ماشین گرمایی

در ترمودینامیک موتور گرمایی یا ماشین گرمایی به ماشینی گفته می شود که انرژی گرمایی را با استفاده از اختلاف دمای بین یک منبع گرما با دیگری چاه دمای پایین تر به کار مکانیکی تبدیل می نماید. گرما از مسیر موتور گرمایی از منبع دما بالا به چاه دما پایین منتقل می شود در حین این انتقال مقداری از انرژی گرمایی به کار تبدیل می شود.اصول کلی کار این ماشین ها بر پایهٔ تشدید حرکت مولکول ها در پی گرمایش است.
ماشین بخار
موتور استرلینگ
موتور بنزینی
موتور دیزلی
توربین گاز
پرنده نوشنده
بسیاری از موتورهای گرمایی بر مبنای چرخه های رفت و برگشتی کار می کنند که در آن ها یک قطعه متحرک پیستون در محفظه بسته سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد. عامل این حرکت گاز است که یا در داخل خود سیلندر گرم می شود یا خارج از محفظه سیلندر گرم شده و پس از گرم شدن به داخل سیلندر فرستاده می شود. انبساط این گاز داغ موجب حرکت پیستون می شود. انرژی این حرکت به وسیلهٔ مولکول های پرانرژی گاز داغ تأمین می شود. پس از انبساط گاز که فشار آن پایین آمده گاز دوباره خنک کاری می شود. پس از آن فشار سیل عامل افزایش یافت و از منبع گرما می گیرد و به چرخه ادامه می دهد.حرکات رفت و برگشتی در بسیاری از کاربردها توسط میل لنگ به حرکات چرخشی تبدیل می گردد. لازم است ذکر شود برخی از موتورهای گرمایی مانند توربین گاز و بخار بر مبنای سیکل رفت و برگشتی کار نمی کنند و تبادل گرما و کار در داخل توربین انجام می شود.همهٔ گرما در این دستگاه ها نمی تواند تبدیل به کار بشود و بنابراین بازده انرژی در آن ها همیشه کم تر از ۱۰۰٪ است.نیکولا سعدی کارنو، دانشمند فرانسوی، در سال ۱۸۲۵ میلادی فرمولی را ارائه داد که بر پایهٔ آن بیشترین بازده حاصله را می توان محاسبه کرد.
ماشین های گرمایی شامل سه دسته اند: ماشین های برون سوز، ماشین های درون سوز و جتها.
در ترمودینامیک، موتورهای گرمایی اغلب با استفاده از مدل مهندسی استاندارد همچون چرخه ای اُتوو مدلسازی می شوند. مدل تئوری می تواند اصلاح و تقویت شود از طریق داده های واقعی از یک موتور عملیاتی و در حال کار، با استفاده از ابزارهایی همچون یک دیاگرام مشخص کننده. از آنجاییکه کاربردهای واقعی بسیار کمی از موتورهای گرمایی با چرخه های ترمودینامیکی آن ها مطابقت دارد، می توان گفت که یک چرخة ترمودینامیکی یک نمونة ایده آل از موتور مکانیکی است. در هر مورد، درک کامل از یک موتور و بازدة آن، نیازمند دستیابی به درک مناسب (احتمالاً ساده سازی شده یا ایده آل شده) از مدل تئوری، نکات دقیق و ظریف عملی یک ماشین مکانیکی واقعی و تفاوت ها و میان آن دو است.به صورت کلی، تفاوت بیشتر در دما بین منبع گرم و چاه سرد، پتانسیل بازدة گرمایی بیشتر در چرخه را نتیجه می دهد. بر روی زمین، سمت سرد هر موتور حرارتی محدود به نزدیک بودن به دمای محیط اطراف است نه کمتر از دمای ۳۰۰ کلوین، بنابراین بیشتر تلاش ها برای بهبود بازده های ترمودینامیکی موتورهای گرمایی مختلف بر روی افزایش دمای منبع، همراه با محدوده های مواد، متمرکز شده است. بیشترین بازدة تئوری یک موتور گرمایی (بدون هیچ موتوری که به آن متصل شود) برابر با اختلاف دمای بین انتهاهای گرم و سرد تقسیم بر دما در انتهای گرم است، تمامی دماهای بیان شده، دمای مطلق یا کلوین می باشند.موتورهای گرمایی پیشنهاد شده یا استفاده شده، امروزه دارای گسترة وسیعی می باشند.درصد اتلاف حرارتی با استفاده از گرمای با کیفیت پایین برای توان اقیانوس OTECدرصد برای اکثر موتورهای بنزینی اتومبیل هادرصد برای یک جایگاه توان فوق بحرانی با سوخت فسیلی است همچون جایگاه توان Avedoreدرصد برای توربین گازی سیکل بخار – سرد شدهتمامی این فرایندها به بازده خودشان (یا افت وابسته به آن) از افت دماهای مربوط به آن ها می رسیدند. انرژی قابل توجهی باید برای تجهیزات جانبی، همچون پمپ ها، که به طور مؤثری کاهندة بازده می باشند، مورد استفاده قرار گیرد.