هي [[كمية لا بعدية]] للأجهزة التي تستخدم [[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] مثل [[محرك احتراق داخلي|محركات الاحتراق الداخلي]]، [[عنفة|العنفة البخارية]] أو [[محرك بخاري|المحرك البخاري]]، [[الغلاية ذات الأنبوب الجانبي|الغلاية]]، [[فرن|الفرن]] أو [[ثلاجة|الثلاجة]]. بالنسبة إلى [[محرك حراري|دورات الطاقة]] فإن الكفاءة الحرارية تعبر عن كمية الطاقة الحرارية التي تتحول إلى شغل. في حالات [[ثلاجة|الثلاجة]] أو المضخة الحرارية فإن الكفاءة الحرارية تعبر عن كمية الشغل المضاف والذي يتحول إلى حرارة.
{{Thermodynamics|cTopic=[[Thermodynamic system|Systems]]}}
==نظرة عامة==
In [[thermodynamics]], the '''thermal efficiency''' (<math>\eta_{th} \,</math>) is a [[Dimensionless quantity|dimensionless]] performance measure of a device that uses [[thermal energy]], such as an [[internal combustion engine]], a [[steam turbine]] or a [[steam engine]], a [[boiler]], a [[furnace]], or a [[refrigerator]] for example. For a [[Heat engine|power cycle]], thermal efficiency indicates the extent to which the energy added by heat is converted to net work output. In the case of a [[Heat pump and refrigeration cycle|refrigeration or heat pump cycle]], thermal efficiency indicates the extent to which the energy added by work is converted to net heat output.
==Overview==
[[File:Efficiency diagram by Zureks.svg|thumb|left|Output (mechanical) energy is always lower than input energy]]
Inفي general,العموم فإن [[energyكفاءة conversionتحويل efficiencyالطاقة]] is theهي [[ratioالنسبة]] betweenبين theالخرج usefulالمستفاد outputمنه ofوالدخل. aفي [[energyالكفاءة conversionالحرارية machine|device]]فإن andالدخل the input, inيكون [[energyحرارة|الحرارة]] terms. For thermal efficiency, the input, <math>Q_{in}</math>, to the device is [[heat]], or the heat-content ofأو aكمية fuelالحرارة thatالموجود isبالوقود consumedالمستهلك. الخرج Theالمرغوب desiredبه output is mechanicalيكون [[work (thermodynamics)|workالشغل]], الميكانيكي <math>W_{out}</math>, orأو heat, <math>Q_{out}</math>, or possiblyأو bothكلاهما. يمكننا Becauseالتعبير theعن inputالكفاءة heatالحرارية normallyبالعلاقة hasالتالية aحيث realأن financialالحرارة cost,الداخلة aيكون memorable,لها genericتكلفة definition ofمالية thermalفتكون efficiencyالعلاقة: is<ref>''Fundamentals of Engineering Thermodynamics'', by Howell and Buckius, McGraw-Hill, New York, 1987</ref>
:<math>\eta_{th} \equiv \frac{\text{benefit}}{\text{cost}}.</math>
ومن [[القانون الأول للديناميكا الحرارية|القانون الأول للديناميكا الحراية]]، فإن الكفاءة الحرارية تتراوح بين الصفر والواحد حيث أنه لا يمكن تحويل كل الحرارة الداخلة إلى شغل:
From the [[first law of thermodynamics]], the energy output cannot exceed the input (nor can it be equal), so
:<math>0 \le \eta_{th} < 1</math>
إذا كنا نعبر عنها بالنسبة المئوية فإنها تتراوح بين 0% و 100%. تكون الكفاءة أقل من 100% حيث أن هناك ما ييقلل من الكفاءة مثل الاحتكاك والحرارة المفقودة التي تحول الطاقة إلى أشكال مختلفة. على سبيل المثال هناك محرك يعمل بالجازولين ويعمل عند كفاءة حوالي 25%. مثل آخر لمحطة تنتج الكهرباء باستخادم محرك كبير يعمل بالفحم تكون كفاءته حوالي 46%. عند النظر إلى أكبر محرك ديزل بالعالم فإننا نجد أن كفاءته القصوى هي 51.7%. في محطات الدورات المركبة تصل الكفاءة الحرارية إلى 60%.<ref>[http://www.ge-energy.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/h_system/index.htm GE Power’s H Series Turbine]</ref>
When expressed as a percentage, the thermal efficiency must be between 0% and 100%. Efficiency is typically less than 100% because there are inefficiencies such as friction and heat loss that convert the energy into alternative forms. For example, a typical gasoline automobile engine operates at around 25% efficiency, and a large coal-fueled electrical generating plant peaks at about 46%, advances in Formula 1 motorsport regulations have pushed teams to develop highly efficient power units which peak around 45–50% thermal efficiency. [[Wärtsilä-Sulzer RTA96-C|The largest diesel engine in the world]] peaks at 51.7%. In a [[combined cycle]] plant, thermal efficiencies are approaching 60%.<ref>[http://www.ge-energy.com/prod_serv/products/gas_turbines_cc/en/h_system/index.htm GE Power’s H Series Turbine]</ref> Such a real-world value may be used as a [[figure of merit]] for the device.
For engines where a fuel is burned there are two types of thermal efficiency: indicated thermal efficiency and brake thermal efficiency.<ref>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 1 - 2nd Edition, Revised, MIT Press, 1985, Charles Fayette Taylor - Equation 1-4, page 9</ref> This efficiency is only appropriate when comparing similar types or similar devices.
بالنسبة إلى المحركات التي يحترق بها الوقود فإنه يوجد نوعبن من الكفاءات: الكفاءة الحرارية الكليةالمتولدة بداخل الأسطوانة والكفاءة الحرارية الفرملية والتي تصل إلى العمود. الفرق بينها هي المفاقيد التي تحدث في الأولى حتى نصل إلى الثانية. عند المقارنة بين الكفاءات فإننا يجب أن نقارنها لأجهزة متمائلة.<ref>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 1 - 2nd Edition, Revised, MIT Press, 1985, Charles Fayette Taylor - Equation 1-4, page 9</ref>
For other systems the specifics of the calculations of efficiency vary but the non dimensional input is still the same. Efficiency = Output energy / input energy
==محركات حرارية==
==Heat engines==
يتمثل عمل المحركات الحرارية في تحويل [[الطاقة الحرارية]] ''Q<sub>in إلى [[شغل ميكانيكي]] Wout. هذه المحركات لا تقوم بهذه الوظيفة بصورة كاملة حيث أن بعض الحرارة الداخلة للمحرك لا تتحول إلى شغل وتمسى [[حرارة مهدرة|بالحرارة المهدرة]] Qout إلى البيئة المحيطة.</sub>''
Heat engines transform [[thermal energy]], or heat, ''Q<sub>in</sub>'' into [[mechanical energy]], or [[work (thermodynamics)|work]], ''W<sub>out</sub>''. They cannot do this task perfectly, so some of the input heat energy is not converted into work, but is dissipated as [[waste heat]] ''Q<sub>out</sub>'' into the environment
:<math>Q_{in} = W_{out} + Q_{out} \,</math>
الكفاءة الحرارية [[محرك حراري|للمحركات الحرارية]] هي النسبة المتحولة من الحرارة إلى [[شغل (ديناميكا حرارية)|شغل]]. الكفاءة الحرارية تمثلها العلاقة:
The thermal efficiency of a [[heat engine]] is the percentage of heat energy that is transformed into [[work (thermodynamics)|work]]. Thermal efficiency is defined as
:<math>\eta_{th} \equiv \frac{W_{out}}{Q_{in}} = \frac{ {Q_{in}} - Q_{out}} {Q_{in}} = 1 - \frac{Q_{out}}{Q_{in}}</math>
تكون قيمة الكفاءة الحرارية لأفضل المحركات الحرارية أقل من 50%. لذلك فإن الحرارة المهدرة إلي البيئة المحيطة هي شئ أساسي في تلك المحركات. بما أن الوقود المنتج حول العالم يذهب معظمه لإدارة تلك الحركات فإنه جزأ كبير من الطاقة المنتجة تضيع في تلك المحركات على الرغم من استخدام الدورات المركبة وتدوير الطاقة للاستفادة منها في أغراض أخرى. هناك كفاءة نظرية تسمي كفاءة كارنو وهي النوع الأول من الكفاءات. الثانية، بعض المرحاكت يكون لها كفاءة منخفضة وذلك بسبب أن دورة المحرك المستخدو هي دورة لا انعكاسية. الثالثة وهي تنتج عن السلوك غير المثالي للمحركات الحقيقية مثل [[احتكاك|الاحتكاك]] الميكانيكي والمفاقيد داخل عمليات [[احتراق|الاحتراق]].
The efficiency of even the best heat engines is low; usually below 50% and often far below. So the energy lost to the environment by heat engines is a major waste of energy resources. Since a large fraction of the fuels produced worldwide go to powering heat engines, perhaps up to half of the useful energy produced worldwide is wasted in engine inefficiency, although modern [[cogeneration]], [[combined cycle]] and [[energy recycling]] schemes are beginning to use this heat for other purposes. This inefficiency can be attributed to three causes. There is an overall theoretical limit to the efficiency of any heat engine due to temperature, called the Carnot efficiency. Second, specific types of engines have lower limits on their efficiency due to the inherent [[irreversibility]] of the [[engine cycle]] they use. Thirdly, the nonideal behavior of real engines, such as mechanical [[friction]] and losses in the [[combustion]] process causes further efficiency losses.
== تأثير سرعة دوران المحرك==
| 