蒸汽机原理动画图解(世界上第一蒸汽机的发明者)

在人类存在的过程中,最重要的增长催化剂是我们从世界汲取能量的能力。驯服火焰孕育了现代人类,利用风的力量使早期的探险家得以周游世界,但今天我们将探索人类最伟大的发明之一 蒸汽机背后的历史和科学。

蒸汽机的工作原理,远没你想象的那么简单!

蒸汽机的发展彻底改变了我们的社会。它为贸易开辟了新途径,大批农村人口向新工业化城市迁移。但我发现最吸引人的是它的发展历程。

蒸汽机的工作原理,远没你想象的那么简单!

这是最早的实用蒸汽机之一,它被用来抽水,效率非常低。这台机器不会引发任何工业革命,但在煤炭开采中发挥了巨大的作用。为了探究为什么蒸汽机会如此低效,让我们先谈谈它是如何工作的。发动机将储存在煤中的能量转化为热能。,然后这些热量被用来形成蒸汽,蒸汽膨胀,活塞缸压力增大,活塞升上去。这里没有其他机械功,因为链条只能在拉力下传递力。当冷水被喷到气缸里时,就会发生功率冲程。温度降低,压力下降。大气压现在把活塞压下来。

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我们想要量化这个引擎循环做了多少功。为了做到这一点,我们画出活塞汽缸内的压力和体积。里面的面积是所做的功,这是理想的PV图。但在实践中,有更多的能量被浪费。我们损失了很大一部分能量,环境也消耗了大量的能量,这可以通过热成像清晰地看到。

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用冷水冷却整个汽缸,能量损失更大。因此,改进是制造一个单独的冷凝器,在这里蒸汽可以冷却,而不会冷却整个汽缸。还有很多其他的原因导致蒸汽机能量损失。其中许多是不可避免的,但我们可以通过升级活塞筒来改善这种情况。

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在蒸汽机的早期,没有精确和坚固的活塞钢瓶所需的制造技术。当约翰·威尔金森发明这台机器时,情况发生了变化。这台镗床可进行精密加工铁钢瓶,减少蒸汽泄漏,使活塞缸更坚固,压力更大。到此我们开始看到一台能够引发工业革命的蒸汽机,但这种往复运动并没有多少应用场景。特别是用链条连接它们时,我们需要的是旋转运动,它需要一个非常不同的结构。

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要把这个线性运动转换成旋转运动,因此需要曲轴和连杆。活塞的侧面转动了活塞缸,这样气压就不能再把活塞往下推了,所以需要在回流行程中使用蒸汽。还需要一个控制阀来控制蒸汽何时进入和离开气缸。蒸汽机现在正致力于发动机的两冲程,提高其效率和动力。但是像这样的活塞发动机并不能产生恒定的扭矩,它的速度和扭矩会不断变化,就像这样。这可能引起震动,我们可以用飞轮来减少这种情况。它储存转动能和转动惯量,并将扭矩释放出来。它本质上是一个机械电池。

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大卫罗伯特用他自己创造的V8螺线管引擎完美地展示了这一点。在这里你可以看到引擎将继续旋转没有额外的动力。蒸汽机的发展告诉我们很多关于热力和机械效率的知识,你可能认为蒸汽引擎已经过时了,但事实上,几乎所有的大型电站仍在使用蒸汽热能转换技术,不管是来自煤炭,核能或太阳能。随着蒸汽涡轮机的发展,这项技术已经发展成一种更有效的形式。感谢收看,还有最后一个设备,它是工业革命最具标志性的发明之一,离心调节器。我已经在评论区听到了关于离心调节器的呼声。我将在一个独立的视频介绍离心调节器。如果你感兴趣,不要忘记订阅哦。

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