Otto faze, uspešnost, aplikacije, rešene vaje

On Otto cikel Gre za termodinamični cikel, ki ga sestavljata dva izokorična procesa in dva adiabatska procesa. Ta cikel se pojavi na stisljivi termodinamični tekočini. Ustvaril ga je nemški inženir Nikolaus Otto konec 19. stoletja, ki je izpopolnil motor za notranje zgorevanje, predhodnik, od katerega nosijo sodobni avtomobili. Kasneje bo njegov sin Gustav Otto našel znano družbo BMW.

Cikel Otto velja za motorje za notranje zgorevanje, ki delujejo z mešanico zraka in hlapnim gorivom, kot so bencin, plin ali alkohol, in katerih zgorevanje se začne z električno iskrico.

Slika 1. Avtomobili v tekmovanju NASCAR. Vir: Pixabay.

[TOC]

Otto cikla faze

Koraki cikla Otto so:

1. Adiabatsko stiskanje (brez izmenjave toplote z okoljem).
2. Absorpcija kalorične energije v izokorični obliki (brez spreminjanja volumna).
3. Adiabatska širitev (brez izmenjave toplote z okoljem).
4. Izgon kalorične energije v izokorični obliki (brez spreminjanja volumna).

Slika 2, ki je prikazana spodaj, prikazuje v p -v diagramu (tlak - prostornina) različne faze cikla OTTO.

Slika 2. P-V diagram cikla OTTO. Vir: Self Made.

Aplikacija

Cikel OTTO velja enako za štiri motorje z notranjim zgorevanjem in dvema strehom.

-Motor s 4 -udarcem

Ta motor je sestavljen iz enega ali več batov v valju, vsak z enim (ali dvema) sesalnimi ventili in enim (ali dvema) izpušnimi ventili.

Tako se imenuje, ker ima njegovo delovanje le štiri dobro označene stopnje ali stopnje, ki so:

1. Sprejem.
2. Stiskanje.
3. Eksplozija.
4. Pobeg.

Te stopnje ali časi se pojavljajo za dva zavoja ročične gredi, ker se bat v času 1 in 2 znižuje in dvigne, in spet se spusti in dvigne v času 3 in 4.

Nato opišemo, kaj se zgodi v teh fazah.

Korak 1

Spuščanje bata z najvišje točke z odprtimi sesalnimi ventili in zaprtimi izpuhi, tako da mešanica zraka na gorivo sili bat med spustom.

Sprejem se zgodi med prehodom OA. Na tej stopnji je bila vključena mešanica zraka - gorivo, ki je stisljiva tekočina, na kateri bodo uporabljeni fazi AB, BC, CD in DA cikla OTTO.

2. korak

Malo, preden bat doseže najnižjo točko, oba ventila zapreta. Potem se začne vzpenjati tako, da stisne mešanico zračnega goriva. Ta postopek stiskanja se pojavi tako hitro, da praktično ne daje toplote okolju. V ciklu OTTO ustreza adiabatskemu procesu AB.

Vam lahko služi: Neptun (planet)

Korak 3

Na najvišji točki bata se s stisnjeno zmesjo in zaprtimi ventili pojavi eksplozivno zgorevanje mešanice, ki jo je začela iskra. Ta eksplozija je tako hitra, da se je bat komaj spustil.

V ciklu OTTO ustreza izokoričnemu procesu BC, kjer se toplota vbrizga brez občutne spremembe volumna, kar posledično poveča tlak mešanice. Toplota zagotavlja reakcija kemičnega zgorevanja zračnega kisika z gorivom.

4. korak

Zmes z visokim tlakom se razširi, da se bat spusti, medtem ko ventili ostanejo zaprti. Ta postopek se pojavi tako hitro, da je izmenjava toplote z zunanjostjo zanemarljiva.

Na tej točki se na batu opravi pozitivno delo, ki ga prenaša povezovalna palica z ročično gredjo, ki proizvaja motorično silo. V ciklu OTTO ustreza CD -ju adiabatski proces.

5. korak

V najnižjem delu poti se toplota izganja skozi valj v hladilno sredstvo, ne da bi se prostornina spremenila. V ciklu OTTO ustreza izokoričnemu procesu.

6. korak

V zadnjem delu poti bata je zmes, ki jo je zažgal izpušni ventil, ki ostane odprt, izgnana, medtem ko je sprejem zaprt. Pobeg zgorelih plinov se pojavi med korakom AO v diagramu cikla OTTO.

Celoten postopek se ponovi z vhodom skozi sprejemni ventil nove mešanice zračnega goriva.

Slika 3. Štiritaktni motor. Vir: Pixabay

Neto delo, opravljeno v ciklu Otto

Cikel OTTO deluje kot toplotni motor in se potuje po urniku.

W Work, ki izvede plin, ki širi stene, ki jih vsebujejo, se izračuna z naslednjo formulo:

Kjer je VI začetna glasnost in vf končni glasnost.

V termodinamičnem ciklu neto delo ustreza območju, zaklenjenem v ciklu P - V.

V primeru cikla OTTO ustreza mehanskemu delu, ki je bilo opravljenega od A do B plus mehansko delo od C do D. Med B in C je opravljeno delo nično, saj ni spremembe volumna. Podobno med D in delom je praznina.

Delo, opravljeno od A do B

Recimo, da začnemo od točke A, v kateri je znana volumen, njen tlak PA in temperatura TA.

Lahko vam služi: magnetna indukcija: formule, kako se izračuna in primeri

Od točke A do točke B se izvede adiabatsko stiskanje. Adiabatski procesi v najpomembnejših pogojih upoštevajo Poissonov zakon, ki ugotovi, da:

Kjer je γ adiabatski količnik, opredeljen kot razmerje med specifično toploto pri konstantnem tlaku med specifično toploto pri konstantni volumnu.

Tako da bi bilo delo, ki je bilo opravljeno od A do B, izračunano z odnosom:

Po integralu in uporabi Poissonovega odnosa za adiabatski proces imate:

Kje r To je stiskalno razmerje R = va/vb.

Delo, opravljeno od C do D

Podobno bi delo, opravljeno od C do D, izračunalo integral:

Čigar rezultat je

Biti R = vd/vc = va/vb Stiskalno razmerje.

Neto delo bo vsota obeh del:

Neto toplota v ciklu OTTO

V procesih od A B in od C do D se toplota ne izmenjuje, ker so adiabatski procesi.

Za postopek B A C dela ni opravljeno in toplota, ki jo dodeljuje zgorevanje.

Podobno je v postopku D A dodelitev toplote, ki se izračuna tudi kot:

Neto toplota bo:

Izvedba

Učinkovitost ali učinkovitost cikličnega motorja se izračuna tako.

Če se zgornji rezultati nadomestijo v prejšnjem izrazu in predpostavljamo tudi predpostavka, da se mešanica zraka za gorivo obnaša kot idealen plin, potem je dosežena teoretična učinkovitost cikla, ki je odvisna samo od stiskalnega razmerja:

Vaje za cikel Otto

-Vaja 1

Štirikratni cilindrirani bencinski motor in kompresijsko razmerje 7,5 deluje v okolju atmosferskega tlaka 100 kPa in 20 stopinj Celzija. Določite neto delo, ki ga opravi cikel. Predpostavimo, da zgorevanje zagotavlja 850 joulov za vsak gram zračne mešanice - gorivo.

Rešitev

Izraz mrežnega dela je bil prej izračunan:

Za določitev opravljenega dela moramo določiti prostornino in tlak v točkah B in C cikla.

Prostornina na točki, kjer je bila napolnjena v jeklenki z zrakom - bencin mešanica je premik 1500 ccm. V točki B je glasnost VB = VA / R = 200 cc.

Prostornina v točki C je tudi 200 cc.

Izračun tlaka v A, B in C

Točka A tlak je atmosferski tlak. Tlak v točki B je mogoče izračunati z uporabo Poissonovega odnosa za adiabatski postopek:

Vam lahko služi: kakšna je elektrika? (S poskusom)

Ob upoštevanju, da je zmes pretežno zrak, ki ga je mogoče obravnavati kot idealen diatomski plin, gama adiabatski koeficient prevzame vrednost 1.4. Potem bo tlak v točki B 1837,9 kPa.

Prostornina točke C je enaka kot v točki B, to je 200 cc.

Tlak v točki C je večji kot v točki B zaradi zvišanja temperature, ki jo povzroča zgorevanje. Za izračun moramo vedeti, koliko toplote je prispevalo izgorevanje.

Toplota z zgorevanjem je sorazmerna s količino mešanice, ki gori.

Z uporabo enačbe idealne statusa plina:

Kje Rm To je zračna konstanta, katere vrednost je 286,9 j / (kg k), m. Čiščenje mase m enačbe stanja in nadomeščanje vrednosti tlaka, temperature in volumna v točki A dobimo 1,78 grama mešanice.

Potem je toplota, ki jo prispeva zgorevanje, 1,78 gramov x 850 Joules/Gram = 1513 Joules. To povzroči zvišanje temperature, ki ga je mogoče izračunati iz

TB je mogoče izračunati iz državne enačbe, ki ima za posledico 718 K, nato pa je za naše podatke vrednost, ki je posledica TC, 1902 K.

Tlak v točki C je podan z državno enačbo, ki se uporablja za to točko, kar ima za posledico 4868,6 kPa.

Neto delo na cikel se izkaže za 838,5 Joules.

-Vaja 2

Določite učinkovitost ali zmogljivost motorja 1 vaje 1. Ob predpostavki, da motor deluje pri 3000 R.str.m Določite moč.

Rešitev

Dobimo delitev neto delo med toploto, ki je bila zagotovljena 55,4%. Ta rezultat sovpada s tistim, ki ga dobimo z neposredno uporabo formule učinkovitosti na podlagi stiskalnega razmerja.

Moč je delo opravljeno na enoto časa. 3000 R.str.m. enakovredno 50 krogi na sekundo. Toda cikel OTTO je dokončan za vsaka dva zavoja motorja, ker je to štiri -strel, kot smo pojasnili zgoraj.

To pomeni, da se v sekundi Otto cikel ponovi 25 -krat, tako da je opravljeno delo 25 x 838,5 v sekundi.

To ustreza 20,9 kilovatov moči, ki ustreza 28 parnimi konji.

Reference

1. Termodinamični cikli. Okreval od: FIS.Puc.Cl
2. Martín, t. In serrano, do. Otto cikel. Okrevano od: 2.Montes.UPM.je.
3. Univerza Sevilla. Wiki z oddelka za uporabno fiziko cikla cikla Otto. Okreval od: laplace.nas.je.
4. Wikipedija. Otto cikel. Okrevano od: je.Wikipedija.com
5. Wikipedija. Otto motor. Okrevano od: je.Wikipedija.com