Amélioration de l'efficacité de combustion

Rendement de combustion AMÉLIORATION DES MOTEURS

La modélisation théorique des moteurs thermiques et en fait l'apparition de la thermodynamique comme une branche de la physique a connu une percée après la publication par Sadi Carnot de son étude intitulée « Réflexions sur la puissance du feu et sur ​​les machines conduite Propres à developper this puissance » (en 1824 ) .
Il est admis monotherme C'est dans un processus cyclique, seul le travail mécanique peut être convertie en chaleur , mais pas vice versa. Afin d' obtenir la conversion de la chaleur en travail mécanique, il est nécessaire que la machine à chaleur fonctionne avec deux sources de chaleur à des températures différentes .
Carnot envisagé l'année idéale principe de fonctionnement des machines réversible BITHERM dont les performances ont montré de céder la limite supérieure pour tout réel thermique machines exploités entre les mêmes températures extrêmes comme le cycle de Carnot .
Machines thermiques réels diffèrent de celui idéales car elles ont des pièces mobiles avec le frottement et les pertes de chaleur et ces faits modifier l'équilibre énergétique .

Figure 11

. Figure Présenté 11 est le cycle de la machine idéale d'un thermique souvent appelé comme , le cycle de Carnot " . . Ce cycle se compose de quatre processus . Entre les états A et B, il est de l'expansion de l'isotherme du gaz, le cylindre étant en contact thermique avec la source chaude à la température T1 . Au cours de cette extension isotherme , le gaz reçoit une quantité de chaleur Q1 de la source chaude .
Ensuite , le contact avec la source chaude est cassé et le gaz subit adiabatique année d'expansion entre les Etats B et C. Dans l'état C , la température des gaz T2 EQUAL a atteint la température avec la température de la source froide .
Au cours de l' A - B et B - C transformations , les molécules de gaz produit un travail mécanique sur le piston ( pousse -ci) et cela rend le volant d'inertie de rotation.
Atteindre Une fois la température T2 , le gaz est mis en contact thermique avec le second réservoir nommé source de chaleur froide . En raison de l'inertie, le volant tourne plus, bien que piston est engagé et comprimer isotherme ( à T2 ) de gaz entre C et D. Au cours de cette compression isotherme , la source de chaleur de transfert de gaz à la quantité de chaleur Q2 années . Dans l'État de 4, le contact thermique avec la source froide est interrompue et le piston adiabatique comprime le gaz à l'état initial Lorsque la température revient à T1.
Lorsque le cycle est effectuée dans le sens horaire , c'est ce qu'on appelle le cycle de Carnot direct. Le travail total fourni (L > 0), en termes de coordonnées photovoltaïque dans la figure 11 , sera la zone comprise dans le cycle , positif par convention.
Comme vous pouvez le voir, la zone est décrite par deux courbes isothermes sur les sections AB et CD et deux courbes adiabatiques en portions BC et DA . Ces transformations sont les conditions idéales étudiés et à la runnig moteur après ce cycle de chaleur Idéalement donnerait :
η = (T1 - T2) / T1
T1 - température de source chaude
T2 - température de la source froide
Pour atteindre cet performances dans la pratique , le passage du T1 au T2 DEVRAIT être fait brusquement , de sorte que les vapeurs ne se rencontrent pas sur la route températures et les conversions intermédiaires doivent être parfaitement réversible .
En réalité, cette efficacité n'est jamais attainted et parfois le rendement est assez loin de là. Comme une idée générale de l'efficacité du moteur thermique varie assez large , comme suit:
• vapeur simple = 2%
• Vapeur raffiné = 20%
• turbines à vapeur = 25%
• carburateur = 35 %
• Moteur Diesel = 45%

Comment améliorer l'efficacité du processus de combustion ?

Ce matériau est le prolongement d'un des textes précédents et clarifie les aspects importants de la façon d'exécuter fondamentalement le processus de combustion pour atteindre le maximum de travail . Le principal point que nous voulons clarifier l'utilisation de l'eau est injectée directement dans le cylindre ou utilisé comme émulsion ou solution pour augmenter la production mécanique.

Peut émulsionnée avec de l'eau déminéralisée ou de carburant normale injectée dans le cylindre de combustion pour améliorer directement la puissance du moteur ?

Comme décrit précédemment , le moteur à combustion interne année génère du travail mécanique due au gradient de pression générée par le combustible brûlé dans le cylindre. En général, les moteurs à combustion fonctionnent au gaz naturel ( pression GPL) , de l'essence , du diesel et d'autres fractions de la distillation du pétrole.
J'ai vu sur Internet qui proposent quelques brevets à ajouter de l'eau dans des proportions variant de 10 à 40% pour les combustibles liquides afin d'augmenter le rendement du moteur . Jusqu'à il ya quelques années quelques-uns, je pensais que j'aurais Ces brevets sont absurdes , il semble donc que du point de vue de la physique classique . Il n'est pas permis pour un certain Ce carburant a un pouvoir calorifique , doit être dilué avec une substance non combustible ITS qui réduit les calorifique C'est sûr et vous prétendez à la fin vous obtenez un meilleur rendement du fonctionnement du moteur . Maintenant, n'importe qui ATTENTIVEMENT Lorsque les analyses des phénomènes en termes d'une nouvelle théorie de la thermodynamique , ce qui semble être le moyen le plus simple et le plus évident de convertir la chaleur (ou une grande partie de cette chaleur ) Directement en travail mécanique .
Bien que la thermodynamique réelle de ces n'a pas prêté attention aux brevets , l'étude attentive de combustion peut prouver que ces brevets ont une explication scientifique très simple et intuitive.
Prenons à nouveau le moteur diesel et faisons une comparaison entre le fonctionnement d'un tel indice d'octane moteur et ensuite alimenté avec un mélange à 45% d'octane , 50 % d'eau et 5 % d'émulsifiant . Bien sûr, nous sommes intéressés à l'efficacité du moteur , exprimée par la capacité de produire du travail mécanique , pour deux combustible ces substances.
Par souci de simplicité , nous supposons encore que l'injecteur est commandé pour recevoir chaque fois un volume de carburant de 0,1 ml pendant la phase d'allumage et le volume du cylindre de combustion est de 0,7 litre.
Utilisation de carburant normal ( indice d'octane pur pour simplifier) ​​dans le cycle normal d'exploitation du moteur après les volumes de combustion nous avons ce qui suit :

pour nous enthalpie de réaction il ya AH = -5460 kJ / mol.
Une mole d' octane liquide occupe un volume d'environ 0,2 L tandis qu'une mole de gaz (oxygène, dioxyde de carbone ou de l'eau ) occupe un volume de 22,4 L. De la stoechiométrie de l'équation que nous avons 12,5 moles d'oxygène qui signifie que 280 litres est consommée lors de la combustion d'octane d'une taupe . Après avoir brûlé , en raison des conditions de réaction RHE , tous les produits ont permis à l'état gazeux , et Will Ces produits occupent 381 L.
Si l'injecteur ne prend que 0,1 ml d' octane dans le cylindre , cela signifie qu'il sera admission PENDANT le volume minimum requis de 0,14 l d'oxygène et cela signifie un volume d'air minimal de 0,7 L. Les volumes résultant donner cette 0,0896 L calculs de CO2 et 0,1008 L de H2O a produit . L'analyse du moteur est faite entre deux phases successives du cycle d'exploitation : faible point mort quand la bouteille est pleine d'air et la deuxième phase , après combustion , quand après piston tourne et se déplace vers le point mort bas encore. La quantité d'azote , soit 0,56 l N2 (0,7 moins 0,14) du cylindre est chauffé et ne participent procédés chimiques.

Si par mole d' octane liquide ( 200 ml ) Un montant de -5460 kJ chaleur est générée , ALORS 0,1 ml d' elle produira des r -2.73 kJ . Encore une fois, pour plus de simplicité , nous considérons l'ensemble de la chaleur de réaction qui contribue non seulement à augmenter la température du gaz dans la bouteille .

Sans entrer dans les détails , laissez-nous rapprocher de la chaleur spécifique du mélange de gaz de la bouteille avec celle de l'azote Cv = 0,8 kJ / kg K. Pour un calcul détaillé , il devrait être considéré pour chaque chaleur spécifique , la variation de la chaleur spécifique avec la température et composition proportionnelle du gaz finale , mais pour autant cette variation n'est pas si grand que nous pouvons faire de ce apporximation pour une caractérisation raisonnable du phénomène.

Nous devons connaître la masse de gaz générés lors de la combustion à l'intérieur du cylindre et cela peut être obtenue à partir des relations bien connues utilisées en chimie :
Pour l'azote : 
où M = 28 , v = 0,56 l et VM = 22,4, ΔH = -5460 kJ/mol.
par conséquent, la masse de l'azote dans le cylindre de combustion est 
masse similaire de dioxyde de carbone est améliorée - 
et les vapeurs d' eau améliorée - 

La masse totale des gaz après combustion dans le cylindre est d'environ 0,957 g et le mélange devient -2.73 kJ de chaleur .
De la définition de la capacité calorifique :

Avec ces approximations et les idéalisations , dans la dernière phase de relaxation , quand les gaz de combustion sont expulsés dans l'atmosphère Leur température est d'environ 3500 ° C , et bien sûr la chaleur est perdue .
Dans la pratique, cette température n'est pas atteinte, car le circuit de refroidissement de qui prend un certain puissance calorifique du corps du moteur n'est pas isolé et de perdre autre transfert direct de chaleur , etc . On croit que la température maximale obtenue lors de la combustion du mélange de gaz est comprise entre 2000 et 2500 ° C , et la température des gaz d'échappement dans le cylindre est comprise entre 600 et 900 ° C.
Un travail utile est donnée par la dilatation des gaz ( azote chauffé , le dioxyde de carbone et de l'eau ) dans le cylindre du moteur .
Certes, notre exemple est purement théorique , mais il peut peut être facilement adapté à la véritable modélisation.
Voyons voir ce qui arrive si le carburant contient 50% d'eau et pour la emulsifinat de simplification du pouvoir a les mêmes calories que l'octane .
Dans ce cas , bien que l'injecteur prendre le même volume de liquide vers cylindre (0,1 ml ) , l'octane n'est que de 0,05 ml à 0,05 ml et le reste est de l'eau . Bien sûr, l'expérience a lieu sans modification des caractéristiques techniques du moteur ( la scène d'admission prend la même quantité d'air et ainsi de suite ) .
Refaire le même calcul ci-dessus , nous avons 0,05 ml d'octane qui va produire la moitié de la chaleur Avant Will consommer la moitié de l'oxygène dans le cylindre de combustion généré la moitié du dioxyde de carbone et l'eau produite auparavant .
Si vous prenez 0,05 ml d' octane injecteur dans le cylindre , et l'admission d'air est de 0,7 l, il y aura un excès d'oxygène n'ayant pas réagi , le processus de combustion pendant Parce qu'il est seulement 0,07 consommée. De réaction dans ce cas 0.0448L Nous aurons 0,0504 L de CO2 et H2O .
La quantité d'azote et d'oxygène en excès , soit 0,63 l ( de 0,7 à 0,07 ) Pris dans le cylindre est chauffé uniquement et ne pas participer procédés chimiques , The Burning publiera dans ce cas d'environ 1365 kJ . Encore une fois, pour plus de simplicité , nous considérons l'ensemble de la chaleur de réaction qui contribue non seulement à la vaporisation de l'eau ajoutée dans le carburant et également d'augmenter la température du cylindre .

Afin de transformer l'eau liquide dans 0,05 ml de vapeur sur -  est nécessaire .

Ces résultats sont étonnants. Même si nous avons introduit 50% d'eau dans le carburant et l'eau sommes cuits à la vapeur dans le cylindre, et bien sûr, cela a créé un CAN gradient de pression de vapeur Bigger supplémentaire qui peut être utile convertie en travail mécanique , la température des gaz d'échappement est encore assez grande pour Nécessité d'un dispositif de refroidissement secondaire pour le moteur dans son ensemble. Je suis sûr que quelqu'un qui sera capable de mécanique générale Même en utilisant 20 % de carburant et 80 % d'eau et dans ce cas, le rendement du viaduc déjà moteurs Carrnot Ces limites .

Pour en revenir à notre exemple, la chaleur doit être retiré du système sera 1,23 kJ .
Si nous répétons les calculs ci-dessus afin d'obtenir la température des gaz d'échappement du cylindre dans la combustion compte tenu des conditions idéales, il peut être vu que c'est environ 1500 ° C.
masse de gaz dans le cylindre après le tir :
Pour l'azote : 
où M = 28 , v = 0,56 l et VM = 22,4
par conséquent, la masse de l'azote dans le cylindre est de 0,7 g

masse similaire de dioxyde de carbone est 

De la définition de la chaleur molaire :

Avec ces approximations et les idéalisations , dans la dernière phase de relaxation , quand les gaz de combustion sont expulsés dans l'atmosphère Leur température est d'environ 1500 ° C , et bien sûr cette chaleur secondaire est perdu.
L'expérience montre , bien que  Ce petit gradient de température est perdu, est une importante peut être obtenue Augmenter utiles dans le travail en raison de la vaporisation de l'eau dans le cylindre qui génère un gradient de pression.
Le livre sera faire un calcul plus détaillée du rendement de travail utile pour les cas idéaux et réels .
Bien que ce calcul a été fait pour le moteur idéal année , la modélisation est très facile d' être ajustée aux moteurs réels de telle sorte qu'un taux allant jusqu'à 75 % ou même 80% peut- être de l'eau emulsionated dans le carburant. Bien sûr , l'année Augmentation du pourcentage d'eau dans le carburant soulève des questions relatives à la combustion , à la corrosion et ainsi de suite , mais ce sont des questions secondaires qui peuvent être surmontés facilement .
Ce qui n'est pas comprise dans le courant thermodynamique et de beaucoup de théoriciens est le simple fait que l'essentiel année peut fonctionner le moteur sans avoir besoin de deux sources de chaleur. Le fo Besoin le transfert de chaleur vers la source froide n'est qu'à partir des conditions pratiques nécessaires becasuse il Dammage le moteur, mais ce n'est pas une , la «nécessité .
Un tel moteur ne peut malheureusement pas être classé comme plus moteur à combustion interne " Il est en fait une combustion machine à vapeur combiné avec la génération directe de vapeur dans le moteur de combustion du cylindre .

Comment améliorer la production d'électricité dans le plantpower ?

Environ 80% de l'électricité consommée dans le monde est basée sur la combustion des carburants (charbon, pétrole , biomasse , etc.) Une croissance sans précédent de la consommation d' électricité soulève une grave pollution , le changement climatique et l'environnement génère beaucoup d' autre dommage qui affecte négativement la planète entière .
Certes, il ya une tendance à limiter les effets de l'activité industrielle humaine à travers une série de règlements , mais des playerss est encore réticente à introduire des règles restrictives. Leur réticence est due au fait que l'adoption de ces règles sont les investissements nécessaires pour limiter les polluants .
Bien sûr , tôt ou tard , il sera nécessaire d'avoir une production d'énergie propre sans émissions secondaires , mais cette recherche porte sur la situation actuelle et montre que la production d'énergie sans régulation peut au moins être doublée , sans augmenter la consommation de carburant. Cela signifie que nous pouvons doubler la production d'énergie , le maintien des limites actuelles de polluants émis , ce qui est déjà un grand pas .

Production thermique classique est par le cycle de Rankine Fig . Janvier.

Figure 1 . Rankine Cycle simplifié L Produire le travail mécanique
Dans ce cycle, le volume d'eau est soumis à des changements physiques ( évaporation, de condensation , augmentation de la température ou de la diminution) à la suite de contact avec les deux réservoirs de chaleur à des températures différentes . L'eau est évaporée dans la chaudière et de la turbine alors quelle est transféré à expédier effectue le travail mécanique et cette nouvelle rotation de la turbine produit de l'électricité . Le navire est passée à la fonction du condenseur et de la pompe à chaleur et replacé dans le cycle de chauffage .
Actuellement , la combustion de combustibles dans les centrales se déroule à pression constante ( pression atmosphérique ), ce qui entraîne une perte de rendement , puisque le gradient de pression est générée pendant que la combustion de combustibles liquides ne peut pas être utilisé.
Afin d'améliorer le rendement de tout le processus de la combustion du carburant doit être fait en gros moteurs turbo , et dans ce cas, le gradient de pression est récupéré en tant que puissance Mécanique d'abord, puis le gradient de température est transféré au cycle de Rankine D'autres tambours convertis en énergie mécanique comme dans la figure . Février . .

Figure 2 . Version améliorée de la combustion de combustibles liquides

Dans ces conditions Amélioration turbine à gaz de combustion seulement le travail mécanique récupéré (L1) est plus grand que le produit L cycle de Rankine classique de travail (Fig. 1) . Utiliser d'autres comme agent de vaporisation / condensation composé organique de l'exercice ou d'un mélange de composés organiques faire un meilleur usage de la baisse que les températures pour ce cycle, le travail mécanique récupérée peut être le double du travail obtenu pour le cycle de Rankine classique.
Bien sûr conçu pour les nouvelles motorisations , le cycle de Rankine peut être complètement rejeté et les moteurs turbo maxi doit être conçu pour utiliser un SOIT emmulsion eau - carburant directement ou à injecter de l'eau dans la chambre de combustion et de récupérer autant que la puissance mécanique possibl .