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Verbrennungsmotor und Carnot Formel

Verbrennungsmotor und Carnot Formel

Wir sind hier analyzng nur vier -Takt-Dieselmotor , aber in der Regel die Schlussfolgerungen sind gültig für einen beliebigen anderen internen Verbrennungsmotor.
Ein Gemisch aus Luft und Dampf des flüssigen Brennstoffs explodiert, wenn es in Kontakt mit einer Flamme oder durch Selbstzündung kommt und die Wärme in der Expansionsphase der Gase erzeugte mechanische Arbeit verwendet werden. Basierend auf diesem Prinzip , mit kleinen Variationen, die unterschiedliche Arten von Verbrennungsmotoren ausgelegt werden kann .
Schematisch ist der Dieselmotor einen oder mehrere Zylinder mit Kolben dessen Schwanz angelenkt erzeugten Drehbewegung versehen . Der Zylinder weist einen Kraftstoffeinlass und zwei Ventilen, einem für den Lufteinlass und die zweiten Auslässe aus den Verbrennungsgasen . Die beiden Ventile werden von einer Bewegungsvorrichtung angetrieben synchronisieren , die ihre Bewegung auf bestimmten Zeitintervallen .
Die Funktionsweise ist wie folgt:

 Time I : Absorption
Angenommen, der Kolben am oberen Ende des Zylinders. Die Ventile für Luft- Einlass-und Auslassventile erhalten offen und geschlossen für Gase Remains . Wenn der Kolben in den Zylinder gezogen wird, wird Luft aus der Atmosphäre in den Zylinder uptaken .

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 Time II : Compression . Einlassventile Luft geschlossen und der Kolben verdichtet die Luft in dem Zylinder bis zu 25-30 an . Diese Kompression erhöht die Temperatur bis zu 700-900 ° C.

 

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 Zeit III: Ignition. Der Kolben weist das obere Ende des Zylinders erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt (Fig. 8) , 

 

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der Kraftstoff in der Form von feinen Tröpfchen eingespritzt wird, die Mischung selbst entzündet , die Gase expandieren und den Kolben nach unten ( Fig. 9).


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Zeit IV: Evakuierung
Der Kolben das untere Ende des Zylinders erreicht hat. Auspuff öffnet und der Kolben unter der Trägheit der Bewegung gewonnen , Retouren und Auspuffe Verbrennungsgase durch.

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Theoretische Modellierung von Wärme -Motoren und in der Tat die Erscheinung der Thermodynamik als ein Zweig der Physik hat einen Durchbruch nach der Veröffentlichung von Sadi Carnot seiner Studie mit dem Titel " Reflexions sur la puissance du feu et sur ​​les Maschinen Fahren propres à cette developper puissance " erlebt ( in 1824) .

Es wird angenommen, monothermal Dass in einem zyklischen Prozess , nur mechanische Arbeit in Wärme umgewandelt werden kann , aber nicht umgekehrt. Um die Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit erhalten, ist es notwendig, dass Wärme-Maschine mit zwei Wärmequellen bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet .
Carnot vorstellen das ideale Jahr Arbeitsprinzip für reversible Maschinen BITHERM deren Leistungen gezeigt hat , die obere Grenze für eine wirkliche thermische Welche Maschinen zwischen den gleichen extremen Temperaturen wie die Carnot -Zyklus betrieben ergeben.
Echter thermischen Maschinen unterscheidet sich von der idealen Weil Sie bewegliche Teile haben mit Reibung und Wärmeverlust und diese Tatsachen ändern die Energiebilanz .

Carnot Cycle
Abbildung 11

Figur . Präsentiert 11 ist die ideale Maschine Zyklus einer thermischen oft als , , der Carnot -Zyklus aufgerufen. " Dieser Zyklus besteht aus vier Prozesse . Zwischen den Zuständen A und B gibt es eine isotherme Expansion des Gases , wobei der Zylinder in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle bei einer Temperatur T1 . In dieser Ausbau -Isotherme , empfängt das Gas eine Wärmemenge Q1 von der Wärmequelle .
Dann wird der Kontakt mit heißen Quelle unterbrochen wird und Gas, das unter adiabatischen Expansion Jahr zwischen den Zuständen B und C. Im Zustand C erreicht die Abgastemperatur T2 gleicher Temperatur mit der Temperatur der kalten Quelle .
Im Zuge der A - B und B - C Transformationen Gasmoleküle mechanische Arbeit erzeugt am Kolben ( schiebt ) und dieser das Schwungrad zu drehen .
Sobald Erreichen der Temperatur T2 , wird das Gas in thermischem Kontakt mit dem zweiten Tank genannt kalten Wärmequelle . Wegen der Trägheit, dreht das Schwungrad ferner während der Kolben in Eingriff steht und zu komprimieren isotherm (bei ​​T2) Gas zwischen C und D in dieser Isotherme Kompression Gasübertragungen Wärmequelle zu der Wärmemenge Q2 Jahr . Im Zustand 4 wird der thermische Kontakt mit der kalten Quelle unterbrochen und adiabatische Kolben komprimiert das Gas in den ursprünglichen Zustand , wenn die Temperatur wieder T1 .
Wenn der Zyklus im Uhrzeigersinn erfolgt , wird dies als direkte Carnot -Zyklus. Die gesamte Arbeit geliefert (L > 0) , in Form von Koordinaten pV in Abbildung 11 wird der Bereich innerhalb des Zyklus enthalten sind, positiv durch Konvention sein .
Wie Sie sehen können, ist der Bereich von zwei Isothermenkurven auf Abschnitte AB und CD und zwei adiabatischen Kurven in Portionen BC und DA beschrieben . Diese Transformationen sind die idealen Bedingungen betrachtet und mit dem Motor runnig nach dieser Hitze Zyklus Idealerweise würde ergeben :
η = (T1 - T2) / T1
T1 - Temperatur des warmen Quelle
T2 - Temperatur des kalten Quelle
Um diese Leistungen in der Praxis zu erreichen, sollte der Übergang von T1 bis T2 abrupt geschehen , so dass Dämpfe nicht auf der Straße und mittleren Temperaturen Konvertierungen müssen perfekt reversible erfüllen .
In der Realität wird diese Effizienz nie geächtet und manchmal die Ausbeute ist ziemlich weit davon entfernt. Als eine allgemeine Vorstellung von Wärme Wirkungsgrad des Motors variiert ziemlich breit , wie folgt:
• Einfache Dampf = 2 %
• Dampf verfeinert = 20%
• Dampfturbinen = 25%
• Vergaser = 35 %
• Dieselmotor = 45 %

Zweite Hauptsatz der Thermodynamik Carnot besagt Folgendes : Alle Wärmekraftmaschinen , die zwischen den gleichen Temperaturbedingungen Grenzen haben die gleiche maximale Ausgangsleistung .
Consequences of Principle II:
Januar . Sie können nicht fahren die volle Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit ;
Februar statt. Der thermische Wirkungsgrad des Motors ist länger Jahr als die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und Kältequelle höher ist.
Zweite Hauptsatz der Thermodynamik sagt uns, dass für einen Wärme-Maschine betrieben muss zwei Wärmequellen . Daher wird in allen Wärmekraftmaschinen gibt es ein Wärmespeicher bei hoher Temperatur , die es gibt , um dem Körper die Umwandlung . Es behält und wandelt Einige davon und schickt den Rest bei niedrigeren Temperaturen .
Tatsächliche thermischen Maschinen wird auf der Grundlage des theoretischen Modells von Carnot Zyklus Angeboten untersucht.
Bei einer thermischen Maschine , ist die Umwandlung von Wärme in Arbeit im Motorzylinder durch Entspannung zwischen einem bestimmten Wert für den Druck, das Volumen und die Temperatur der Gase bei der Verbrennung und dem externen Druck und Temperatur der Abgase erzeugt werden.


Warum die aktuelle Erklärung ist völlig falsch ....

experimenteller Teil
Für dieses Experiment Sie können einige alte Dieselmotoren , da Betroffene Betroffene Ihre Funktionalität ist nach Experimenten .
Es ist bereits bekannt , dass die ursprüngliche Dieselmotor wurde entwickelt, um Kohlenstaub als Brennstoff zu verwenden, sondern auch, weil der Kolben und Zylinder hohe Korrosionsbeständigkeit , der Motor wurde zu flüssigen Brennstoffen adaptiert Weitere . Experimente Unten die Verwendung von hochreaktiven Stoffe müssen daher Experimente Durchgeführt Ergreifung der notwendigen Vorsichtsmaßnahmen werden.
Solche Sobald Sie haben Motor verwendet wird, wird die Injektion Galerie blockiert und auf diese Weise haben Sie die Möglichkeit , den Motor manuell füttern und folgen dem Verhalten des Motors Zyklus nach Zyklus .
Ein erster Brennstoff für diesen Motor von Magnesium oder Aluminium in Pulverform dargestellt .
Diese Metalle reagieren mit Sauerstoff unter Bildung von Oxiden ( tatsächlich als Nebenprodukt und Nitride ausgebildet sein, Nachreaktion durch Metall mit Stickstoff in der Luft) durch die GMT Reaktionen :

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Beide Reaktionen sind stark exotherm. Bildungsenthalpie von Magnesiumoxid AH = -601 kJ / mol und das Oxid alumniu ist AH = -1675,7 kJ / mol
Wir haben vorgeschlagen, diese ungewöhnliche Kraftstoffe würden diese Oxidationsreaktionen mit Volumenkontraktion nicht ausgeschlossen werden. Als Ergebnis der Reaktion zwischen Metallpulver und Sauerstoffgas erzeugt wird, die Metalloxide Feststoff ( Pulver) .
Der Zweck dieses Experiments ist es zu sehen, was der Kraftstoff erzeugt wird passieren, wenn eine starke thermische Wirkung ( Temperaturgradienten ), aber es ist eine kleine Druckgradienten oder in anderen Fällen die Verbrennung erfolgt mit einem negativen Druckgradienten .
Natürlich abgesehen von kleinen Änderungen in dem Zyklus die Sequenzen ganz dasselbe für den klassischen Motor angetrieben .

Die Funktionsweise ist wie folgt:

 Time I Fütterung . Der feste Brennstoff in den Zylinder und die Galerie Injektion eingeführt wird blockiert , wie in 17 gezeigt.

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 Time II : Absorption . Der Lufteinlass Ventil des Kolbens wird Opens gezogen und in den Zylinder , Luft aus der Atmosphäre angesaugt , wie in gezeigt . 18

 

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 Zeit III: Compression . Belüftungsventil geschlossen und der Kolben verdichtet die Luft in dem Zylinder bis zu 25-30 atm . Diese Kompression erhöht die Temperatur bis zu 700-900 ° C und ussualy Mg und Al in dieser Phase selbst entzünden .

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8

 

Zeit III: Auto- Zündung
Wenn der Kolben das obere Ende des Zylinders erreicht das Gemisch selbst entzünden . Zwei unterschiedliche physikalische Phänomene stattfinden : Es gibt eine kleine Zunahme der Druckgradient aufgrund der Gas- Expansion durch freiwerdende Cumbustion versorgt , gibt es auch eine Abnahme der Zahl der Gasteilchen im Zylinder , weil Sauerstoff verbindet sich mit Metall-und der Feststoff gebildet .
Soweit Phenomena Diese entgegengesetzt sind , bewegt sich der Kolben aus der oberen Endlage Aber es wird nicht genug Schwung, um am unteren Punkt zu gelangen und den gesamten Zyklus durchzuführen.
Wie können wir eine mechanische Antriebsleistung von Jahr wich ist nicht in der Lage , zurück zu geben zumindest die Energie für die Aufnahme und Kompression Verbrauchte .....!

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Abbildung 20

Ich hoffe, dass die Möglichkeit, die Experimente in eine mehr Forschung Organisierte Bedingungen zu wiederholen . Es wird daran interessiert sein , den Wert der Druck, der durch solche unkonventionellen Kraftstoffe in den Zylinder , der die Effektivverzinsung , usw. generiert finden. Auf den ersten Blick , hängt die Effizienz des Motors auf die relative Veränderung des Drucks innerhalb des Zylinders . Natürlich Druckgradient wird entweder durch einen Temperaturgradienten Betroffene , sei es durch das Volumen Gradienten .
Obwohl einige Experiment ist noch im Gange , und das motorische Verhalten Benötigt genauere Untersuchungen , bereits einige Schlussfolgerungen Diese Schlussfolgerungen gezogen und nicht so angenehm für aktuelle Theoretiker BE .
Druckgradient die Antriebskraft des Motors und dieser sekundäre Steigung wird durch eine Änderung im Volumen oder durch eine Änderung der Temperatur beeinflußt.


In der Praxis Jahr Engine kann gut funktionieren mit einem Kraftstoff mit einem sehr niedrigen Verbrennungswärme Aber der Lage, während eine Menge von Verbrennungsgasen .
Die Tatsache, dass gemeinsame Brennstoffe erzeugt sowohl Jahr zunahm Volumen und Jahr während Cumbustion Temperatur aufgrund der exothermen Reaktion zur Versorgung des Motors ist nur ein , , Zufall " und nicht die einzige möglichkeit zur Verfügung.
Für wissenschaftliche Zweck kann die endotherme Reaktion Volumen Gradienten erzeugende Jahr verwendet werden, um die auch in diesem Jahr zeigen Bedingungen Motor in mechanische Energie zu erzeugen.
All diese Überlegungen erfordern Aussagen und Überprüfung der gesamten thermodynamischen Sicher, dies ist nicht so angenehm ...
Ein zweites Anliegen Fazit Die klare Unterscheidung zwischen der Wärme, die während einer chemischen Reaktion erzeugt und wie diese in nützliche Arbeit umgewandelt werden.
Sogenannten , hat Wärmekraftmaschinen ", die wir täglich benutzen , nicht wirklich auf der Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt Aber auf der Druckunterschied in den Zylinder als Ergebnis einer chemischen Reaktion erzeugt arbeiten. Hauptsächlich Dieser Gradient von Druck erzeugt wird durch Vorjahr eine Steigerung von Volumen aus Produkten und sekundären umgesetzt durch den Gradienten der Temperatur aufgrund Reaktionsexotherme Charakter.
Der ganze Ansatz Brennen und Wiederherstellen die maximale Menge an nützlicher Arbeit neu überdacht vom Boden entfernt sein .
Es ist notwendig für Motorenentwickler die Erholung der Reaktion Wärme zu betrachten und sie in Arbeit nach dem Wiederherstellen des nützlichen Nützliche Arbeit durch das Druckgefälle erzeugt .

Korrigiert werden
Würde dieses Konzept ermöglichen, die weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Motors Jahr ( mit einem Anteil von 30 bis 50 %). Auch die Kondensationswärme des resultierenden Wasser kann in die Reaktion eingesetzt werden .
Um genauer zu sein betrachten die Verbrennungsreaktion octan :

dafür ist die Reaktionsenthalpie AH = -5460 kJ / mol.
Ein Mol Oktan nehmen ein Volumen von etwa 0,2 L , während ein Mol Gas ( Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasser) nimmt ein Volumen von 22,4 L. Die Stöchiometrie der Gleichung zeigt, haben 12,5 Mol Sauerstoff, die während der konsumierten hat 280 Liter Verbrennung. Nach dem Brennen ist all die Reaktionsprodukte in gasförmiger Form , welche die betreffenden Produkte besetzen 381 L.
In diesem Stadium ist die Verbrennung Reaktionswärme sehr wichtig, und es kann nicht vollständig entnommen werden aus dem System , wie es in der Kondensation des gasförmigen Wasser in flüssiger Form zur Folge hätte. Wenn wir an die Hitze der Reaktion in diesem Stadium haben wir eine Volumenreduzierung nach dem Brennen (nur acht Bänden von CO2 auf der rechten Seite ) und im Grunde haben wir Wärmerückgewinnung Aber der Motor die Fähigkeit verlieren, arbeiten aufgrund von Änderungen in Volumen durchführen .
Intelligente Lösung Nützliche Arbeit erholen würde durch die Änderung des Volumens erzeugt werden und dann den gesamten Prozess der sekundären Wärmerückgewinnung Zyklus hinzuzufügen. Natürlich können diese zurückgewonnene Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt werden und wird wahrscheinlich zu noch die doppelte Stromausbeute .
Dies kann schematisch wie folgt dargestellt werden :


Die resultierenden Verbrennungsprodukte Druckgradient ( Differenzdruck ) aufgrund von Änderungen des Volumens und der Reaktionsenthalpie ( AH ) durch die Bildung von neuen Verbindungen thermodynamisch stabil.
Die aktuellen Motorenentwickler in mechanische Arbeit umgesetzt nur L1 Differenzdruck bei der Verbrennung entstehenden Druckgradienten wird Während AH an die Umgebung abgegeben . Aber wenn AH in der Sekundarstufe verwendet wird, um eine neue zu erstellen Druckgradienten Press Könnte es in mechanische Arbeit umgewandelt werden L2 . In dieser Art von Kraftstoff gewonnen werden konnte (theoretisch ) zu erzeugen Makro und Transfer alles wieder Kohlendioxid und flüssigem Wasser .
Um sich zu erholen und nutzen die Wärme der Reaktion , ist es notwendig zu berücksichtigen, die Wärmedämmung der gesamten Schaltung des Motors und der Abgasanlage . Natürlich gibt es viele Variationen der Transformation Reaktionswärme im Sekundärmarkt Druckgradienten . Dampfmaschine mit anderen niedriger siedenden Wasser Lösungsmittel Würde eine praktikable Lösung sein. Das Thema wird wieder aufgenommen und werden ausführlich in dem Buch.

 

 

© 2017 All Rights Reserved Coșofreț Sorin Cezar

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