Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как определить кпд двигателя


Коэффициент полезного действия 💡, формула КПД в физике. Как найти КПД⚡

Автор Даниил Леонидович На чтение 7 мин. Просмотров 16.7k. Опубликовано

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Единицы измерения

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Как обозначается

В русских учебниках обозначается двояко. Либо так и пишется – КПД, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения равнозначны.

Символ, обозначающий КПД

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

  • гидроэлектростанций 93-95%;
  • АЭС – не более 35%;
  • тепловых электростанций – 25-40%;
  • бензинового двигателя – около 20%;
  • дизельного двигателя – около 40%;
  • электрочайника – более 95%;
  • электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

Как рассчитать объемный КПД двигателя внутреннего сгорания - x-engineer.org

Для теплового двигателя процесс сгорания зависит от соотношения воздух-топливо внутри цилиндра. Чем больше воздуха мы можем получить внутри камеры сгорания, тем больше топлива мы можем сжечь, тем выше крутящий момент и мощность двигателя.

Поскольку воздух имеет массу, он обладает инерцией. Кроме того, впускной коллектор, клапаны и дроссель действуют как ограничения для потока воздуха в цилиндры.По объемной эффективности мы измеряем мощность двигателя, чтобы заполнить имеющийся геометрический объем двигателя воздухом. Это можно рассматривать как соотношение между объемом воздуха, оттянутого цилиндром (реальным), и геометрическим объемом цилиндра (теоретическим).

Большинство двигателей внутреннего сгорания, используемых в настоящее время на дорожных транспортных средствах, имеют фиксированную объемную мощность (рабочий объем), определяемую геометрией цилиндра и кривошипно-шатунного механизма. Строго говоря, общий объем двигателя V т 3 ] рассчитывается как функция от общего числа цилиндров n c [-] и объема одного цилиндра V цил 3 ] .

\ [V_t = n_c \ cdot V_ {cyl} \ tag {1} \]

Общий объем цилиндра представляет собой сумму между смещенным (развернутым) объемом В d 3 ] и свободный объем В с 3 ] .

\ [V_ {cyl} = V_d + V_c \ tag {2} \]

Объем зазора очень мал по сравнению с объемом вытеснения (например, соотношение 1:12), поэтому им можно пренебречь при расчете объемной эффективности двигатель.

Изображение: основные параметры геометрии поршня и цилиндра двигателей внутреннего сгорания

где:

IV - впускной клапан
EV - выпускной клапан
TDC - верхняя мертвая точка
BDC - нижняя мертвая точка
B - отверстие цилиндра
S - ход поршня
r - длина шатуна
a - радиус кривошипа (смещение)
x - расстояние между осью кривошипа и осью поршневого пальца
θ - угол поворота коленчатого вала
Vd - объем смещения (разворот)
Vc - объем зазора

Объемная эффективность η v [-] определяется как соотношение между фактическим (измеренным) объемом всасываемого воздуха V 3 ] , втянутым в цилиндр / двигатель, и теоретическим объемом двигателя / цилиндра V d 3 ], во время цикла впуска двигателя.

\ [\ eta_v = \ frac {V_a} {V_d} \ tag {3} \]

Объемный КПД можно рассматривать также как КПД двигателя внутреннего сгорания для заполнения цилиндров всасываемым воздухом. Чем выше объемный КПД, тем выше объем всасываемого воздуха в двигателе.

В двигателях с непрямым впрыском топлива (в основном, бензин) всасываемый воздух смешивается с топливом. Поскольку количество топлива относительно мало (соотношение 1: 14,7) по сравнению с количеством воздуха, мы можем пренебречь топливной массой для расчета объемной эффективности.

Фактический объем всасываемого воздуха можно рассчитать как функцию массы воздуха м a [кг] и плотности воздуха ρ a [кг / м 3 ] :

\ [V_a = \ frac {m_a] } {\ rho_a} \ tag {4} \]

Замена (4) в (3) дает объемную эффективность, равную:

\ [\ eta_v = \ frac {m_a} {\ rho_a \ cdot V_d} \ tag {5 } \]

Обычно на динамометрическом стенде двигателя массовый расход всасываемого воздуха измеряется [кг / с] вместо массы воздуха [кг] . Поэтому нам необходимо использовать массовый расход воздуха для расчета объемной эффективности.

\ [\ dot {m} _a = \ frac {m_a \ cdot N_e} {n_r} \ tag {6} \]

где:

N e [г / с] - частота вращения двигателя
n r [-] - число оборотов коленчатого вала за полный цикл двигателя (для 4-тактного двигателя n r = 2 )

Из уравнения (6) можно записать массу всасываемого воздуха как:

\ [m_a = \ frac {\ dot {m} _a \ cdot n_r} {N_e} \ tag {7} \]

Замена (7) в (5) дает объемную эффективность, равную:

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ eta_v = \ frac {\ dot {m} _a \ cdot n_r} {\ rho_a \ cdot V_d \ cdot N_e}} \ tag {8} \]

Объемная эффективность - максимум 1.00 (или 100%). При этом значении двигатель способен всасывать весь теоретический объем воздуха, доступного в двигатель. Существуют особые случаи, когда двигатель специально рассчитан на одну рабочую точку, для которой объемный КПД может быть немного выше, чем 100%.

Если давление воздуха на впуске p a [Па] и температура T a [K] измеряются во впускном коллекторе, плотность воздуха на впуске можно рассчитать как:

\ [\ rho_a = \ frac {p_a} {R_a \ cdot T_a} \ tag {9} \]

, где:

ρ a [кг / м 3 ] - плотность воздуха на впуске
p a [Па] - давление воздуха на впуске
T a [K] - температура воздуха на впуске
R a [Дж / кгK] - газовая постоянная для сухого воздуха (равна 286.{-3} \ cdot \ frac {1000} {60}} = 0,7091081 = 70,91 \ text {%} \]

Объем двигателя был преобразован с л до м 3 , а частота вращения двигателя - об / мин. От до rps .

Изображение: функция объемного КПД давления воздуха на впуске и частоты вращения двигателя

Объемная эффективность двигателя внутреннего сгорания зависит от нескольких факторов, таких как:

  • геометрия впускного коллектора
  • давление впускного воздуха
  • впускного температура воздуха
  • массовый расход всасываемого воздуха (который зависит от частоты вращения двигателя)

Обычно двигатели рассчитаны на максимальный объемный КПД при средних / высоких оборотах и ​​нагрузке двигателя.

Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.

Калькулятор объемной эффективности

Для любых вопросов или замечаний относительно этого учебного руководства, пожалуйста, используйте форму комментария ниже.

Не забудьте лайкать, делиться и подписываться!

КПД преобразования топлива - x-engineer.org

Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) при сжигании топлива. Во время процесса сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс выделяет тепла , которое частично преобразуется в механической энергии .

Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания как систему с определенной границей. В исходном состоянии двигатель будет содержать около реагентов, , в основном топливо и воздух.После процесса сгорания двигатель будет находиться в конечном состоянии, содержащем продуктов сгорания (выхлопные газы).

Изображение: схема процесса сгорания

Применение первого закона термодинамики к нашей двигательной системе, между начальным и конечным состоянием, дает:

\ [Q_ {RP} - W_ {RP} = U_P - U_R \ tag {1} \]

где:

Q [Дж] - теплообмен
Вт [Дж] - механическая работа
U [Дж] - внутренняя энергия
Т [К] - температура
п [Па] - давление
В [ м 3 ] - объем

Эффективность сгорания

В реальных двигателях процесс сгорания является неполным .Это означает, что не все энергосодержание топлива, подаваемого в двигатель, выделяется в процессе сгорания. Существует несколько факторов, которые могут влиять на процесс сгорания, наиболее важными из которых являются впуск топлива и распыление топлива (размер капель).

Топливо внутри цилиндра нуждается в воздухе (кислороде) для горения. Если кислорода недостаточно, сгорает не все топливо, поэтому при сгорании выделяется только частичная энергия (например, около 96%).

Если мы проанализируем выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, мы увидим, что он содержит неполных продуктов сгорания (угарный газ CO, оксиды азота NO x , несгоревшие углеводороды HC, сажа PM) и полных продуктов сгорания. (диоксид углерода СО 2 и вода Н 2 О).

Изображение: функция эффективности сгорания при соотношении топливно-воздушной эквивалентности

Если двигатель работает в условиях с обедненной рабочей средой , количество неполных продуктов сгорания невелико, так как в избытке кислорода. При богатых рабочих условиях эти количества становятся более существенными, так как кислорода недостаточно для завершения сгорания топлива.

Поскольку часть химической энергии топлива не полностью выделяется внутри двигателя во время процесса сгорания, полезно определить эффективность сгорания.

Эффективность сгорания η c [-] определяется как отношение энергии, выделяемой сгоревшим топливом, к теоретическому содержанию энергии в топливной массе в течение одного полного цикла двигателя.

\ [\ eta_c = \ frac {H_R (T_A) - H_P (T_A)} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {2} \]

, где:

H R [J] - энтальпия ( внутренняя энергия) реагента
H P [Дж] - энтальпия (внутренняя энергия) продукта
T A [K] - температура окружающей среды
м f [кг] - масса топлива, введенного за цикл
Q HV [Дж / кг] - теплотворная способность топлива

Теплотворная способность

Теплотворная способность (также известная как энергетическая ценность или теплотворная способность ) фиксированного количества топлива, является количеством тепла выпущен во время его сгорания.Теплотворная способность топлива - это величина теплоты реакции, измеренная при постоянном давлении / объеме и стандартной температуре (26 ° C) для полного сгорания единицы массы топлива.

Любое топливо имеет два типа теплотворной способности:

  • с более высокой теплотворной способностью (HHV), также известной как валовые теплотворные способности
  • с более низкой теплотворной способностью (LHV), также известной как чистая теплотворная способность (определяется по вычитая теплоту испарения воды из более высокой теплотворной способности)

В качестве примера в приведенной ниже таблице мы видим теплотворную способность для наиболее распространенных и альтернативных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания:

Топливо Более низкая теплотворная способность [МДж / кг] Более высокая теплотворная способность [МДж / кг]
Водород 119.96 141,88
Природный газ 47,13 52,21
Обычный бензин 43,44 46,52
Обычные дизель 42,78 45,76
Этанол 26,95 29.84
Сжиженный нефтяной газ (СНГ) 46.60 50.14
Сжиженный природный газ (СПГ) 48.62 55.19
Бутан 45.27 49.20
Пропан 46.28 50.22

Эффективность теплопроизводительности в расчете на фактическую конверсию топлива

Тепловая теплопроизводительность в расчете на единицу фактического расхода топлива Химическая энергия выделяется в процессе горения.

Эффективность термического преобразования определяется как соотношение между работой за цикл W c [Дж] и энергией, выделяемой сгоревшим топливом.

\ [\ eta_t = \ frac {W_c} {H_R (T_A) - H_P (T_A)} \ tag {3} \]

Коэффициент термического преобразования показывает, сколько сгоревшего топлива превращается в полезную механическую работу.

Эффективность преобразования топлива

Эффективность преобразования топлива определяется как соотношение между полезной механической работой, производимой двигателем, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива.

\ [\ eta_f = \ frac {W_c} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {4} \]

работы за цикл Вт c [Дж] можно записать как функцию мощности и скорости двигателя :

\ [W_c = \ frac {P \ cdot n_R} {N} \ tag {5} \]

, где:

P [Вт] - мощность двигателя (указано)
Н [об / с] - частота вращения двигателя
n R [-] - число оборотов коленчатого вала для каждого рабочего такта на цилиндр

Масса топлива , используемая за цикл двигателя, м f [кг] может быть записана как функция массового расхода топлива и частоты вращения двигателя:

\ [m_f = \ frac {\ dot {m} _f \ cdot n_R} {N} \ tag {6} \]

, где m f (точка) [кг / с] - массовый расход топлива.

Замена (5) и (6) на (4) дает выражение функции эффективности преобразования топлива в зависимости от мощности двигателя, массового расхода топлива и значения нагрева топлива:

\ [\ eta_f = \ frac {P} {\ dot {m} _f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {7} \]

Удельный расход топлива двигателем SFC [кг / Дж] - это соотношение между массовым расходом топлива и указанной мощностью двигателя:

\ [SFC = \ frac {\ dot {m} _f} {P} \ tag {8} \]

Замена (8) в (7) дает выражение функции эффективности преобразования топлива для удельного расхода топлива и значения нагрева топлива:

\ [ \ eta_f = \ frac {1} {\ text {SFC} \ cdot Q_ {HV}} \ tag {9} \]

Эффективность преобразования топлива также зависит от эффективности сгорания и эффективности термического преобразования.6} = 0,307 \]

КПД преобразования топлива в двигателе составляет 30,7%.

Не забудьте лайкать, делиться и подписываться!

Глава 3c - Первый закон - Закрытые системы

Глава 3c - Первый закон - Закрытые системы - Дизельные циклические двигатели (обновлено 19.03.2013)

Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы

в) Стандартный дизельный цикл (Компрессия-зажигание) Двигатель

Воздух Стандартный дизельный цикл является идеальным цикл для Компрессия-зажигание (CI) поршневые двигатели, впервые предложенные Рудольфом Дизель более 100 лет назад. Следующая ссылка на Kruse Технологическое партнерство описывает четырехтактный Дизельный цикл с коротким замыканием История Рудольфа Дизеля.Четырехтактный дизельный двигатель обычно используется в автомобильных системах, тогда как крупные морские системы обычно использовать двухтактный дизельный цикл . Еще раз у нас есть отличная анимация производства Мэтт Keveney представляет работу четырехтактный дизельный цикл .

Фактический цикл CI чрезвычайно сложен, поэтому в При первоначальном анализе мы используем идеальное предположение "стандарт воздуха", в котором рабочая жидкость представляет собой фиксированную массу воздуха, подвергающегося полный цикл, который рассматривается как идеальный газ.Все процессы идеальны, сгорание заменяется добавлением тепла к воздух и выхлопные газы заменяются процессом отвода тепла, который восстанавливает воздух до исходного состояния.

Идеальный дизельный двигатель стандартного воздуха подвергается 4 отдельные процессы, каждый из которых может быть отдельно проанализирован, как показано в P-V диаграммы ниже. Два из четырех процессов цикла являются адиабатическими процессы (адиабатические = нет передачи тепла), таким образом, до мы можем продолжать нам нужно разработать уравнения для идеального газа адиабатический процесс следующим образом:

Адиабатический процесс идеального газа (Q = 0)

Анализ результатов в следующих трех общих формы, представляющие адиабатический процесс:


где k - коэффициент теплоемкости и имеет номинальное значение 1.4 в 300К для воздуха.

Процесс 1-2 - это процесс адиабатического сжатия. Таким образом, температура воздуха увеличивается во время сжатия процесс, и с большой степенью сжатия (обычно> 16: 1) это достигнет температуры воспламенения впрыскиваемого топлива. Таким образом, учитывая условия в состоянии 1 и степень сжатия двигателя, в Для определения давления и температуры в состоянии 2 (на конец процесса адиабатического сжатия) мы имеем:

Работа W 1-2 требуется для сжатия газа отображается как площадь под кривой P-V и оценивается как следующим образом.

Альтернативный подход с использованием уравнения энергии Использование адиабатического процесса (Q 1-2 = 0) приводит к гораздо более простому процессу:


(спасибо студенту Николь Блэкмор за то, что я узнал об этом подход)

Во время процесса 2-3 топливо впрыскивается и сжигается и это представлено процессом расширения постоянного давления. В состояние 3 («отсечка топлива») процесс расширения продолжается адиабатически с понижением температуры до расширения полный.

Процесс 3-4, таким образом, является процессом адиабатического расширения. Общий объем работ по расширению W exp = (Ш 2-3 + Ш 3-4 ) и отображается как область под P-V Диаграмма и анализируется следующим образом:

Наконец, процесс 4-1 представляет постоянный объем процесс отвода тепла. В реальном дизельном двигателе газ просто истощается из цилиндра и вводится свежий заряд воздуха.

Чистая работа W , чистая , выполненная за цикл, составляет определяется как: W net = (W exp + W 1-2 ), где, как и раньше, компрессионная работа W 1-2 отрицательна (проделана работа по системе ).

В двигателе Air-Standard Diesel цикла нагрев ввод Q в происходит сжигая топливо, которое впрыскивается контролируемым образом, в идеале это приводит к процессу расширения постоянного давления 2-3, так как показано ниже. При максимальном объеме (нижняя мертвая точка) сгоревшие газы просто истощены и заменены свежим зарядом воздуха. Это представлены процессом отвода тепла эквивалентного постоянного объема Q из = -Q 4-1 . Оба процесса анализируются следующим образом:

На этом этапе мы можем легко определить КПД двигателя в условиях теплового потока выглядит следующим образом:

__________________________________________________________________________

Следующие проблемы суммируют этот раздел:

Задача 3.4 - A Бесфрикционный поршневой цилиндр содержит 0,2 кг воздуха при 100 кПа и 27 ° С. Теперь воздух сжимается медленно согласно соотношению P V k = константа, где k = 1,4, пока не достигнет конечного значения температура 77 ° С.

  • а) Эскиз P-V диаграмма процесса относительно соответствующей константы температурные линии и указывают работу, проделанную на этой диаграмме.

  • б) Использование основных определение границ выполненных работ определение границ работ сделано в процессе [-7.18 кДж].

  • c) Используя уравнение энергии, определите тепло передано в процессе [0 кДж], и убедитесь, что процесс находится в факт адиабатический.

Производные все уравнения используются начиная с с основным уравнением энергии для непроточной системы, уравнение для внутреннего изменения энергии для идеального газа (Δu), основное уравнение для выполненных краевых работ и уравнения состояния идеального газа [ П.В. = т. р. ]. использование значения удельной теплоемкости, определенные при 300 К для всего обработать.

Задача 3.5 - Рассмотрим ход расширения только типичный дизельный двигатель с воздушным циклом, который имеет компрессию соотношение 20 и коэффициент отсечки 2. В начале процесса (впрыск топлива) начальная температура составляет 627 ° С, а воздух расширяется при постоянном давлении 6,2 МПа до отсечки (объемное соотношение 2: 1). Впоследствии воздух расширяется адиабатически (без теплообмена). пока он не достигнет максимальной громкости.

  • а) Нарисуйте это процесс на P-v диаграмма, показывающая четко все три состояния.Укажите на диаграмме общая работа, проделанная в течение всего процесса расширения.

  • б) Определить температура, достигнутая в конце постоянного давления (топливо процесс впрыска [1800K], а также в конце процесса расширения [830K], и нарисуйте три соответствующие линии постоянной температуры на P-v диаграмма.

  • в) Определите общая работа, выполненная во время такта расширения [1087 кДж / кг].

  • d) Определите общее количество тепла, подаваемого в воздух во время такта расширения [1028 кДж / кг].

Получите все используемые уравнения исходя из уравнения состояния идеального газа и адиабатического процесса соотношения, основное уравнение энергии для замкнутой системы, внутренняя энергия и отношения изменения энтальпии для идеального газа, и основное определение граничной работы, выполняемой системой (если требуется). Используйте значения удельной теплоемкости, определенные при 1000K для всего Процесс расширения, полученный из таблицы Specific Теплоемкости Воздуха .

Решенная проблема 3.6 - Идеальный двигатель дизельного цикла стандартного воздуха имеет степень сжатия 18 и степень отсечки 2. В начале процесса сжатия рабочая жидкость при 100 кПа, 27 ° С (300 К). Определите температуру и давление воздуха в конце каждого процесса, чистая производительность труда за цикл [кДж / кг], и тепловая эффективность.

Обратите внимание, что номинальные значения удельной теплоемкости для воздуха при 300K используются значения C P = 1,00 кДж / кг. K, C v = 0717 кДж / кг.К, и к = 1,4. Однако все они являются функциями температура, и с чрезвычайно высоким температурным диапазоном Опытный в дизельных двигателях можно получить значительные ошибки. Один подход (который мы примем в этом примере) заключается в использовании типичного средняя температура на протяжении всего цикла.

Подход к решению:

Первый шаг - нарисовать диаграмму, представляющую проблема, включая всю соответствующую информацию. Мы замечаем, что не указан ни объем, ни масса, поэтому схема и решение быть с точки зрения конкретных количеств.Самая полезная диаграмма для тепловой двигатель P-v схема полного цикла:

Следующим шагом является определение рабочей жидкости и определитесь с основными уравнениями или таблицами для использования. В этом случае рабочая жидкость воздух, и мы решили использовать в среднем температура 900К на протяжении всего цикла для определения удельной теплоемкости значения емкости, представленные в таблице Удельная теплоемкость воздуха .

Теперь мы пройдем все четыре процесса, чтобы определить температуру и давление в конце каждого процесса.

Обратите внимание, что альтернативный метод оценки Давление P 2 заключается в простом использовании уравнения состояния идеального газа следующим образом:

Любой подход является удовлетворительным - выберите любой вам удобнее. Теперь мы продолжим с топливом Процесс постоянного давления впрыска:



Обратите внимание, что хотя проблема запрашивает "нетто выходная мощность за цикл "мы рассчитали только тепло и разогреть.В случае с дизельным двигателем это намного проще оценить значения тепла, и мы можем легко получить чистую работу от энергетический баланс за полный цикл, следующим образом:

Вас может удивить нереально высокая температура эффективность получена. В этом идеализированном анализе мы проигнорировали многие эффекты потерь, которые существуют в практических тепловых двигателях. Мы начнем понять некоторые из этих механизмов потери, когда мы изучаем второй закон в главе 5 .

______________________________________________________________________________

к части d) Первый Закон - Велосипеды Отто

______________________________________________________________________________________


Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли лицензирован под Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 США Лицензия

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020