Tep e e p l e né n é str st o r j o e e z po p h o l h ed e u d u zákl zá ad a n d í n h í o h o kur ku su r su fyzi f ky 3. 3 Poznámky k přednášce

Transkript

1 Tepelné stroje z pohledu základního kursu fyziky. Poznámky k přednášce

2 osnova. Idealizované tepelné cykly strojů s vnitřním spalováním, Ottův cyklus, Dieselův cyklus, Atkinsonův cyklus,. Způsob výměny směsi. Dvoudobé stroje, vyplachování. Čtyřdobé stroje, ventily, časování ventilů. Pístový benzínový motor: Fyzika přípravy směsi, karburátor. střikovací systémy (vážení vzduchu) Fyzika spalování směsi. Přeplňování. Reálná účinnost. 4. Pístový naftový motor. střikovací systém. Přeplňování

3 Ottův cyklus A. Otto 876. idealisovaný cyklus sestává ze dvou adiabat spojených izochorami, složení plynu se nemění.

4

5 tlakový a entropický diagram

6 Ottův idealisovaný cyklus e válci s pístem v dolní úvrati je µ molů pracovního plynu o objemu tlaku p a teplotě T. Píst stlačí plyn na objem, vzroste teplota na T a tlak na p. Poměr ku se nazývá kompresní poměr. Následuje izobarický ohřev při p z teploty T na teplotu T. Poté plyn adiabaticky expanduje do objemu. Následuje izochorický pokles tlaku na hodnotu p a cyklus se opakuje.

7 Práce idealisovaného Ottova cyklu a) kompresní práce při adiabatické kompresi z objemu na objem za předpokladu že objemu na objem za předpokladu že a c v je konstantní µ = µ RT A = µ ct A v

8 Práce idealisovaného Ottova cyklu b) izochorický ohřev množství dodaného tepla při objemu je Q - T = T + Q µcµ c v

9 Práce idealisovaného Ottova cyklu b) expanzní práce při expanzi z objemu na objem = 4 µ RT A = 4 µ T c A v + = 4 µ µ µ c Q c T c A v v v µ c v

10 Práce idealisovaného Ottova cyklu A cyklus = A + A 4 A cyklus = Q

11 tepelná účinnost Ottova cyklu k / , 0,4 0, 0,4 0,7 0,9 0,4, 0,4 0,4 0,46 0,5 0,5 0,55,4 0,4 0,5 0,57 0,6 0,6 0,65,6 0,6 0,66 0,7 0,75 0,78 0,8

12 Dieselův cyklus Rudolph Diesel in 897 idealisovaný cyklus sestává ze dvou adiabat spojených jednou izobarou a jednou izochorou, složení plynu se nemění. Měrná tepla plynu nezávisí na teplotě.

13 Práce idealisovaného Dieselova cyklu a) kompresní práce při adiabatické kompresi z objemu na objem za předpokladu konstantnosti c v a µ RT A = A = µ ct v

14 Práce idealisovaného Dieselova cyklu b) izobarický ohřev množství dodaného tepla při vykonaná práce A při tlaku p množství dodaného tepla při tlaku p je Q - vykonaná práce A - při tlaku p ( ) p A = Q T R RT p + = = µ µ c p Q T T µ + = p Q c T R RT p + = = µ µ µ p c p Q R p p + = Q R p p p ) ( = = p Q c = = = c p Q R A =

15 Práce idealisovaného Dieselova cyklu b) expanzní práce při expanzi z objemu na objem = µ RT = 4 µ A + = µ c v + = 4 µ Q c T c A p v v

16 účinnost rovnotlakého Dieselova cyklu 4 = η = 4 4 η

17 tepelná účinnost Dieselova cyklu k / 4 /,5,5,5, ,5 0, ,47 0,45 6 0,67 0,64 0,6 0,59 0,57 0,55

18 Motivy pro konstrukci jiného cyklu než Ottova Obejít nevýhodu Ottova cyklu, která spočívá ve vysokých spalovacích teplotách. Obejít problém nízkých oktanových čísel těkavých frakcí ropy. Buďto je zapotřebí přísad, nebo poměrně nízkého kompresního poměru a tím i účinnosti.

19 Motivy pro konstrukci jiného cyklu než Ottova. Obejít problém zapalování elektrickou jiskrou, které vyžaduje vysoké napětí (příčina nespolehlivosti), poměrně přesně nastavený poměr paliva a vzduchu ve směsi, jinak k zapálení nedojde. Závislost izolační pevnosti plynu na tlaku

20 hranice zápalnosti palivo hranice zápalnosti dolní- horní konc. % plyn. µ % plyn. µ fáze fáze vodík 9, , metan 6,6 0,7 benzín, 5 0,5 etanol 4,7 4 0,4

21 zapalování paliva podmínka zapálení- dosažení aktivační energie v určitém objemu energie jiskry cca 0mJ variabilita hoření 0 - akt. energ. MJ/mol nafta 45 benzín metan?400

22

23 Cyklus s prodlouženou expanzí -Atkinsonův cyklus

24 cyklus s úplnou expanzí

25 reálné provedení

26 Provedení - 4 dobý motor výfuksání

27 komprese -expanze

28 dvoudobý motor

29 Reálný oběh Ottův cyklus

30 Reálný oběh Dieselův cyklus rovnotlak

31 Reálný oběh Dieselův cyklus

32 ztráty (třením) v motoru mechanické ztráty práce potřebná k výměně náplně podtlak potřebný k nasátí náplně. v směsi při sání 0-0 m/s přetlak při výfuku v splodin 0-50 m/s

33 ztráty třením v motoru ztrátový podíl% motor benzínový naftový píst s kroužky ložiska rozvod pomocná zařízení plnění

34 ztráty třením střední úhrnný odpor přepočítaný na tlak 5 ve válci (-,5) 0 5 Pa

35 ztráty přestupem tepla

36 ztráty přestupem tepla

37 výhřevnost-spalné teplo výhřevnost spalné teplo.7*0 6 (m H O) J ýhřevnost hustota Spalné teplo MJ/kg výhřevnost Teoretická m směsi MJ spotřeba vzduchu m kg - benzín,4 0,7 46,9 4,5,7 metan Motorová nafta,4 0,84 4,4 4,8,6 Etylalkohol 96%,4 0,8 8, 5, 7,5 etylalkohol,45 0,794 9,7 6,7 7,7

38 Normální a detonační hoření

39 Ohřev směsi

40 Průběh spalování paliva u naftového motoru v závislosti na časování

41 Regulace výkonu

42 Regulace výkonu

43 regulace výkonu