რა არის ოტოს ციკლი და დიზელის ციკლი და როგორ განისაზღვრება ისინი?

ორივე წარმოადგენს თეორიულ მოდელებს, რომლებიც გამოიყენება გაზის თერმოდინამიკური ციკლების აღსაწერად. ხორციელდება ოთხტაქტიან შიგაწვის ძრავებში ნაპერწკლის ანთებით და თვითანთებით შესაბამისად.

ოტოს ციკლი თავის სახელს ატარებს იმით, რომ ეს იყო გერმანელი ინჟინერი ნიკოლაუს ოტო, რომელმაც 1876 წელს შექმნა ეს. ნაპერწკალი აალება ოთხტაქტიანი ძრავა, რომელიც ეფუძნება 1862 წელს შემოთავაზებულ მოდელს Beau de-ს მიერ როჩასი. ეს ძრავა ახორციელებს ოთხ თერმოდინამიკურ პროცესს ორ მექანიკურ ციკლში. თავის მხრივ, დიზელის ციკლი შეიქმნა 1890-1897 წლებში რუდოლფ დიზელის მიერ გერმანიაში სატრანსპორტო კომპანიისთვის MAN-ისთვის. განზრახვა აწარმოოს ძრავები უფრო მაღალი წარმადობით, ვიდრე ორთქლის ძრავები სხვა საწვავისგან, რომლებიც უფრო მაღალს გვთავაზობენ ეფექტურობები. ეს ქმნილება მას შემდეგ დაიხვეწა და მაგალითად, 1927 წელს კომპანია BOSH-მა გამოუშვა ტუმბო. დიზელის ინექცია, რამაც ხელი შეუწყო საწვავის მოხმარების შემცირებას, რაც უფრო ეკონომიურია, ვიდრე ბენზინი.

სურათზე ნაჩვენებია სქემა ყველაზე წარმომადგენლობითი ელემენტებით, რომლებიც აღწერს ოტოს ციკლს

დიზელის ციკლები თეორიულად აღწერს ECOM ძრავების მუშაობას (შეკუმშვით ანთების ძრავები). დიაგრამა გვიჩვენებს ამ ციკლის ზოგიერთ მახასიათებელს.

შიდა წვის ძრავების თერმოდინამიკური პროცესები

ზოგადი, ოთხტაქტიანი ორმხრივი ძრავები პრაქტიკაში შედგება ოთხი პროცესისგან: შეყვანა, შეკუმშვა, გაფართოება და გამონაბოლქვი.

როგორც ნაპერწკალი აალებადი ძრავებში, ასევე დიზელის ძრავებში, შეყვანის პროცესში, ცილინდრში იხსნება შემავალი სარქველი, რათა ჰაერი შევიდეს (დიზელის ძრავების შემთხვევაში). დიზელის ძრავები) და ჰაერი და საწვავი (ნაპერწკალი აალების ძრავებში), რომელიც ხდება ატმოსფერული წნევის დროს (ამისთვის საჭიროა ცილინდრის შიგნით წნევა ქვედა). ამ მოცულობის ცილინდრში შეყვანა დგუშს მოძრაობს ქვედა მკვდარი ცენტრისკენ (BDC) მანამ, სანამ არ მიაღწევს მაქსიმალურ მოცულობას, სადაც შემავალი სარქველი იხურება.

შეკუმშვის პროცესის დროს, მიმღები და გამონაბოლქვი სარქველები რჩება დახურული და დგუში მოძრაობს ზედა მკვდარი წერტილისკენ (TDC), კამერის შიგთავსის შეკუმშვა მოცულობის მიღწევამდე მინიმალური. ნაპერწკალი აალების ძრავებისგან განსხვავებით, სადაც შეკუმშვის კოეფიციენტი დაახლოებით არის 11-ზე, დიზელის ძრავების ცილინდრებში ეს თანაფარდობა უნდა იყოს უფრო მაღალი, დაახლოებით 18. ეს გრძელი გზა საშუალებას იძლევა მიაღწიოს უფრო მაღალ ტემპერატურას, რათა გარანტირდეს საწვავის ავტომატური აალება შემდეგ პროცესში, ანუ ტემპერატურა ჰაერი შეკუმშვის პროცესის დასასრულს უნდა იყოს უფრო მაღალი ვიდრე საწვავის თვითანთებისას მოცემული ჰაერი, რათა შეკუმშვის პალატაში შესვლისას აალდეს. წვის.

დიზელის ციკლებისთვის საჭიროა უფრო დიდი ცილინდრები, ვიდრე ბენზინის ან გაზის ძრავები ორივე ჩვეულებრივ გამოიყენება სატვირთო მანქანებში ან დიდ სატრანსპორტო საშუალებებში, ასევე აგრომრეწველობა.

პროცესი, რომელიც მოჰყვება არის გაფართოების ან დენის დარტყმის პროცესი და ის იწყება, როდესაც დგუში აღწევს ზედა მკვდარ ცენტრს. ნაპერწკალი აალების ძრავებში, წვა პრაქტიკულად მყისიერია და ხდება მისი მეშვეობით სანთლის მიერ წარმოქმნილი ნაპერწკლის აალება, რაც იწვევს ჰაერის და ნარევის წვას. საწვავი. ECOM ძრავების შემთხვევაში, პროცესი ოდნავ ნელია, იწყება მაშინ, როდესაც დგუში არის TDC-ზე და ინჟექტორები ასხურებენ საწვავს კამერაში. დიზელის ან გაზის ზეთის მაღალ ტემპერატურაზე ჰაერთან შეხებისას ეს ნარევი აალდება და მიჰყავს დგუში BDC-ისკენ, აფართოებს წვის აირებს და იწვევს ძრავის ამწე ლილვის ბრუნვას. ძრავა.

სურათზე ნაჩვენებია შიდა წვის ძრავის ცილინდრი. თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ სარქველები და დგუში.

დაბოლოს, არის გამონაბოლქვი სარქვლის გახსნა ისე, რომ დგუში ამოდის და ანაცვლებს წვის გაზებს და ციკლი ისევ იწყება.

დიზელის ძრავებში სანთლები არ გამოიყენება როგორც ბენზინის ძრავებში, რადგან წვის პროცესი მიმდინარეობს წარმოიქმნება წვის პალატაში წნევისა და ტემპერატურის პირობების წყალობით ინექციის მომენტში საწვავი.

იმისათვის, რომ გამარტივდეს გამოთვლები და თერმოდინამიკური ანალიზი ძრავების ცილინდრებში შიდა წვის, გარკვეული ვარაუდები, როგორიცაა სტანდარტული ჰაერის მოსაზრებები და რომ პროცესები არის შექცევადი. ამ შენობების მეშვეობით ვითარდება ოტო და დიზელის ციკლები, რათა ჩამოყალიბდეს ოთხი პროცესი, როგორც ნაჩვენებია შემდეგ სურათზე:

ოთხტაქტიანი შიდა წვის ძრავების ოთხი პროცესი.

1-2: იზენტროპული შეკუმშვა
2-3: სითბოს დამატება. ოტოს ციკლებში ეს პროცესი ვარაუდობენ მუდმივ მოცულობაში (იზოკორი) და დიზელის ციკლებში ის უახლოვდება ერთს მუდმივი წნევით (იზობარი).
3-4: იზენტროპული გაფართოება
4-1: მუდმივი მოცულობის სითბოს უარყოფა (იზოქორული)

მარცხნივ დიაგრამა გვიჩვენებს პროცესებს, რომლებიც მიმდინარეობს ნაპერწკალი აალების ძრავებში. პრაქტიკაში, ეს არის ღია პროცესი, რომელიც მოითხოვს გარე ჰაერის მიღებას და გამონაბოლქვი აირების გამოდევნას გარემოში. მარჯვნივ, ამ მოდელის გამარტივება შეინიშნება, როგორც დახურული ციკლი, რომელიც ჩამოყალიბებულია ორი იზენტროპული პროცესით და ორი იზოქორით.

დიზელის ციკლში მიღებისა და გამონაბოლქვის პროცესები იცვლება მუდმივი წნევის სითბოს დამატების და მუდმივი მოცულობის სითბოს უარყოფით პროცესებით. გარდა ამისა, შეკუმშვისა და გაფართოების პროცესები ვარაუდობენ, რომ არის იზენტროპიული.

ოთხტაქტიანი შიდა წვის ძრავები არ გამოიყენება მხოლოდ სატრანსპორტო ინდუსტრიაში. მათ ასევე აქვთ გარკვეული აპლიკაციები საცხოვრებელ და სამრეწველო დონეზე, მაგალითად, კოგენერაციის გამოყენებისთვის და მიიღეთ ელექტროენერგია (ან მექანიკური ენერგია) და სითბო ერთი ძირითადი წყაროდან, რომელიც იქნება საწვავი გამოყენებული. თუმცა, კოგენერაციის მიზნებისთვის, Otto ციკლები და გაზის ტურბინები უფრო გავრცელებულია.

ოთხტაქტიანი შიდა წვის ძრავების ეფექტურობა

ყველა თერმოდინამიკური ციკლის მსგავსად, გაზის ციკლები გვთავაზობენ მათი შესრულების საზომს თერმული ეფექტურობის საფუძველზე (η_ტერ), რომელიც გვიჩვენებს კავშირი ქსელის მუშაობას შორის wneto გაყოფილი სითბოს შეყვანის ქენტზე:

\(_{Ter = }\frac{{{w_{net}}}}{{{q_{ent}}}} = \frac{{{q_{ent}} – {q_{sal}}}}{ {{q_{in}}}} = 1 – \frac{{{q_{მარილი}}}}{{{q_{in}}}}\)

სად:
რა_{მარილი} წარმოადგენს იზოქორული სახით უარყოფილ სითბოს.

ქ_{მარილი} იგი განისაზღვრება შიდა ენერგიის (u) ცვლილებით იმ მდგომარეობებს შორის, სადაც ხდება სითბოს უარყოფის პროცესი, ანუ მდგომარეობები 4 და 1. ეს რაოდენობა აღებულია ორთქლის ცხრილებიდან და მნიშვნელობების დასადგენად საჭიროა ვიცოდეთ ორი ინფორმაცია მდგომარეობის შესახებ, მაგალითად, ტემპერატურა და წნევა. გარდა ამისა, საჭიროა გამოვიყენოთ მდგომარეობის განტოლება (P.v = R.T) და წნევის, მოცულობის ან ზეწოლის/ფარდობითი მოცულობის მიმართება, რომელიც ხდება იზენტროპულ პროცესებს შორის.

Otto ციკლებში სითბოს დამატების პროცესი ხორციელდება მუდმივი მოცულობით, შესაბამისად შეყვანილი სითბო q_in განისაზღვრება შინაგანი ენერგიის ცვლილებით 2 და 3 მდგომარეობებს შორის, ანუ u₃ - ან₂:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{u_3} – {u_2}}}\)

დიზელის ციკლებისთვის სითბოს დამატების პროცესის შემთხვევაში, ეს ჩაითვლება მუდმივ წნევაზე და შემავალი სითბო q_in, გამოითვლება ენთალპიის ცვლილებიდან (h) მდგომარეობებს შორის, სადაც ეს პროცესი მიმდინარეობს, ანუ 3 და 2 მდგომარეობებს შორის. ამ მოსაზრებებიდან გამომდინარე, დიზელის ციკლის ეფექტურობა შეიძლება განისაზღვროს გამოთქმის გამოყენებით:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{h_3} – {h_2}}}\)

ეს სქემა აჩვენებს გარკვეულ განსხვავებებს ოტოს ციკლსა და დიზელის ციკლს შორის. თუ ორივე ძრავას შეეძლო მუშაობა ერთი და იგივე შეკუმშვის კოეფიციენტით (r), ოტოს ციკლები უფრო ეფექტური იქნება, თუმცა პრაქტიკაში დიზელის ძრავებს უფრო მაღალი შეკუმშვის კოეფიციენტები აქვთ.

შეკუმშვის კოეფიციენტი (r) და შეწოვის შეწყვეტა (r_გ)

ეს უგანზომილებიანი მნიშვნელობა არის პარამეტრი გაზის ციკლებში და გამოიხატება როგორც ბმული, რომელიც ხდება ცილინდრის მაქსიმალურ და მინიმალურ მოცულობებზე:

\(r = \frac{{{V_{max}}}}{{{V_{წთ}}}}\)

ორივე ოტოს და დიზელის ციკლში მაქსიმალური მოცულობა მიიღება 1 ან 4 მდგომარეობებში. მინიმალური მოცულობა Otto ციკლში ხდება 2 და 3 მდგომარეობებში, მაგრამ დიზელში ის მხოლოდ მე-2 მდგომარეობაშია.

ასევე განსაზღვრულია სპეციფიკური სიცხეების უგანზომილებიანი მუდმივი "k" და წარმოადგენს მუდმივ წნევაზე სპეციფიკური სითბოს ცვლადებთან მიმართებაში გამოვლენილ ურთიერთობას (C_გვ) და სპეციფიკური სითბო მუდმივი მოცულობით (C_ვ):

\(k = \frac{{{C_p}}}{{{C_v}}}\)

გარდა ამისა, დიზელის ციკლებში გამოიყენება ათვლის კოეფიციენტი ან შეწოვის დახურვა, რაც არის გამოითვლება მაქსიმალური მოცულობის მინიმალურ მოცულობაზე გაყოფით სითბოს დამატების პროცესში, ანუ თქვი:

\({r_c} = {\ მარცხნივ( {\frac{{{V_{max}}}}{{{V_{წთ}}}} \მარჯვნივ) n\;სითბოს} } = \frac{ {{V_3}}}{{{V_2}}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}\)

შიდა წვის ძრავების ეფექტურობა მუდმივი სპეციფიკური სითბოს დაშვებების გამოყენებით

გაზის ციკლში, ზოგჯერ შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ის მუშაობს სპეციფიკური სიცხეების ვარაუდით, რომლებიც არ იცვლება ტემპერატურის მიხედვით, რომელსაც ასევე უწოდებენ ცივ ჰაერს. სტანდარტი, (თუმცა პრაქტიკაში, თუ არსებობს ცვალებადობა), და ამ გათვალისწინებით, თითოეული ციკლის თერმული ეფექტურობა განისაზღვრება შემდეგით გამონათქვამები:

ოტოს ციკლისთვის

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\)

მარცხნივ დიაგრამა გვიჩვენებს მნიშვნელობების დამახასიათებელ დიაპაზონს შეკუმშვის კოეფიციენტისთვის ნაპერწკალი აალების ძრავებისთვის. მარჯვნივ, ოტო ციკლის ეფექტურობის ცვალებადობა შეინიშნება შეკუმშვის კოეფიციენტის (r) ფუნქციის სახით, k-ის სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის.

დიზელის ციკლისთვის

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\left[ {\frac{{{r_c}^k – 1}}{{k\left ( {{r_c} – 1} \right)}}} \right]\)

სად_ვ არის ჰაერის სპეციფიკური სითბო მუდმივი მოცულობით (C._ვ = 0,718 კჯ/კგ. კ.), და C._გვ სპეციფიკური სითბო მუდმივი წნევის დროს, რომელიც ჰაერისთვის ატმოსფერულ პირობებში არის C_გვ = 1.005 კჯ/კგ. კ.

დიაგრამა გვიჩვენებს შეკუმშვის კოეფიციენტის ტიპიურ დიაპაზონს (r) დიზელის ძრავებისთვის, ასევე ციკლის თერმული ეფექტურობის ცვალებადობა შეყვანის შემცირების კოეფიციენტების სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის (რ_გ).