Tepelné stroje z pohledu základního kursu fyziky 3. Poznámky k přednášce.

Prezentace na téma: "Tepelné stroje z pohledu základního kursu fyziky 3. Poznámky k přednášce."— Transkript prezentace:

1 Tepelné stroje z pohledu základního kursu fyziky 3. Poznámky k přednášce

2 osnova 1. Idealizované tepelné cykly strojů s vnitřním spalováním, Ottův cyklus, Dieselův cyklus, Atkinsonův cyklus, 2. Způsob výměny směsi. Dvoudobé stroje, vyplachování. Čtyřdobé stroje, ventily, časování ventilů 3. Pístový benzínový motor: Fyzika přípravy směsi, karburátor. Vstřikovací systémy (vážení vzduchu) Fyzika spalování směsi. Přeplňování. Reálná účinnost. 4. Pístový naftový motor. Vstřikovací systém. Přeplňování

3 Ottův cyklus A. Otto 1876. idealisovaný cyklus sestává ze dvou adiabat spojených izochorami, složení plynu se nemění.

4

5 tlakový a entropický diagram

6 Ottův idealisovaný cyklus Ve válci s pístem v dolní úvrati je μ molů pracovního plynu o objemu V 1 tlaku p 1 a teplotě T 1. Píst stlačí plyn na objem V 2, vzroste teplota na T 2 a tlak na p 2. Poměr V 2 ku V 1 se nazývá kompresní poměr. Následuje izobarický ohřev při p 2 z teploty T 2 na teplotu T 3. Poté plyn adiabaticky expanduje do objemu V 1. Následuje izochorický pokles tlaku na hodnotu p 1 a cyklus se opakuje.

7 Práce idealisovaného Ottova cyklu a) kompresní práce při adiabatické kompresi z objemu V 1 na objem V 2 za předpokladu že κ a c v je konstantní

8 Práce idealisovaného Ottova cyklu b) izochorický ohřev množství dodaného tepla při objemu V 2 je Q 2-3

9 Práce idealisovaného Ottova cyklu b) expanzní práce při expanzi z objemu V 2 na objem V 1

10 Práce idealisovaného Ottova cyklu

11 tepelná účinnost Ottova cyklu kV 1 /V 2 468101214 1,20,240,30,340,370,390,41 1,30,340,420,460,50,530,55 1,40,430,520,570,610,630,65 1,610,630,660,720,750,780,8

12 Dieselův cyklus Rudolph Diesel in 1897 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 V 1 na objem V 2 za předpokladu konstantnosti c v a κ

14 Práce idealisovaného Dieselova cyklu b) izobarický ohřev množství dodaného tepla při tlaku p 2 je Q 2-3 vykonaná práce A 2-3´ při tlaku p 2

15 Práce idealisovaného Dieselova cyklu b) expanzní práce při expanzi z objemu V 3 na objem V 1

16 účinnost rovnotlakého Dieselova cyklu

17 tepelná účinnost Dieselova cyklu kV 1 /V 2 V 4 /V 3 11,522,533,5 1,4130.560,530,510.490,470,45 160,670,640,610,590,570,55

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 1.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 palivohranice zápalnosti dolní- horní konc. % plyn. fáze µ µ vodík9,54650,23 metan61,6130,7 benzín21,350,5 etanol41,7140,4

21 zapalování paliva podmínka zapálení- dosažení aktivační energie v určitém objemu energie jiskry cca 10mJ variabilita hoření 33 0 - 75 0 akt. energ. MJ/mol nafta45 benzín90-150 metan?400

22

23 Cyklus s prodlouženou expanzí -Atkinsonův cyklus

24 cyklus s úplnou expanzí

25 reálné provedení

26 Provedení - 4 dobý motor výfuk- sání

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 20- 30 m/s přetlak při výfuku v splodin 30-50 m/s

33 ztráty třením v motoru ztrátový podíl%motor benzínový naftový píst s kroužky50-6560-70 ložiska6-108-15 rozvod5-86-10 pomocná zařízení 6-125-10 plnění12-2510-20

34 ztráty třením střední úhrnný odpor přepočítaný na tlak ve válci (1-2,5) 10 5 Pa

35 ztráty přestupem tepla

36

37 výhřevnost-spalné teplo výhřevnost≈ spalné teplo – 2.27*10 6 (m H 2 O) J Výhřevnost m 3 směsi MJ hustotaSpalné teplo MJ/kgvýhřevnostTeoretická spotřeba vzduchu m 3 kg -1 benzín3,430,7246,943,512,7 metan Motorová nafta3,430,8443,441,812,16 Etylalkohol 96%3,430,8128,225,27,35 etylalkohol3,450,79429,726,77,7

38 Normální a detonační hoření

39 Ohřev směsi

40 Průběh spalování paliva u naftového motoru v závislosti na časování

41 Regulace výkonu

42

43 regulace výkonu