Spalovací motory – termodynamika objemového stroje

Prezentace na téma: "Spalovací motory – termodynamika objemového stroje"— Transkript prezentace:

1 Spalovací motory – termodynamika objemového stroje
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Spalovací motory – termodynamika objemového stroje Rekapitulace vztahů pro otevřenou soustavu. T-s diagram a jeho význam. Carnotův cyklus, p-v, T-s, zhodnocení použitelnosti (izotermy, maximální tlak, kompresní poměr, mechanická účinnost). Omezení reálného motoru v T-s (objemy, tlaky, teploty). Program pro idealizovaný oběh OBEH.xls Dělení oběhu na uzavřenou a otevřenou část, p-V diagram Termodynamicky nutný odvod tepla z oběhu u uzavřené a otevřené soustavy. Diagramy výměny náplně p-V !! Vysokotlaká fáze oběhu skutečného PM (p-v, p-V, T-s). Její idealizace a důvody odchylek. Výměna náplně válce – idealizace pro 4 dobé motory . 2dobé motory, funkce cizího zdroje práce při výměně. Volný výfuk.

2 Termodynamika otevřené soustavy Rekapitulace hlavních vztahů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Termodynamika otevřené soustavy Rekapitulace hlavních vztahů Neustálený stav otevřené soustavy s malou rychlostí proudění uvnitř K zapamatování - - ustálený stav otevřené soustavy

3 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Carnotův oběh Přívod tepla Podstatné jsou izotermy, izoentropy nutné jen ke změně teploty (lze dosáhnout při sdílení tepla i jinak). Vedou však při přiměřené měrné práci k vysokým tlakovým i objemovým poměrům, prakticky stěží realizovatelným. Pokud je měrná práce nízká, projeví se vysoké mechanické ztráty stroje. Max. teplota Práce oběhu Odvod tepla Min. teplota účinnost=Práce/Přívod tepla

4 Spalovací motory - - Carnotův princip
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Spalovací motory - - Carnotův princip Max. teplota Přívod tepla T-s diagram ukazuje exergetickou bilanci oběhu z hlediska tepla využitelného mezi maximální teplotou a teplotou okolí Práce oběhu Odvod tepla Min. teplota účinnost=Práce/Přívod tepla

5 Tepelné oběhy spalovacích motorů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Tepelné oběhy spalovacích motorů Dělení oběhu na části pro oddělení „uzavřené“ a otevřené soustavy: princip

6 Tepelné oběhy spalovacích motorů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Tepelné oběhy spalovacích motorů Dělení oběhu na části: oddělení výměny náplně válce a dotažení vysokotlaké části do DÚ pístu

7 Tepelné oběhy spalovacích motorů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Tepelné oběhy spalovacích motorů Definice kompresního poměru Vk Vz1 Vc1

8 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
„Obálka“ skutečného oběhu pomocí idealizovaného: 1. Kriterium srovnání: stejný přívod tepla - lze aplikovat na , i na obecný 2. Ne všude musí jít o obálku (např. konec skutečné komprese s odvodem tepla proti izoentropě). 3. Shoda by se vylepšila při započtení tepelných ztrát stěnami. 23 3 Pro uzavřenou soustavu lze také použít měrný objem (potřebný pro T-s) Izochora 2-23, izobara 23-3 a izoterma 3-34 pro přívod tepla 2 34 izoentropa pro zbytek expanze 4 izochora pro uzavření oběhu izoentropa pro kompresi 1

9 Tepelné oběhy spalovacích motorů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Tepelné oběhy spalovacích motorů Podstatně roztažená termodynamicky významná část přívodu a odvodu tepla! Srovnání idealizovaného oběhu, respektujícího reálná omezení, s Carnotovým oběhem pro stejný přívod tepla: podstatně zvýšený kompresní poměr (min. i max. objem) a maximální i minimální tlak 3 34 Přívod tepla 4 23 Odvod tepla 2 1

10 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů

11 Vývin tepla HR; rychlost (výkon) vývinu ROHR
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Vývin tepla HR; rychlost (výkon) vývinu ROHR Jiná forma „roztažení“ termodynamicky významné části oběhu „uzavřené“ soustavy. Lze vyhodnotit z experimentu při znalosti tlaku, objemu a jejich časové vazby.

12 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Tepelné oběhy spalovacích motorů Srovnání měření a idealizovaného výpočtu Přeplňovaný plynový motor 12V28DSG

13 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Tepelné oběhy spalovacích motorů Srovnání měření a idealizovaného výpočtu Přeplňovaný plynový motor 12V28DSG Proměnlivé tepelné kapacity podle teploty a složení, polytropy pro kompresi a expanzi, přívod tepla zmenšen o odhadnutý odvod do stěn: OBEH.XLS Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Výkon konce hoření dosáhl toku tepla do stěn Výkon počátku hoření dosáhl toku tepla do stěn Obrat od přívodu tepla ze stěn v kompresi = dosažení střední teploty stěn

14 Tepelné oběhy spalovacích motorů
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Tepelné oběhy spalovacích motorů Idealizovaná výměna náplně válce u čtyřdobého motoru

15 Výměna náplně válce u dvoudobého motoru
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Výměna náplně válce u dvoudobého motoru Dvoudobý motor vyžaduje oddělené dmychadlo (někdy – ne vždy – spodní strana pístu!): výměna probíhá při poloze pístu u DÚ; píst se pohybuje velmi pomalu – pokud se použije jako dmychadlo, musí se stlačená náplň někde akumulovat; práce na výměnu náplně válce není viditelná z p-V pro vnitřek zkoumaného válce (na rozdíl od čtyřdobého motoru).

16 Výměna náplně válce dvoudobého motoru
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Výměna náplně válce dvoudobého motoru Příklad skutečné výměny náplně válce v p-V diagramu s viditelnou ztrátou expanzní práce, ale ne příkonu dmychadla.

17 Výměna náplně dvoudobého motoru
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Výměna náplně dvoudobého motoru Příklad skutečné výměny náplně válce v p-V diagramu také pro spodní stranu pístu - dmychadlo. pvypl pvýf

18 Problém prodloužené expanze v pístových motorech
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Problém prodloužené expanze v pístových motorech výměna náplně probíhá v okolí dolní úvratě, kde se píst motoru pohybuje pomalu - náhrada ekvivalentní izochorou; lepší by bylo expandovat na okolní tlak a vytlačit spaliny při konstantním tlaku (Brayton) - píst motoru by musel mít prodloužený zdvih; místo pístu expanze v turbině - jak přenést energii plynů z konstantního objemu (tlak během vyprazdňování klesá) na ideálně stálý tlak před turbinou? výfuk z turbiny by bylo vhodné carnotizovat.

19 Problém prodloužené expanze v pístových motorech
Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Problém prodloužené expanze v pístových motorech