Dieselový cyklus: 17 důležitých faktorů s ním souvisejících

Hlavní body:

Obsah:

Diesel cyklus

Vznětový motor vznikl Rudolph Diesel v roce 1892, a byla to poněkud modifikace zážehového motoru odstraněním zapalovací svíčky a zavedením vstřikovače paliva. Cílem bylo překonat problém týkající se komprese směsi vzduch-palivo a nahradit ji pouhým stlačením vzduchu a doplňováním paliva při vysokotlakém a vysokoteplotním vzduchu pro proces spalování.

Definice dieselového cyklu

Dieselový cyklus nebo Ideální naftový cyklus je cyklus výroby energie, který generuje čápa energetického při konstantním tlaku. Používá se v pístových spalovacích motorech s palivem jako nafta.

Spalovací cyklus nafty

Pracovní příkon požadovaný v naftovém cyklu je pro stlačování vzduchu a pracovní výkon je získán spalováním paliva, které způsobí elektrický zdvih. Spalování se považuje za konstantní tlak (izobarický proces), což vede ke zvýšení objemu a teploty.

Proces začíná nasáváním atmosférického vzduchu do válce, poté probíhá proces stlačení, jehož výsledkem je zvýšený tlak a teplota vzduchu.

Na konci této fáze je vzduch na vysoké teplotě a vysokém tlaku, jen kousek před koncem kompresního stupně je palivo přidáváno vstřikovačem paliva. při kontaktu paliva s tímto vysokoteplotním a vysokotlakým vzduchem se samovznítí a nastává stupeň spalování.

Spalování obohacujícího paliva má za následek generování energie, což má za následek energetický zdvih, tj. Píst je tlačen zpět s vysokým, což má za následek pracovní výkon než v posledním stupni, tj. Dochází k vyčerpání, aby se vypálil spálený plyn válec.

A pak se postup opakuje.

Abychom získali nepřetržitý výstup, musíme uspořádat počet válců, nikoli jen jeden.

Pv diagram naftového cyklu | naftový cyklus ts diagram pv a ts naftového cyklu | diagram naftového cyklu pv ts diagram cyklu nafty

Procesy:

1'-1: sání atmosférického vzduchu

Atmosférický vzduch je nasáván do válce k provedení procesu komprese. když se píst pohybuje dolů směrem k dolní úvrati.

systém funguje jako otevřený systém.

1-2: Isentropická adiabatická komprese

Píst se pohybuje od spodní části válce (BDC) k horní části válce (TDC), stlačuje vzduch adiabaticky a udržuje konstantní entropii. Nezohledňuje se žádná interakce tepla a tepla. Systém funguje jako uzavřený systém.

2-3: Přidávání tepla s konstantním tlakem

těsně před koncem kompresního zdvihu je palivo vstřikováno pomocí rozdělovače paliva a tato směs paliva s vysokou teplotou a vysokotlakým vzduchem vede k samovznícení paliva (na rozdíl od zážehového motoru nemá vznětový motor zapalovací svíčka, která pomáhá procesu spalování, má vstřikovací ventil paliva pro vložení paliva) a uvolňuje teplo ve velkém množství, což způsobuje sílu v hlavě pístu, která se pohybuje do BDC. Tento proces se provádí za konstantního tlaku. (Skutečný proces není možný při konstantním tlaku). V okamžiku, kdy palivo vstupuje do systému, funguje jako otevřený systém.

3-4: Isentropická adiabatická expanze

Píst se pohybuje z horní části válce (TDC) do spodní části válce (BDC) v důsledku silového výsledku spalování. A expanze probíhá při konstantní entropii. Nezohledňuje se žádná tepelná interakce.

systém funguje jako uzavřený systém.

4-1-4 ': Odtah spálených plynů

Spálený plyn je vypouštěn z výfukového otvoru, aby se zahájil další cyklus. systém opět funguje jako otevřený systém. předpokládáme, že proces vyčerpání probíhá při konstantním objemu.

Analýza dieselového cyklu

2. Ideální proces cyklu začíná, když píst dosáhne dolní úvrati a začne se pohybovat směrem k horní úvrati.

Pístový motor hraje jako uzavřený systém. Vzduch uvnitř válce je stlačován pístem. komprese je isentropicko-adiabatická komprese. (Žádná tvorba entropie a žádná tepelná úvaha). V důsledku stlačení dosahuje vzduch vysokého tlaku a vysoké teploty.

Než píst dosáhne horní části válce (TDC), palivo prochází skrz potrubí do válce.

Toto zavedené palivo je ve formě spreje; při kontaktu paliva s vysokotlakým a vysokoteplotním prostředím se samovznítí (není třeba zapalovací svíčka), což způsobuje uvolňování energie (chemická energie se přeměňuje na tepelnou energii).

Odvození dieselového cyklu | vzorec naftového cyklu

Teplo odmítnuto:

[latex]teplo\ odmítnuto.\ Q_{2}=\ Q_{4-1} =\ m\ Cv\ (T_4-T_1)[/latex]

Pracovní výstup:

[latex]W_{net}=Q_{net}= Q_1-Q_2[/latex]

[latex]W_{net}= Q_{2-3} -Q_{4-1}[/latex]

[latex]W_{net}=m\ Cp\ (T_3-T_2)-m\ Cv\ (T_4-T_1)[/latex]

Kompresní poměr

[latex]r_{k}=\ \frac{V_1}{V_2}=\ \frac{v_1}{v_2}[/latex]

Rozšiřující poměr

[latex]r_{e}=\ \frac{V_4}{V_3}=\ \frac{v_4}{v_3}[/latex]

Mezní poměr:

[latex]r_{c}=\ \frac{V_3}{V_2}=\ \frac{v_3}{v_2}[/latex]

můžeme korelovat výše uvedenou rovnici ve formě níže:

Kompresní poměr lze definovat jako součin expanzního poměru a mezního poměru.

[latex]r_{k}=\ r_e\times r_c[/latex]

Podívejme se na odvození každého jednotlivého procesu:

Proces 3-4:

[latex]\frac{T_4}{T_3}=\ \left ( \frac{v_3}{v_4} \right )^{\gamma -1}=\frac{1}{{r_e}^{\gamma -1 }}[/latex]

[latex]T_4=\ T_3\ .\ \frac{{r_c}^{\gamma -1}}{{r_k}^{\gamma -1}}[/latex]

Proces 2-3:

[latex]\frac{T_2}{T_3} =\ \frac{p_2 v_2}{p_3v_{3}}=\ \frac{v_2}{v_3}=\ \frac{1}{r_c}[/latex]

[latex]T_2=\ T_3\ .\ \frac{1}{r_c}[/latex]

Proces 1-2:

[latex]\frac{T_1}{T_2}=\ \left ( \frac{v_2}{v_1} \right )^{\gamma -1}=\frac{1}{{r_k}^{\gamma -1 }}[/latex]

[latex]T_1=T_2\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}=\ \frac{T_3}{r_c}\ .\ \frac{1}{{r_k}^{ \gamma -1}}[/latex]

dále použijeme tyto teplotní hodnoty k získání rovnice účinnosti.

Účinnost odvození dieselového cyklu | účinnost naftového cyklu | odvození účinnosti naftového cyklu | standardní účinnost vzduchu v naftovém cyklu | vzorec pro účinnost dieselového cyklu | odvození účinnosti naftového cyklu | tepelná účinnost dieselového cyklu

Účinnost

[latex]Efektivita=\ \frac{Práce\ výstup}{Práce\ vstup}[/latex]

[latex]\eta =\ \frac{W_{net}}{Q_{in}}[/latex]

[latex]\eta =\ \frac{Q_1-Q_2}{Q_{1}}[/latex]

[latex]\eta =\1- \frac{Q_2}{Q_{1}}[/latex]

[latex]\eta =\1- \frac{m\ Cv\ (T_4-T_1))}{m\ Cp\ (T_3-T_2)}[/latex]

[latex]\eta =\1- \frac{T_4-T_1}{\gamma \ (T_3-T_2)}[/latex]

Nahrazením T₁,T₂,T₃ v eff enq

[latex]\eta =\ 1\ -\ \frac{T_3.\frac{{r_c}^{\gamma -1}}{{r_k}^{\gamma -1}}.\frac{T_3}{r_c }\frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}}{\gamma \left ( T_3-T_3\ . \frac{1}{r_c}\right )}[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-\ \frac{1}{\gamma }\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}\ .\ \frac{{ r_c}^{\gamma }-1}{{r_c}-1}[/latex]

Kompresní poměr dieselového cyklu

Kompresní poměr dieselového cyklu je poměr maximálního objemu dostupného ve válci, když je píst v dolní úvrati (BDC), a minimálního dostupného objemu, když je píst v TDC.

[latex]Komprese\ poměr= \frac{Total\ objem}{clearance\ objem}[/latex]

[latex]r_{k}=\ \frac{V_1}{V_2}=\ \frac{v_1}{v_2}[/latex]

Vzorec středního efektivního tlaku pro naftový cyklus

Střední efektivní tlak je poměr provedeného sítí k rozmítanému objemu

[latex]MEP = \frac{net work-output}{Swept\ volume}[/latex]

[latex]MEP = \frac{m\ Cp\ (T_3-T_2)-m\ Cv\ (T_4-T_1)}{v_1-v_2}[/latex]

Mezní poměr v naftovém cyklu

Mezní poměr v naftovém cyklu je definován jako poměr objemu po spalování k objemu před spalováním.

[latex]Mezní hodnota\ ratio= \frac{Compression\ ratio}{Expanze\ ratio}[/latex]

[latex]r_{c}=\ \frac{V_3}{V_2}=\ \frac{v_3}{v_2}[/latex]

Semi naftový cyklus

Semi dieselový cyklus, také známý jako duální cyklus, je kombinací otto a dieselových cyklů.

V tomto semi-naftovém / duálním cyklu se teplo přidává jak při konstantním objemu, tak při stálém tlaku.

(existuje pouze jednoduchá modifikace, část přidaného tepla je pod konstantním objemem a zbývající část tepla se přidává při stálém tlaku)

1-2: Isentropická adiabatická komprese:

Vzduch je stlačován adiabaticky, udržuje entropii konstantní a bez tepelné interakce.

2-3: Konstantní objem Přidávání tepla:

těsně před koncem kompresního zdvihu, tj. píst dosáhne TDC válce, je palivo
přidán a spalování probíhá za izochorických podmínek (konstantní objem).

3-4: Konstantní tlak Přidávání tepla

Část spalování se rovněž provádí při konstantním tlaku. a tím je přidávání tepla dokončeno.

4-5: Isentropická adiabatická expanze

Nyní, když je generováno velké množství síly, tlačí nyní píst a způsobuje zdvih.

Pracovní výstup je získán v tomto bodě.

5-6: Konstantní objem Odmítnutí tepla

Na konci je spálený plyn vypuštěn ze systému, aby se zajistilo místo pro čerstvý přívod vzduchu a provedl další cyklus.

Dvoutaktní nafta

Dvoutaktní vznětový motor, známý také jako dvoutaktní naftový motor, funguje podobně jako čtyřdobý naftový motor. Ale dává silový zdvih pro každou otáčku, zatímco čtyřtaktní motor dává silový zdvih pro dvě otáčky.

Uvnitř válce je přenosový port, který nese dvě operace současně.

Když dochází ke kompresi, dochází také k sání.

A když dojde k expanzi, dojde ke vstupu vzduchu bohatého na kyslík a nechá spaliny spalovat

Zároveň.

Rozdíl mezi naftovým a otto cyklem nafta vs otto cyklus

parametry	Dieselový cyklus	Ottoův cyklus
Definovat	Dieselový cyklus nebo Ideální naftový cyklus je cyklus výroby energie, při kterém k přídavku tepla dochází při konstantním tlaku.	Ottův cyklus je také ideálním cyklem výroby energie, kde se přídavek tepla odehrává za izochorických podmínek (konstantní objem).
Schéma TS
Proces	Dva izentropické (1-2 a 3-4) Jeden izobarický přídavek tepla (2-3) Jedno izochorické odmítnutí tepla (4-1)	Dva izentropické (1-2 a 3-4) jeden isochorický přídavek tepla (2-3) jedno isochorické odmítnutí tepla (4-1)
Kompresní poměr	Účinnost dieselového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.	Účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.
Stejný kompresní poměr	Účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.	Účinnost dieselového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.
Stejný maximální tlak	Účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.	Účinnost dieselového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.
Aplikace	Dieselový cyklus se používá pro vznětový / IC motor	Otto cyklus se používá pro benzínový / zážehový motor

rozdíl mezi naftovým cyklem otto a duálním cyklem

parametry	Dieselový cyklus	Ottoův cyklus	Duální cyklus
Definovat	Dieselový cyklus nebo Ideální naftový cyklus je cyklus výroby energie, při kterém k přídavku tepla dochází při konstantním tlaku.	Ottův cyklus je také ideálním cyklem výroby energie, kde se přídavek tepla odehrává za izochorických podmínek (konstantní objem).	Dvoucyklový nebo polodieselový cyklus je kombinací Ottova a naftového cyklu. V tomto cyklu se teplo přidává jak při izochorických podmínkách (konstantní objem), tak při izobarických podmínkách (konstantní tlak).
Schéma TS
Proces	Dva izentropické (1-2 a 3-4) Jeden izobarický přídavek tepla (2-3) Jedno izochorické odmítnutí tepla (4-1)	Dva isentropické (1-2 a 3-4) jeden izochorický přídavek tepla (2-3) jedno izochorické odmítnutí tepla (4-1)	Dva izentropické (1-2 a 4-5) Jeden izochorický přídavek tepla (2-3) Jeden izobarický přídavek tepla (3-4) Jedno izochorické odmítnutí tepla (4-1)
Kompresní poměr	Kompresní poměr je 15-20	Kompresní poměr je 8-10	Kompresní poměr je 14
Stejný kompresní poměr	Účinnost naftového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.	Účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.	Účinnost je mezi oba cykly (tj. Otto a diesel)
Stejný maximální tlak	Účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.	Účinnost naftového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.	Účinnost je mezi oba cykly (tj. Otto a diesel)
Aplikace	Dieselový cyklus se používá pro vznětový / IC motor	Otto cyklus se používá pro benzínový / zážehový motor	Pro IC motor se používá duální cyklus.

Aplikace dieselového cyklu

Vznětové spalovací motory:

• Automobilové motory
• Lodě a námořní aplikace
• Přepravní vozidla.
• stroje používané v zemědělství
• stavební stroje a zařízení
• vojenské a obranné
• HVAC
• Generátor elektřiny

Výhody vznětového motoru

Nové pokročilé vylepšily výkon vznětového motoru, jsou méně hlučné a mají nízké náklady na údržbu.

Vznětový motor je spolehlivý a robustní.

Není potřeba zapalovací svíčka, použité palivo má samozápalnou povahu.

náklady na palivo jsou také nízké ve srovnání s benzínem.

problémy se vzorkem dieselového cyklu | příklad naftového cyklu | příklady problémů s naftovým cyklem

Q1. Jaká bude účinnost dieselového cyklu s kompresním poměrem 14 a mezní hodnotou 6%?

Ans =

[latex]r_k=\frac{v_1}{v_2}=14[/latex]

[latex]v_3-v_2=0.06(v_1-v_2)[/latex]

[latex]v_3-v_2=0.06(14v_2-v_2)[/latex]

[latex]v_3-v_2=0.78v_2[/latex]

[latex]v_3=1.78v_2[/latex]

Mezní poměr, [latex]r_c=\frac{v_3}{v_2}=1.78[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-\ \frac{1}{\gamma }\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}\ .\ \frac{{ r_c}^{\gamma }-1}{{r_c}-1}[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-\ \frac{1}{1.4}\ .\ \frac{1}{{14}^{\1.4 -1}}\ .\ \frac{{1.78 }^{1.4 }-1}{{1.78}-1}[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-0.248.\frac{1.24}{0.78}=0.605[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=60.5[/latex]%

Q2. Standardní naftový cyklus s kompresním poměrem 16, teplo se přidává při konstantním tlaku 0.1 MPa. Komprese začíná při 15 ° C a na konci spalování dosahuje 1480 ° C.

Najděte následující:

1. Mezní poměr

2. Přidané teplo / kg vzduchu

3. Účinnost

4. Poslanec

Ans =

[latex]r_k=\frac{v_1}{v_2}=16[/latex]

T₁= 273 + 15 = 288 tis

p₁= 0.1 MPa = 100 KN / m²

T₃ = 1480 + 273 = 1735 tis

[latex]\frac{T_2}{T_1}= \left ( \frac{v_1}{v_2} \right )^{\gamma -1}=(16)^{0.4}=3.03[/latex]

[latex]T_2= 288 \krát 3.03= 873 kB[/latex]

[latex]\frac{p_2v_2}{T_2}=\frac{p_3v_3}{T_3}[/latex]

a) Mezní poměr:
[latex]r_c=\frac{v_3}{v_2}=\frac{T_3}{T_2}=\frac{1753}{273}=2.01[/latex]

b) Dodávané teplo:
[latex]Q_1=Cp\ (T_3-T_2)[/latex]

[latex]Q_1=1.005\ (1753-873)[/latex]

[latex]Q_1=884.4 kJ/kg[/latex]

[latex]\frac{T_3}{T_4}=\left ( \frac{v_4}{v_3} \right )^{\gamma -1}=\left ( \frac{v_1}{v_2}\times \frac{ v_2}{v_3} \right )^{\gamma -1}=\left ( \frac{16}{2.01} \right )^{0.4}=2.29[/latex]

[latex]T_4=\frac{1753}{2.29}=766\ K[/latex]

teplo vyvrženo,

[latex]Q_2=Cv\ (T_4-T_1)[/latex]

[latex]Q_2=0.718\ (766-288)=343.2kJ/kg[/latex]

(c) Účinnost cyklu = [latex]1-\frac{Q_2}{Q_1}[/latex]

[latex]\eta =1-\frac{343.2}{884.4}=0.612=61.2[/latex]%

Může být také určeno;

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-\ \frac{1}{\gamma }\ .\ \frac{1}{{r_k}^{\gamma -1}}\ .\ \frac{{ r_c}^{\gamma }-1}{{r_c}-1}[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=\ 1-\ \frac{1}{1.4}\ .\ \frac{1}{{16}^{1.4 -1}}\ .\ \frac{{2.01} ^{1.4 }-1}{{2.01}-1}[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=1-\frac{1}{1.4}.\frac{1}{3.03}.1.64[/latex]

[latex]\eta _{Diesel}=0.612= 61.2[/latex]%

[latex]W_{net}=Q_1\times \eta _{cyklus}[/latex]

[latex]W_{net}=884.4\krát 0.612\krát = 541.3 kJ/kg[/latex]

[latex]v_1=\frac{RT_1}{p_1}=\frac{0.287\times 288}{100}=0.827m^{3}/kg[/latex]

[latex]v_2=\frac{0.827}{16}=0.052\ m^3/kg[/latex]

[latex]\therefore\ v_1-v_2=0.827-0.052=0.775\ m^3/kg[/latex]

d) střední efektivní tlak (MEP):

[latex]MEP=\frac{W_{net}}{v_1-v_2}=\frac{541.3}{0.775}=698.45 kPa[/latex]

Nejčastější dotazy

Ottův cyklus vs. účinnost naftového cyklu

Při stejném kompresním poměru: účinnost dieselového cyklu je více srovnatelná s Ottovým cyklem.
Při stejném maximálním tlaku: účinnost dieselového cyklu je ve srovnání s Ottovým cyklem nižší.

Tabulka cyklů nafty

Když se účinnost naftového cyklu blíží účinnosti Ottova cyklu

Účinnost dieselového cyklu se blíží účinnosti Ottova cyklu, když se mezní poměr blíží nule.

Proč jsou motory, které používají naftový cyklus, schopné produkovat více točivého momentu než motory využívající Ottův cyklus

Vznětový motor má větší kompresní poměr než motor s Ottovým cyklem.

Spalování v dieselovém cyklu probíhá při TDC na konci kompresního zdvihu a způsobuje pohyb pístu směrem dolů. Zatímco v Ottoův cyklus, spalování motoru probíhá, když se píst mírně pohybuje směrem k BDC a přispívá k získání rychlosti.

Nafta je hustší než benzín (používaný v Ottově cyklu), který generuje více energie z hlediska výkonu.

Také na velikosti záleží; délka zdvihu a průměr vrtání vznětového motoru je větší než Ottoův cyklus motor.

Proč nelze použít benzín v naftovém cyklu.

Těkavost benzinu je mnohem vyšší než u nafty; ještě před dokončením kompresního zdvihu vysoký tlak odpaří palivo.

Benzín se tedy v nekontrolované látce vznítí, což způsobí detonaci a vynechání jiskry.

bude to mít za následek poškození válce, proto byste nikdy neměli nastartovat motor, pokud k takovému incidentu dojde. Doporučuje se kontaktovat dotyčnou osobu, aby odstranila benzín z motoru.

Proč je vznětový cyklus použitelný pouze pro velké nízkorychlostní motory

Dieselový cyklus využívá palivo, které je viskóznější a výroba energie z hlediska točivých momentů je vyšší.

Když jsme vyžaduje použití vysokého zatížení, nemůžeme použít benzínový motor protože účinnost bude nižší pro podmínky zatížení a spotřebuje více paliva.

tedy vznětový motor bude přínosem zde, kde je výroba energie spíše při nízkých otáčkách.

pro další článek související s Strojírenství Navštivte náš webových stránkách .