Duální cyklus: 11 důležitých faktorů s tím souvisejících

Obsah : Duální cyklus

Co je to duální cyklus?

Duální spalovací cyklus | Smíšený cyklus | Sabatheův cyklus

Duální cyklus je pojmenován podle rusko-německého inženýra Gustava Triklera. Je také známý jako smíšený cyklus, Trinklerův cyklus, seiligerův cyklus nebo sabathe cyklus.

Duální cyklus je kombinací Ottoova cyklu s konstantním objemem a dieselového cyklu s konstantním tlakem. Přidávání tepla probíhá v tomto cyklu ve dvou částech. Částečné přidávání tepla probíhá při konstantním objemu podobném Ottovu cyklu, zatímco zbývající částečné přidávání tepla probíhá při konstantním tlaku podobném naftovému cyklu. Význam takové metody přidávání tepla spočívá v tom, že poskytuje více času na palivo pro úplné spalování.

Duální cyklus FV diagramu Duální cyklus TS Diagram

Duální cyklus zahrnuje následující operace:

Proces 1-2 navazuje na reverzibilní adiabatický resp Izentropický komprese
V procesu 2-3 dochází k částečnému zahřívání s konstantním objemem
V procesu 3-4 probíhá konstantní tlak parciálního tepla
Proces 4-5 sleduje reverzibilní adiabatickou nebo isentropickou expanzi.
V procesu 5-1 dochází k odmítnutí konstantního objemu tepla

Duální cyklus TS diagramu — Schéma TS
Obrázek kreditu:Shoji Yamauchi, TS graf Sabatheova cyklu, CC BY-SA 4.0

Duální cyklus FV diagramu — FV diagram
Obrázek kreditu: Shoji Yamauchi, PV graf Sabatheova cyklu, CC BY-SA 4.0

Účinnost duálního cyklu | Dvoucyklová tepelná účinnost

Účinnost duálního cyklu je dána vztahem

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Kde, r_p = Tlakový poměr = P₃/P₂

r_k = kompresní poměr = V₁/V₂

r_c = mezní poměr = V₄ /V₃

r_e = expanzní poměr = V₅/V₄

Když rc = 1, cyklus se stane Ottoův cyklus

rp = 1, cyklus se stane dieselový cyklus.

Duální cyklus FV a TS diagramu

Soubojový cyklus 1 — FV diagram
Obrázek kreditu: Shoji Yamauchi, PV graf Sabatheova cyklu, CC BY-SA 4.0

Soubojový cyklus 2 — Schéma TS
Obrázek kreditu:Shoji Yamauchi, TS graf Sabatheova cyklu, CC BY-SA 4.0

Standardní vzduchový duální cyklus | Derivace účinnosti duálního cyklu

Duální cyklus zahrnuje následující operace:

Proces 1-2 navazuje na reverzibilní adiabatický resp Izentropický komprese
V procesu 2-3 dochází k částečnému zahřívání s konstantním objemem
V procesu 3-4 probíhá konstantní tlak parciálního tepla
Proces 4-5 sleduje reverzibilní adiabatickou nebo isentropickou expanzi.
V procesu 5-1 dochází k odmítnutí konstantního objemu tepla

Celkové dodané teplo je dáno vztahem

$Q_s = mC_v [T_3-T_2] + mC_p [T_4-T_3]$

Kde je teplo dodáváno při stálém objemu

$Q_v = mC_v [T_3-T_2]$

Kde je teplo dodáváno za stálého tlaku

$Q_p = mC_p [T_4-T_3]$

Teplo odmítnuté při konstantním objemu je dáno vztahem

$Q_r = mC_v [T_5-T_1]$

Účinnost duálního cyklu je dána vztahem

$\\eta=\\frac{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3 ]-mC_v [T_5-T_1 ])}{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3])}$

$\\\\\\eta=1-\\frac{(T_5-T_1)}{([T_3-T_2 ]+\\gamma[T_4-T_3])}\\\\\\\\ \\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Kde, r_p = Tlakový poměr = P₃/P₂

r_k = kompresní poměr = V₁/V₂

r_c = mezní poměr = V₄ /V₃

r_e = expanzní poměr = V₅/V₄

Když r_c = 1, cyklus se stane Otto cyklem

r_p= 1, cyklus se stane naftovým.

Střední efektivní tlak v duálním cyklu

Střední efektivní tlak duálního cyklu je dán vztahem

$M.E.P=\\frac{(P_1 [\\gamma r_p r_k^\\gamma (r_c-1)+r_k^\\gamma (r_p-1)-r_k (r_p r_c^\\gamma-1) ] )}{ (\\gamma-1)(r_k-1) }$

Kde, r_p = Tlakový poměr = P₃/P₂

r_k = kompresní poměr = V₁/V₂

r_c = mezní poměr = V₄ /V₃

r_e = expanzní poměr = V₅/V₄

Duální cyklus Otto Diesel Diagram

Otto Diesel Duel cyklus — Kredit: Wikipedia Commons

Srovnání Otto, nafta a duální cyklus

Případ 1: Pro podobný kompresní poměr a podobné tepelné i / p bude tento vztah

[Q_in]_osm = [Q_in]_Nafta

[Q_R]_osm<[Q_R]_Nafta

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

V tomto případě bude stejný kompresní poměr a stejný tepelný příkon

$\\eta_D<\\eta_{duální}<\\eta_O$

Případ 2: V tomto případě, stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla, bude tento vztah

[Q_in]_osm> [Otázka_in]_Nafta

[Q_R]_osm= [Q_R]_Nafta

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

V tomto případě stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla.

Viz také Přehřívač: 13 zajímavých faktů, které byste měli vědět

$\\eta_D<\\eta_{duální}<\\eta_O$

Případ 3: V tomto případě stejné maximální teploty a stejného odmítnutí tepla.

[Q_R]_osm= [Q_R]_{motorová nafta}

[Q_in]_{motorová nafta}> [Otázka_in]_osm

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D>\\eta_O$

Pro stejnou maximální teplotu a stejné odmítnutí tepla

$\\eta_D>\\eta_{duální}>\\eta_O$

Duální palivový cyklus motoru | Smíšený duální cyklus

Dvoudobý motor

Dvoupalivový motor pracuje primárně na naftový cyklus. Plynné palivo [Zemní plyn] je přiváděno do sacího systému motoru kompresorem při vyšším atmosférickém tlaku.

Během sacího zdvihu je do válce nasáván štíhlejší poměr vzduch / palivo [směs vzduchu a zemního plynu], přičemž následuje Ottův cyklus, který se používá u motoru se zapalováním. Malá dávka pilotního paliva je vstřikována v blízkosti horního mrtvého centra a podobně jako u vznětového motoru se vznítí na konci kompresního zdvihu, což způsobí spálení sekundárního plynu. Spalování probíhá hladce a rychle.

U dvoupalivového motoru pilotní palivo a sekundární palivo spalují současně v vznětovém motoru. Po stlačení sekundárního paliva při sacím zdvihu se jako zdroj vznícení použije pilotní palivo.

Provozní náklady tohoto motoru jsou nižší než u běžných vznětových motorů, aniž by došlo ke snížení výkonu, vysokého točivého momentu a přechodné odezvy.

Aplikace s duálním cyklem

Duální cyklus se široce používá u malých pohonných motorů a přenosných těžkých strojů, jako jsou vrtačky od společností jako Cummins atd. Hlavním důvodem, proč se duální cyklus používá v mobilních zařízeních, je vysoký poměr výkonu k hmotnosti ve srovnání s Ottovým a naftovým cyklem.
Mají širokou škálu použití v letadlech a lodích. Dvoudobý motor se také nazývá lodní motor.

Výhoda duálního cyklu

Vyšší tepelný výnos - metan má nejvyšší tepelný výkon na jednotku hmotnosti paliva, při spáleném metanu 50,500 44,390 kJ / kg ve srovnání s 43,896 XNUMX kJ tepla / kg spáleného benzínu nebo XNUMX XNUMX kJ tepla / kg spálené nafty. Mnoho motorů s dvojím spalováním používá jako startovací palivo zemní plyn, jehož primárním obsahem je metan, a to z důvodu jeho vyššího tepelného výkonu.
U dvoupalivového spalovacího motoru je třeba zakoupit místo jednoho paliva dvě paliva. To může pomoci, když má loď málo obou paliv a v místě doplňování paliva chybí jedno ze dvou paliv, která motor přijímá.
Potenciální rovnováha mezi čistým palivem a ekonomickým skladováním - zemní plyn potřebuje vyšší skladovací tlak a objem, ale nabízí lepší účinnost spalování. Nafta se snáze skladuje (je to kapalný olej), ale nehoří tak rychle při stejné teplotě a tlaku jako ostatní paliva. U duálního spalovacího motoru lze spustit dieselový motor a poté přepnout na zemní plyn, když je spalovací prostor dostatečně horký.

Problémy a řešení duálního cyklu

Motor CI má kompresní poměr 10. Teplo uvolňované při konstantním objemu je 2/3 celkového tepla, zatímco zbývající uvolňuje při konstantním tlaku. Počáteční tlak a teplota jsou 1 bar a 27^oC. Maximální tlak cyklu je 40 barů. Najděte teplotu na konci komprese a expanze. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Řešení: r_k = 10, str₁ = 1 bar = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K, str₃ = P₄ = 40 barů, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

Viz také 7 Fakta o motoru ventilátoru HVAC: co, velikost, typ, výměna

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Příkon tepla při konstantním objemu

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379 kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55 K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Standardní vzduchový duální cyklus před kompresním vzduchem je 100 kPa a 300 K. Během komprese se objem mění z 0.07 m³ na 0.004m³. Pro přidávání tepla s konstantním tlakem se teplota pohybuje od 1160 ° C do 1600 ° C. Najděte kompresní poměr; střední efektivní tlak a vypínací poměr pro cyklus.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K.

Kompresní poměr

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160 ° C = 1433 K, T.₄ = 1600 C = 1873 K.

Pro proces isentropické komprese

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Mezní poměr

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Pro proces isentropické expanze

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Celkové dodané teplo

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\ Q_s=793.81 kJ$

Teplo odmítnuto

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

Odvedená práce je dána

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Střední efektivní tlak pro duální cyklus

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

FAQ

Q.1) kde se používá duální cyklus?

Odpověď: - Duální cyklus se široce používá u malých pohonných motorů a přenosných těžkých strojů, jako jsou vrtačky, společnostmi jako Cummins atd. naftový cyklus.

Mají širokou škálu použití v letadlech a lodích. Dvoudobý motor se také nazývá lodní motor.

Otázka 2) Jaká je účinnost duálního cyklu?

Účinnost duálního cyklu je dána vztahem

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Kde, r_p = Tlakový poměr = P₃/P₂

r_k = kompresní poměr = V₁/V₂

r_c = mezní poměr = V₄ /V₃

r_e = expanzní poměr = V₅/V₄

Když r_c = 1, Z cyklu se stane Ottův cyklus

r_p= 1, cyklus se stane naftovým.

Otázka 3) Jaký je význam duálního cyklu v provozu dieselového motoru?

Dvoupalivový motor pracuje primárně na naftový cyklus. Plynné palivo [Zemní plyn] je přiváděno do sacího systému motoru kompresorem při vyšším atmosférickém tlaku.

Provozní náklady tohoto motoru jsou nižší než u běžných vznětových motorů, aniž by došlo ke snížení výkonu, vysokého točivého momentu a přechodné odezvy.

Otázka 4) Proč je duální cyklus známý jako smíšený cyklus?

Dvoupalivový motor pracuje primárně na naftový cyklus. Plynné palivo [Zemní plyn] je přiváděno do sacího systému motoru kompresorem při vyšším atmosférickém tlaku.

Viz také Poznámky k termodynamice: 13 faktů, které byste měli vědět

Provozní náklady tohoto motoru jsou nižší než u běžných vznětových motorů, aniž by došlo ke snížení výkonu, vysokého točivého momentu a přechodné odezvy.

Otázka 5) Co je cut-off poměr v duálním cyklu?

Mezní poměr pro duální cyklus je dán vztahem

r_c = mezní poměr = V₄ /V₃

Kde, V₄ = objem po částečném přidání tepla při konstantním tlaku

V₃ = objem po částečném přidání tepla při konstantním objemu

Q.6) Co je to Duální cyklus FV a TS diagramu ?

Chcete-li vidět odpověď Klikněte zde

Q.7) Duální cyklus řešený příklad.

Motor CI má kompresní poměr 10. Teplo uvolňované při konstantním objemu je 2/3 celkového tepla, zatímco zbývající uvolňuje při konstantním tlaku. Počáteční tlak a teplota jsou 1 bar a 27^oC. Maximální tlak cyklu je 40 barů. Najděte teplotu na konci komprese a expanze. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Řešení: r_k = 10, str₁ = 1 bar = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K, str₃ = P₄ = 40 barů, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Příkon tepla při konstantním objemu

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379 kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55 K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Standardní vzduchový duální cyklus před kompresním vzduchem je 100 kPa a 300 K. Během komprese se objem mění z 0.07 m³ na 0.004m³. Pro přidávání tepla s konstantním tlakem se teplota pohybuje od 1160 ° C do 1600 ° C. Najděte kompresní poměr; střední efektivní tlak a vypínací poměr pro cyklus.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300 K.

Kompresní poměr

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160 ° C = 1433 K, T.₄ = 1600 C = 1873 K.

Pro proces isentropické komprese

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Mezní poměr

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Pro proces isentropické expanze

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Celkové dodané teplo

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\ Q_s=793.81 kJ$

Teplo odmítnuto

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

Odvedená práce je dána

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Střední efektivní tlak pro duální cyklus

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

Chcete-li vědět o Polytropic Process (klikněte zde)a Prandtl číslo (Klikněte zde)

Hakimuddin Bawangaonwala

Jsem Hakimuddin Bawangaonwala, strojní inženýr s odbornými znalostmi v oblasti mechanického návrhu a vývoje. Dokončil jsem M. Tech v konstrukčním inženýrství a mám 2.5 roku zkušeností s výzkumem. Dosud byly publikovány dva výzkumné články o tvrdém soustružení a analýze konečných prvků u zařízení pro tepelné zpracování. Mou oblastí zájmu je konstrukce strojů, pevnost materiálu, přenos tepla, tepelné inženýrství atd. Zběhlý v CATIA a ANSYS softwaru pro CAD a CAE. Kromě výzkumu.

Obsah : Duální cyklus

Co je to duální cyklus?

Duální spalovací cyklus | Smíšený cyklus | Sabatheův cyklus

Duální cyklus FV diagramu Duální cyklus TS Diagram

Účinnost duálního cyklu | Dvoucyklová tepelná účinnost

Duální cyklus FV a TS diagramu

Standardní vzduchový duální cyklus | Derivace účinnosti duálního cyklu

Duální cyklus zahrnuje následující operace:

Střední efektivní tlak v duálním cyklu

Duální cyklus Otto Diesel Diagram

Srovnání Otto, nafta a duální cyklus

Duální palivový cyklus motoru | Smíšený duální cyklus

Dvoudobý motor

Aplikace s duálním cyklem

Výhoda duálního cyklu

Problémy a řešení duálního cyklu

Kompresní poměr

Pro proces isentropické komprese

Mezní poměr

Pro proces isentropické expanze

Celkové dodané teplo

Teplo odmítnuto

Odvedená práce je dána

Střední efektivní tlak pro duální cyklus

FAQ

Q.1) kde se používá duální cyklus?

Otázka 2) Jaká je účinnost duálního cyklu?

Otázka 3) Jaký je význam duálního cyklu v provozu dieselového motoru?

Otázka 4) Proč je duální cyklus známý jako smíšený cyklus?

Otázka 5) Co je cut-off poměr v duálním cyklu?

Q.6) Co je to Duální cyklus FV a TS diagramu ?

Q.7) Duální cyklus řešený příklad.

Příkon tepla při konstantním objemu

Kompresní poměr

Pro proces isentropické komprese

Mezní poměr

Pro proces isentropické expanze

Celkové dodané teplo

Teplo odmítnuto

Odvedená práce je dána

Střední efektivní tlak pro duální cyklus

Zanechat komentář

Ahoj kolego čtenáři,