Steam Engine Puzzle

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蒸汽机是一种利用蒸汽作为工作流体进行机械功的热力发动机。

利用沸水产生机械运动的历史可以追溯到 2000 多年前，但早期的设备并不实用。西班牙发明家 Jerónimo de Ayanz y Beaumont 于 1606 年获得了第一台蒸汽机的专利。 1698 年，托马斯·萨弗里 (Thomas Savery) 获得了蒸汽泵的专利，该蒸汽泵使用蒸汽与泵送的水直接接触。萨弗里的蒸汽泵利用冷凝蒸汽产生真空并将水吸入腔室，然后施加加压蒸汽进一步泵送水。托马斯·纽科门 (Thomas Newcomen) 的大气发动机是第一台使用活塞的商业真正蒸汽机，于 1712 年用于矿井抽水。

1781 年，詹姆斯·瓦特 (James Watt) 获得了产生连续旋转运动的蒸汽机的专利。[1]瓦特的十马力发动机为多种制造机械提供了动力。发动机可以安装在任何可以获得水、煤或木材燃料的地方。到 1883 年，可提供 10,000 马力的发动机已变得可行。[2]蒸汽机还可以应用于牵引发动机和铁路机车等车辆。固定式蒸汽机是工业革命的关键组成部分，它使工厂能够建在没有水力的地方。

蒸汽机是外燃机[3]，其中工作流体与燃烧产物分开。可以使用非燃烧热源，例如太阳能、核能或地热能。用于分析该过程的理想热力学循环称为朗肯循环。在循环中，水在高压运行的锅炉内被加热并转化为蒸汽。当通过活塞或涡轮膨胀时，完成机械功。然后减压蒸汽被冷凝并泵回锅炉。

在一般用法中，术语“蒸汽机”可以指集成蒸汽装置（包括锅炉等），例如铁路蒸汽机车和便携式发动机，也可以指单独的活塞或涡轮机械，例如梁式发动机和固定式蒸汽机。蒸汽锤和蒸汽打桩机等专用设备依赖于单独锅炉提供的蒸汽。往复活塞式蒸汽机一直是主要的动力来源，直到 20 世纪初，随着电动机和内燃机设计的进步，逐渐取代了商业用途中的往复式（活塞）蒸汽机，以及蒸汽轮机在发电中的优势。 [4]考虑到全球绝大多数发电是由涡轮式蒸汽机产生的，“蒸汽时代”仍在继续，其能源水平远远超出了 19 世纪之交的水平。