إن الكفاءة الحرارية هي مقياس لطريقة تحويل محرك حراري للطاقة الحرارية إلى عمل مفيد، حيث ينص القانون الأول لعلم الحرارة، الذي ينص على أنه لا يمكن خلق الطاقة أو تدميرها، على أساس تحليل هذه الكفاءة، وبتطبيق هذا القانون، يمكن للمهندسين تقييم أداء النظم الحرارية وتحديد المجالات التي يتعين تحسينها.

Understanding the First Law of Thermodynamics

The First Law of Thermodynamics is expressed as:

adU = Q - W]

حيث تغير الطاقة الداخلية، (كيو) هو الحرارة المضافة إلى النظام، و(ك) هو العمل الذي يقوم به النظام، هذه المعادلة تشير إلى أن مدخلات الطاقة كحد حراري أقل من ناتج العمل تساوي التغير في الطاقة الداخلية للنظام.

حساب الكفاءة الحرارية

(أ) تُحسب الكفاءة الحرارية (العامل) على أنها نسبة ناتج العمل إلى مدخلات الحرارة:

[W/ Q in]

وفي النظم الحقيقية، تضيع بعض الحرارة دائماً في المحيط، وبالتالي فإن الكفاءة الفعلية تقل عن 100 في المائة، وبتحليل التدفقات الحرارية والعمل المنجز، يمكن للمهندسين أن يحددوا كفاءة المحركات، والتربينات، والأجهزة الحرارية الأخرى.

العوامل التي تؤثر على الكفاءة الحرارية

  • الفرق بين مصدر الحرارة والوعة
  • تصميم مكونات المحرك
  • خسائر في الحرارة بسبب الاحتكاك والإشعاع
  • خصائص سوائل العمل

ويمكن أن يؤدي تحقيق هذه العوامل على النحو الأمثل إلى تحسين الكفاءة العامة للنظم الحرارية، مما يؤدي إلى تحسين استخدام الطاقة وانخفاض استهلاك الوقود.