Кіріспе
Жылу тиімділігінің түрі Отын тиімділігі (немесе отын үнемдеу) – жылу тиімділігінің бір түрі, яғни химиялық потенциалдық энергияны (отын) кинетикалық энергияға немесе жұмысқа айналдыратын процестің нәтижесіне жұмсалатын күш-жігердің арақатынасы. Жалпы отын тиімділігі құрылғыға байланысты өзгеруі мүмкін, ал ол өз кезегінде қолданылуына қарай да әртүрлі болуы мүмкін, және осы айырмашылықтар спектрі көбінесе үздіксіз энергия профилі түрінде бейнеленеді. Көліктен басқа салалар, мысалы, өнеркәсіп, отын тиімділігінің артуынан пайда көреді, әсіресе, жанармаймен жұмыс істейтін электр станциялары немесе аммиак өндіру сияқты жану процесімен байланысты өнеркәсіптер (мысалы, Haber процесі). Көлік саласында отын үнемдеуі – белгілі бір көліктің энергия тиімділігін көрсетеді, ол тұтылған отын бірлігіне жүрілген қашықтық ретінде беріледі. Ол бірнеше факторларға байланысты, соның ішінде қозғалтқыштың тиімділігі, беріліс қорабының және шиналардың конструкциясы. Көптеген елдерде метрикалық жүйеде отын үнемдеуі "отын тұтыну" ретінде 100 километрге литр (л/100 км) немесе литрге километр (км/л немесе кмпл) арқылы көрсетіледі. Кейбір елдерде әлі де басқа жүйелер қолданылады, онда отын үнемдеуі мильге галлон (mpg) арқылы көрсетіледі, мысалы, АҚШ және көбінесе Ұлыбританияда (империялық галлон); кейде шатасу туындайды, себебі империялық галлон АҚШ галлонынан 20% үлкен, сондықтан mpg көрсеткіштерін тікелей салыстыру мүмкін емес. Бұрын Норвегия мен Швецияда литр/миль қолданылған, бірақ екеуі де ЕО стандартына – л/100 км сәйкес келді. Отын тұтынуы көліктің өнімділігін бағалаудың дұрыс тәсілі, себебі ол сызықтық байланысқа ие, ал отын үнемдеуі тиімділікті жақсартуда қателіктерге әкелуі мүмкін. Жүк көлігі үшін салмаққа шаққандағы тиімділік (бірлік салмаққа тиімділік) және жолаушылар көлігі үшін жолаушыға шаққандағы тиімділік (бір жолаушыға тиімділік) көрсетілуі мүмкін.
Fuel efficiency (or fuel economy) is a form of thermal efficiency, meaning the ratio of effort to result of a process that converts chemical potential energy contained in a carrier (fuel) into kinetic energy or work. Overall fuel efficiency may vary per device, which in turn may vary per application, and this spectrum of variance is often illustrated as a continuous energy profile. Non transportation applications, such as industry, benefit from increased fuel efficiency, especially fossil fuel power plants or industries dealing with combustion, such as ammonia production during the Haber process. In the context of transport, fuel economy is the energy efficiency of a particular vehicle, given as a ratio of distance traveled per unit of fuel consumed. It is dependent on several factors including engine efficiency, transmission design, and tire design. In most countries, using the metric system, fuel economy is stated as "fuel consumption" in liters per 100 kilometers (L/100 km) or kilometers per liter (km/L or kmpl). In a number of countries still using other systems, fuel economy is expressed in miles per gallon (mpg), for example in the US and usually also in the UK (imperial gallon); there is sometimes confusion as the imperial gallon is 20% larger than the US gallon so that mpg values are not directly comparable. Traditionally, litres per mil were used in Norway and Sweden, but both have aligned to the EU standard of L/100 km. Fuel consumption is a more accurate measure of a vehicle's performance because it is a linear relationship while fuel economy leads to distortions in efficiency improvements. Weight specific efficiency (efficiency per unit weight) may be stated for freight, and passenger specific efficiency (vehicle efficiency per passenger) for passenger vehicles.
Көлік құралының конструкциясы
Отын тиімділігі көлік құралының көптеген параметрлеріне байланысты, соның ішінде қозғалтқыш сипаттамаларына, аэродинамикалық қарсылыққа, салмағына, кондиционердің пайдалануына, отынға және дөңгелектердің кедергісіне. Соңғы онжылдықтарда көлік құралын жобалаудың барлық саласында үлкен жетістіктерге қол жеткізілді. Көлік құралдарының отын тиімділігін сақтау және жүргізу дағдыларын ұстану арқылы да жақсартуға болады. Гибридтік көліктер қозғалыс үшін екі немесе одан көп қуат көзін пайдаланады. Көптеген конструкцияларда кішкентай жану қозғалтқышы электр моторларымен үйлестіріледі. Бұрын жылуға айналып жоғалатын кинетикалық энергия, тежеу кезінде электр қуаты ретінде қайта жинақталып, отын тиімділігін арттырады. Бұл көліктердегі үлкен аккумуляторлар көліктің электроникасына қуат беруге мүмкіндік береді, соның арқасында қозғалтқышты сөндіріп, ұзаққа созылған бос жүрістен аулақ болуға болады.
Әскери флоттың тиімділігі
Флоттың тиімділігі – көлік құралдары тобының орташа тиімділігін сипаттайды. Тиімділіктегі технологиялық жетістіктер, отын тиімділігі төмен, ауыр көліктерді сатып алуға бейімділікпен байланысты сатып алу әдеттерінің өзгеруіне байланысты жойылуы мүмкін. Бұлар қазір Көлік энергиясы туралы деректер кітабынан алынған мәндермен ауыстырылды, бірақ онда МЖ/кг немесе тығыздық көрсетілмейді. Ескерту: Мен осы кестеге өзгертулер енгіздім, өйткені СИ бірліктеріндегі мәндер британдық немесе АҚШ бірліктеріндегі мәндермен сәйкес келмейді. Мен басқа дереккөзді пайдаландым, бірақ онда МЖ/кг жоқ, және менде МЖ/кг-ға түрлендіру үшін дәл тығыздықтарды табуға уақыт болмады. Егер біреу дұрыс деректерді пайдаланып, бос орындарды толтыра алса, бұл пайдалы болар еді. > Отын түріMJ/LMJ/kgBTU/imp galBTU/US galЗерттеу октаны (RON) Кәдімгі бензин/бензин34.8150.1125,000Минимум 91 Артық бағаға арналған бензин/бензинМинимум 95 Автогаз (ЖЖГ) (60% пропан және 40% бутан)25.5–28.7108–110Этанол23.531.1101,60084,600129 Метанол17.919.977,60064,600123 Газохол (10% этанол және 90% бензин)33.7145.2121,00093/94 E85 (85% этанол және 15% бензин)25.2108.87890,660100–105 Дизель38.6166.6138,700N/A (кетан санына қараңыз) Биодизель35.139.9151,600126,200N/A (кетан санына қараңыз) Өсімдік майы (9.00 ккал/г)34.337.7147,894123,143 Авиациялық бензин33.546.8144,400120,20080 Жеттік отын, нафта35.546.6153,100127,500N/A турбиналық қозғалтқыштарға Жеттік отын, керосин37.6162.1135,000N/A турбиналық қозғалтқыштарға Сұйытылған табиғи газ25.3109.090,800 Сұйық сутек9.340.46733,696
but which does not give the MJ/kg or the densities.) Note: I modified this table because the values in SI units did not agree with the values in British or U. S. units. So I used another source, but it did not have MJ/kg, and I did not have the time to try to find accurate densities in order to convert to MJ/kg. If someone can fill in the blanks using good data, it would be useful. >
Fuel typeMJ/LMJ/kgBTU/imp galBTU/US galResearch octane number (RON) Regular gasoline/petrol34.8150,100125,000Min. 91 Premium gasoline/petrolMin. 95 Autogas (LPG) (60% propane and 40% butane)25.5–28.7108–110Ethanol23.531.1101,60084,600129 Methanol17.919.977,60064,600123 Gasohol (10% ethanol and 90% gasoline)33.7145,200121,00093/94 E85 (85% ethanol and 15% gasoline)25.2108,87890,660100–105 Diesel38.6166,600138,700N/A (see cetane) Biodiesel35.139.9151,600126,200N/A (see cetane) Vegetable oil (using 9.00 kcal/g)34.337.7147,894123,143 Aviation gasoline33.546.8144,400120,20080 145 Jet fuel, naphtha35.546.6153,100127,500N/A to turbine engines Jet fuel, kerosene37.6162,100135,000N/A to turbine engines Liquefied natural gas25.3109,00090,800 Liquid hydrogen9.340,46733,696
Жаққанда бөлінетін жалпы жылу немесе таза жылу, реакциядан алынатын теориялық механикалық энергия (жұмыс) мөлшерін көрсетпейді. (Бұл Гиббс еркін энергиясының өзгеруімен берілген және бензин үшін шамамен 45,7 МДж/кг құрайды.) Отынды пайдаланудан алынатын нақты механикалық жұмыстың мөлшері (нақты отын тұтынуының кері шамасы) қозғалтқышқа байланысты. Бензинді қозғалтқышпен 17,6 МДж/кг, ал дизельді қозғалтқышпен 19,1 МДж/кг алуға болады. Толық ақпарат алу үшін «Брейннің нақты отын тұтынуы» бетіне қараңыз.
Жоғары технология
Энергияны айналма қозғалысқа түрлендірудегі ең тиімді машиналар электр көліктерінде қолданылатын электр моторлары болып табылады. Дегенмен, электр энергиясы бастапқы энергия көзі емес, сондықтан электр энергиясын өндірудің тиімділігі де ескерілуі керек. Теміржол пойыздары электр энергиясын қосымша жүріс рельсі, жоғары кернеулі желі немесе АҚШ және Ұлыбритания теміржол желілерінде кең таралған дизель-электр локомотивтеріндегі бортындағы генераторлар арқылы пайдалана алады. Электр энергиясын орталықтандырылған түрде өндіруден туындайтын ластану "орнында" емес, алыс жердегі электр стансасында шығарылады. Электр энергиясын көміртекті аз шығаратын қуат көздерін пайдалану және теміржол желілерін электрлендіру арқылы ластануды азайтуға болады. Мысалы, француз SNCF және швейцариялық федералдық теміржолдар сияқты кейбір теміржолдар өз қуатының көп бөлігін, тіпті 100%-ын гидроэлектр станцияларынан немесе атом электр станцияларынан алады, сондықтан олардың теміржол желілерінен атмосфераға шығатын ластану өте төмен. Бұл AEA Technology компаниясы жүргізген Лондон мен Париж арасындағы Eurostar пойыз бен әуе сапары арасындағы зерттеуде көрсетілді, онда пойыздар әуе тасымалына қарағанда орташа есеппен жолаушыға шаққанда 10 есе аз CO2 шығарады, бұл француз атом энергиясын өндірудің нәтижесінде мүмкін болды.
Сутегі отын элементтері
Болашақта сутегімен жүретін көліктер сатылымға түсуі мүмкін. Toyota компаниясы Калифорнияның оңтүстігінде сутегімен жұмыс істейтін отын элементтерімен жабдықталған көліктерді сынақтан өткізуде, онда сутегімен отын құю станцияларының бірнешесі құрылған. Бұл көліктер отын жасушасындағы химиялық реакциялар арқылы электр энергиясын өндіріп, өте тиімді электр моторларын қозғалтады немесе жанатын қозғалтқышта сутегіні тікелей жағу арқылы жұмыс істейді (табиғи газбен жүретін көліктерге ұқсас және табиғи газ бен бензинмен де үйлесімді); олардың құбырдан (эскезо құбырынан) шығатын ластану деңгейі нөлге жуық болады деп күтілуде. Егер сутегі электр энергиясын, желді немесе су электр станцияларын, немесе атомдық энергияны пайдалана отырып электролиз арқылы өндірілсе, атмосфералық ластану деңгейі ең аз болуы мүмкін. Ал қазіргі коммерциялық сутегі өндірісі үшін табиғи отын қолданылады, бұл сутегіге қарағанда көмірқышқыл газының көбірек шығарылуына себеп болады. Автомобильді өндіру және жою, электр энергиясы мен сутегін өндіру, беру және сақтау процестерінде ластаушы заттар пайда болатындықтан, "ластану жоқ" деген белгі тек көліктің сақталған энергияны қозғалысқа айналдыру процесіне ғана қатысты. 2004 жылы ірі автокөлік өндірушілерінің консорциумы – BMW, General Motors, Honda, Toyota және Volkswagen/Audi – АҚШ және Канададағы бензин брендтеріне жуғыш қасиеттеріне қатысты ең төменгі талаптарға сай келетін және металл қоспалары жоқ "Жоғары сапалы жуғыш бензин стандарты" ұсынды. Жоғары сапалы бензин отын инжекторлары мен сорғыштарда жиналатын, жанар май экономиясын және қозғалтқыштың жұмысын нашарлататын шөгінділердің пайда болуын болдырмау үшін жуғыш қоспалардың жоғары деңгейін қамтиды.
Микрогравитация жағдайында
Отынның жануы қанша энергия өндірілетініне әсер етеді. Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) микрогравитациядағы отынның жануын зерттеді. Жердегі қалыпты гравитация жағдайында оттың таралуы конвекцияға байланысты, себебі күйе (саң) оттың үстіне көтеріледі, мысалы, шамда, жалынды сары түске бояйды. Микрогравитацияда немесе нөлдік гравитацияда, мысалы, ғарышта, конвекция болмайды, жалын шар тәрізді болады, көк түске айналады және тиімдірек жағады. Бұл айырмашылықтың бірнеше себебі болуы мүмкін, ең ықтималы – температураның жеткілікті түрде тегіс таралуы, күйенің пайда болмауы және толық жанудың жүзеге асуы туралы гипотеза. Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы, 2005 жылғы сәуір. NASA-ның микрогравитациядағы эксперименттері көрсеткендей, микрогравитациядағы диффузиялық жалындар жердегіден гөрі күйе толық тотығуына жағдай жасайды, себебі микрогравитациядағы механизмдер қалыпты гравитациялық жағдайлардан өзгеше жұмыс істейді. LSP 1 экспериментінің нәтижелері, Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы, 2005 жылғы сәуір. Микрогравитациядағы алдын ала араласқан жалындар жердегі шамға қарағанда әлдеқайда баяу және тиімді жанып, ұзаққа созылады.