Moteur à combustion et la formule Carnot

Nous sommes ici analyzng seul moteur diesel à quatre temps , mais en général, les conclusions sont valables pour n'importe quel autre moteur à combustion interne.
Un mélange d'air et de vapeur du carburant liquide explose quand il entre en contact avec une flamme ou par auto- allumage et la chaleur générée dans la phase de détente des gaz peut être utilisé pour le travail mécanique . Sur la base de ce principe, avec de petites variations , les différents types de moteurs à combustion peut être conçu .
Schématiquement , le moteur diesel présente un ou plusieurs cylindres munis de pistons dont la queue est articulé à mouvement circulaire généré . Le cylindre comporte un orifice d'entrée de carburant et deux soupapes , une pour l'entrée d'air et les seconds orifices de sortie des gaz de combustion . Les deux soupapes sont entraînées par un dispositif mobile synchroniser que leur mouvement pour définir des intervalles de temps spécifiques.
Le principe de fonctionnement est le suivant :

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 Etats A et B Il s'agit d'une expansion isotherme de 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%

Second Principe de la Thermodynamique Carnot énonce ce qui suit : Tous les moteurs thermiques fonctionnant entre les mêmes limites de température ont la même puissance maximale .
Conséquences du Principe II :
1. Vous ne pouvez pas conduire la transformation complète de la chaleur en travail mécanique ;
2 . Le rendement thermique de moteur est supérieure années comme étant la différence de température entre la source chaude et la source froide est plus élevée .
Deuxième principe de la thermodynamique nous dit que pour une machine de chaleur exploités besoins de deux sources de chaleur . Par conséquent, dans tous les moteurs thermiques il ya un réservoir de chaleur à haute température, ce qui lui donne à la conversion du corps. Il conserve et transforme une partie de celui-ci et envoyer le reste à des températures plus basses.
Machines thermiques réelles est étudiée sur la base du modèle théorique Proposé par cycle de Carnot .
Pour une machine thermique , la transformation de chaleur en travail vers le cylindre du moteur est effectuée par la détente entre une certaine valeur de la pression, le volume et la température des gaz générés dans le processus de combustion et la pression externe et de la température des gaz d'échappement .

Pourquoi l'explication actuelle est complètement faux ....

partie expérimentale
Pour cette expérience, vous pouvez utiliser certains anciens moteurs diesel , depuis Affecté affecté leur fonctionnalité est après des expériences .
On sait déjà que le moteur diesel d'origine a été conçu pour utiliser la poussière de charbon comme combustible , mais parce que le piston et élevée à la corrosion cylindres , le moteur a été adapté pour les combustibles liquides complémentaires . Expériences ci-dessous impliquent l'utilisation de substances hautement réactives , les expériences doivent donc être effectuées prendre les précautions nécessaires .
Telle Une fois que vous avez pris l'habitude moteur, la galerie d'injection est bloqué et de cette façon vous avez la possibilité d' alimenter le moteur manuellement et suivre le comportement de cycle de moteur après cycle.
Un premier carburant à pour ce moteur est représentée par le magnésium ou l'aluminium sous forme de poudre .
Ces métaux réagissent avec l'oxygène pour former des oxydes d' ( peut en fait être formé comme sous-produit et des nitrures comme réaction secondaire en raison de métal avec de l'azote dans l'air ) par les réactions GMT :

Les deux réactions sont fortement exothermiques . Enthalpie de formation de l'oxyde de magnésium AH = -601 kJ / mol et l'oxyde de alumniu est AH = -1675,7 kJ / mol
Nous avons proposé ces carburants seraient inhabituelles occure Ces réactions d'oxydation avec une contraction du volume. Comme résultat de la réaction entre la poudre métallique et de l'oxygène gazeux est généré oxydes métalliques sont solide (poudre ) .
Le but de cette expérience est de voir ce que le combustible est générée arriver quand un effet thermique forte (gradient de température ), mais il ya un petit gradient de pression ou dans d'autres cas, la combustion s'effectue avec un gradient de pression négative .
Bien sûr , à l'exception de petits changements dans le cycle, les séquences sont tout à fait la même chose pour le moteur alimenté classique.

Le principe de fonctionnement est le suivant :

Temps III : Auto -inflammation
Lorsque le piston atteint l'extrémité supérieure du cylindre enflammer le mélange lui-même . Deux phénomènes physiques différents ont lieu : il ya une légère augmentation du gradient de pression due à l'expansion de gaz alimenté par la chaleur dégagée de Combustion , il ya aussi une diminution de nombre de particules de gaz dans le cylindre, Parce que l'oxygène se combine avec le métal et le solide est formé .
Comme les phénomènes autant qu'ils soient en face , le piston se déplace de la position d'extrémité supérieure Mais il n'obtient pas assez d'élan pour arriver au point le plus bas et pour effectuer le cycle entier.
Comment pouvons-nous obtenir une puissance mécanique du moteur à partir de l'année wich n'est pas en mesure de redonner au moins l'énergie consommée pour l'admission et la compression .....!

Figure 20

J'espère avoir la chance de répéter les expériences dans une recherche plus Conditions organisées . Il sera intéressé à trouver la valeur de la pression générée par ces carburants non conventionnels dans le cylindre , le rendement effectif , etc . À première vue , l'efficacité du moteur dépend de la variation relative de la pression à l'intérieur du cylindre. Bien sûr, ce gradient de pression est affectée ni par un gradient de température , soit par le gradient de volume.
Bien que certains expérience est toujours en cours, et le comportement moteur nécessite des études plus détaillées , déjà peut y avoir des conclusions Ces conclusions sont tirées et pas si agréable pour les théoriciens actuels .
Gradient de pression est la force motrice du moteur et ce gradient secondaire est influencée par une variation de volume , soit par un changement de température .

Dans la pratique, moteur de l'année PEUT fonctionner correctement avec un carburant ayant une chaleur de combustion très faible généré , mais capable de PENDANT beaucoup de gaz de combustion.
Le fait que les combustibles courants génèrent deux ans a augmenté Augmentation du volume et l'année température Cumbustion , en raison de la réaction exothermique utilisé pour alimenter le moteur, est seulement une , coïncidence " et non la seule posibilité disponible .
À des fins scientifiques , la réaction du volume gradient année de production endothermique peut être utilisé pour montrer que, même dans ces conditions an CAN du moteur pour produire de l'énergie mécanique.
Toutes ces considérations doivent relevés et examiner l'ensemble thermodynamique Certes, ce n'est pas si agréable ...
Un second préoccupations Conclusion La distinction claire entre la chaleur produite par une réaction chimique et comment cela peut être convertie en travail utile .
Soi-disant , les moteurs thermiques »que nous utilisons tous les jours , ne fonctionne pas vraiment sur ​​la chaleur transformée en travail mécanique, mais sur la différence de pression générée dans le cylindre à la suite d' une réaction chimique . Principalement Ce gradient de pression est générée par année Augmentation du volume provenant de produits secondaires et a réagi par le gradient de température due à la réaction exothermique caractère .
L' approche globale de la combustion et la récupération du montant maximum de travail utile d'être repensée à partir du sol .
Il est nécessaire pour les concepteurs de moteurs à envisager la récupération de la chaleur de réaction et la transformer en travail après la récupération de travail utile Utile généré par le gradient de pression.

À corriger
Serait-ce l'approche de permettre la poursuite de la réduction de la consommation de carburant de l'année du moteur ( avec un pourcentage de 30 à 50% ) . Même la chaleur de condensation de l'eau qui en résulte peut être utilisé dans la réaction.
Pour être plus précis examiner la réaction de combustion d' octane :

pour cela est l'enthalpie de réaction AH = -5460 kJ / mol.
Une mole d' octane occuper 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. La stoechiométrie des spectacles de l'équation , avoir 12,5 moles d'oxygène , cela signifie que consommée pendant a 280 litres combustion . Après combustion , tous les produits de la réaction est sous forme gazeuse , et Will Ces produits occupent 381 L.
A ce stade, la chaleur de combustion de réaction est très importante et elle ne peut être entièrement retiré de système tel qu'il se traduirait par condensation de l'eau gazeuse sous forme liquide. Si nous prenons la chaleur de réaction à ce stade, nous avons une réduction du volume après la combustion ( seulement huit volumes de CO2 sur la droite) et, fondamentalement, nous récupérons la chaleur, mais le moteur perdons la capacité à effectuer des travaux en raison de changements dans le volume .
Solution intelligente pour récupérer travail utile serait générée par le changement de volume, puis ajouter à l'ensemble du processus de cycle de récupération de chaleur secondaire. Bien sûr , cette chaleur récupérée peut être transformée en travail mécanique et est susceptible de conduire à même doubler le rendement actuel .
Cela peut être schématisée comme suit :

Le gradient de pression de combustion résultant ( Differentialpressure ) en raison de changements dans le volume et l'enthalpie de réaction ( AH) en raison de la formation de nouveaux composés thermodynamiquement plus stables.
Les concepteurs de moteurs actuels transformée en travail mécanique seulement L1 Differentialpressure PENDANT gradient de pression généré par la combustion , tandis que AH est transférée à l'environnement. Mais si AH est utilisé dans le cycle secondaire pour créer un nouveau gradient de pression Press Pourrait-elle être transformée en travail mécanique L2. Dans ce type de carburant récupérée pourrait être (théoriquement) produire système macro et le transfert tout retour de gaz de dioxyde de carbone et de l'eau liquide.
Afin de récupérer et d'utiliser la chaleur de réaction , il est nécessaire de tenir compte de l' isolation thermique de l'ensemble du circuit du moteur et le système d'échappement . Bien sûr, il existe de nombreuses variantes de transformation chaleur de réaction dans le gradient de pression secondaire . Machine à vapeur utilisant un autre solvant eau bouillante inférieur serait une solution viable. Le sujet sera repris et détaillés dans le livre.