Fasa Otto, Prestasi, Aplikasi, Latihan Selesai

Dia Kitaran Otto Ia adalah kitaran termodinamik yang terdiri daripada dua proses isokorik dan dua proses adiabatik. Kitaran ini berlaku pada cecair termodinamik yang boleh dimampatkan. Ia dicipta oleh jurutera Jerman Nikolaus Otto pada akhir abad ke -19, yang menyempurnakan enjin pembakaran dalaman, pendahulu dari mana kereta moden. Kemudian anaknya Gustav Otto akan menemui Syarikat BMW yang terkenal.

Kitaran Otto digunakan untuk enjin pembakaran dalaman yang berfungsi dengan campuran udara dan bahan api yang tidak menentu seperti petrol, gas, atau alkohol, dan pembakarannya bermula dengan percikan elektrik.

Rajah 1. Kereta dalam pertandingan NASCAR. Sumber: Pixabay.

[TOC]

Fasa kitaran Otto

Langkah -langkah kitaran Otto adalah:

1. Pemampatan adiabatik (tanpa pertukaran haba dengan persekitaran).
2. Penyerapan Tenaga Kalori dalam bentuk isokorik (tanpa menukar kelantangan).
3. Pengembangan adiabatik (tanpa pertukaran haba dengan persekitaran).
4. Pengusiran tenaga kalori dalam bentuk isokorik (tanpa mengubah kelantangan).

Rajah 2, yang ditunjukkan di bawah, menunjukkan dalam rajah p -v (tekanan - isipadu) fasa yang berlainan dalam kitaran Otto.

Rajah 2. Rajah P-V Kitaran Otto. Sumber: Diri Diri.

Permohonan

Siklus Otto digunakan sama rata ke enjin pembakaran dalaman empat dan dua -estroke.

-Enjin 4 -stroke

Enjin ini terdiri daripada satu atau lebih piston dalam silinder, masing -masing dengan satu (atau dua) injap pengambilan dan satu (atau dua) injap ekzos.

Ia dipanggil kerana operasinya hanya mempunyai empat peringkat atau peringkat yang ditandai dengan baik:

1. Kemasukan.
2. Mampatan.
3. Letupan.
4. Melarikan diri.

Tahap atau masa ini berlaku untuk dua pusingan engkol, kerana omboh menurun dan naik pada masa 1 dan 2, dan sekali lagi turun dan naik pada masa 3 dan 4.

Seterusnya kita menerangkan apa yang berlaku semasa peringkat ini.

Langkah 1

Keturunan omboh dari titik tertinggi dengan injap pengambilan terbuka dan ekzos tertutup, sehingga campuran bahan bakar udara disedut oleh omboh semasa keturunannya.

Kemasukan berlaku semasa lulus OA. Pada peringkat ini campuran bahan bakar udara telah dimasukkan, yang merupakan cecair mampat di mana peringkat AB, BC, CD dan DA kitaran Otto akan digunakan.

Langkah 2

Sedikit sebelum omboh mencapai titik terendah kedua -dua injap. Kemudian ia mula memanjat supaya ia memampatkan campuran bahan bakar udara. Proses pemampatan ini berlaku begitu cepat sehingga praktikalnya tidak memberi haba kepada persekitaran. Dalam kitaran Otto ia sepadan dengan proses adiabatik ab.

Boleh melayani anda: Neptune (planet)

Langkah 3

Di titik tertinggi omboh, dengan campuran termampat dan injap tertutup, pembakaran letupan campuran dimulakan oleh percikan api berlaku. Ledakan ini begitu pantas sehingga omboh hampir tidak dapat diturunkan.

Dalam kitaran Otto sepadan dengan proses isokorik BC di mana haba disuntik tanpa perubahan jumlah yang ketara, akibatnya meningkatkan tekanan campuran. Haba disediakan oleh tindak balas pembakaran kimia oksigen udara dengan bahan api.

Langkah 4

Campuran tekanan tinggi mengembang bahawa omboh turun sementara injap tetap ditutup. Proses ini berlaku begitu cepat sehingga pertukaran haba dengan luar boleh diabaikan.

Pada ketika ini, kerja positif dilakukan pada omboh, yang dihantar oleh rod penyambung ke engkol yang menghasilkan daya motor. Dalam kitaran Otto sepadan dengan CD Proses Adiabatik.

Langkah 5

Semasa bahagian paling rendah laluan, haba diusir melalui silinder ke penyejuk, tanpa perubahan kelantangan. Dalam kitaran Otto ia sepadan dengan proses isokorik.

Langkah 6

Di bahagian terakhir laluan omboh campuran dibakar oleh injap ekzos yang masih terbuka diusir, sementara kemasukan ditutup. Melarikan diri dari gas yang dibakar berlaku semasa langkah AO dalam rajah kitaran Otto.

Keseluruhan proses diulang dengan pintu masuk melalui injap kemasukan campuran bahan bakar udara baru.

Rajah 3. Enjin empat strok. Sumber: Pixabay

Kerja bersih dilakukan dalam kitaran Otto

Siklus Otto berfungsi sebagai enjin terma dan dilalui dalam jadual.

Kerja W yang melakukan gas yang memperluaskan dinding yang mengandunginya dikira oleh formula berikut:

Di mana vi adalah jumlah awal dan vf volume akhir.

Dalam kitaran termodinamik, kerja bersih sepadan dengan kawasan yang terkunci dalam kitaran rajah P - V.

Dalam kes kitaran Otto sepadan dengan kerja mekanikal yang dilakukan dari A ke B ditambah kerja mekanikal yang dilakukan dari C ke D. Antara b dan c kerja yang dilakukan adalah tidak sah kerana tidak ada perubahan kelantangan. Sama antara D dan kerja adalah tidak sah.

Kerja yang dilakukan dari A hingga B

Katakan kita bermula dari titik A, di mana jumlahnya diketahui, tekanannya dan suhu TA.

Ia boleh melayani anda: induksi magnet: formula, bagaimana ia dikira dan contohnya

Dari titik A ke titik b mampatan adiabatik dilakukan. Dalam keadaan kuasi, proses adiabatik mematuhi undang -undang Poisson, yang menetapkan bahawa:

Di mana γ adalah kuota adiabatik yang ditakrifkan sebagai nisbah antara haba tertentu pada tekanan malar antara haba tertentu pada jumlah tetap.

Supaya kerja yang dilakukan dari A ke B akan dikira melalui hubungan:

Setelah mengambil integral dan menggunakan hubungan Poisson untuk proses adiabatik yang anda miliki:

Di mana r Ia adalah hubungan mampatan R = VA/VB.

Kerja yang dilakukan dari C hingga D

Begitu juga, kerja yang dilakukan dari C ke D akan dikira dengan integral:

Yang hasilnya

Menjadi R = vd/vc = va/vb Hubungan mampatan.

Kerja bersih akan menjadi jumlah dua karya tersebut:

Panas bersih dalam kitaran Otto

Dalam proses dari A B dan dari C ke D, haba tidak ditukar kerana mereka adalah proses adiabatik.

Untuk proses B A C, kerja tidak dilakukan dan haba yang diberikan oleh pembakaran meningkatkan tenaga dalaman gas dan oleh itu suhu TBnya ke TC.

Begitu juga, dalam proses d A terdapat tugasan haba yang juga dikira sebagai:

Haba bersih akan:

Prestasi

Prestasi atau kecekapan enjin kitaran dikira dengan mencari nisbah antara kerja bersih yang dilakukan dan haba yang dibekalkan kepada sistem untuk setiap kitaran operasi.

Sekiranya keputusan di atas digantikan dalam ungkapan terdahulu dan andaian juga diandaikan bahawa campuran udara bahan api bertindak sebagai gas yang ideal, maka kecekapan teoritis kitaran dicapai, yang hanya bergantung pada nisbah mampatan:

Latihan kitaran Otto

-Latihan 1

Enjin petrol silinder empat masa dan nisbah mampatan 7.5 berfungsi dalam persekitaran tekanan atmosfera 100 kPa dan 20 darjah Celsius. Tentukan kerja bersih yang dilakukan mengikut kitaran. Anggapkan bahawa pembakaran menyediakan 850 joules untuk setiap gram campuran udara - bahan api.

Penyelesaian

Ekspresi kerja bersih telah dikira sebelum ini:

Kita perlu menentukan kelantangan dan tekanan pada titik b dan c kitaran untuk menentukan kerja bersih yang dilakukan.

Kelantangan pada titik di mana ia telah diisi dalam silinder dengan campuran udara - petrol adalah anjakan 1500 cc. Pada titik b kelantangan ialah Vb = Va / r = 200 cc.

Kelantangan di titik c juga 200 cc.

Pengiraan tekanan dalam a, b dan c

Arahkan tekanan adalah tekanan atmosfera. Tekanan di titik B boleh dikira menggunakan hubungan Poisson untuk proses adiabatik:

Boleh melayani anda: apakah elektriknya? (Dengan percubaan)

Mengambil kira bahawa campuran kebanyakannya udara yang boleh dianggap sebagai gas diatomik yang ideal, pekali gamma adiabatik mengambil nilai 1.4. Maka tekanan di titik b akan menjadi 1837.9 kPa.

Jumlah titik C adalah sama dengan titik B, iaitu 200 cc.

Tekanan pada titik C lebih besar daripada titik B kerana peningkatan suhu yang disebabkan oleh pembakaran. Untuk mengira ia perlu tahu berapa banyak haba pembakaran telah menyumbang.

Haba yang disediakan oleh pembakaran adalah berkadar dengan jumlah campuran yang terbakar.

Menggunakan Persamaan Status Gas Ideal:

Di mana Rm Ia adalah pemalar udara yang nilainya adalah 286.9 j / (kg k) dan m adalah jisim campuran yang diambil dalam proses kemasukan. Membersihkan jisim m persamaan negeri dan menggantikan nilai tekanan, suhu dan kelantangan pada titik A diperolehi 1.78 gram campuran.

Maka haba yang disumbangkan oleh pembakaran adalah 1.78 gram x 850 joules/gram = 1513 joules. Ini menyebabkan kenaikan suhu yang boleh dikira dari

TB boleh dikira dari persamaan negeri yang mengakibatkan 718 K, maka untuk data kami, nilai yang terhasil daripada TC ialah 1902 k.

Tekanan pada titik C diberikan oleh persamaan negeri yang digunakan pada titik itu yang mengakibatkan 4868.6 kPa.

Kerja bersih setiap kitaran ternyata menjadi 838.5 joules.

-Latihan 2

Tentukan kecekapan atau prestasi enjin Latihan 1. Dengan mengandaikan bahawa enjin berfungsi pada 3000 r.p.m Tentukan kuasa.

Penyelesaian

Membahagikan kerja bersih antara haba yang membekalkan kecekapan sebanyak 55.4% diperoleh. Hasil ini bertepatan dengan yang diperolehi oleh aplikasi langsung formula kecekapan berdasarkan nisbah mampatan.

Kuasa adalah kerja yang dilakukan setiap unit. 3000 r.p.m. bersamaan dengan 50 pusingan sesaat. Tetapi kitaran Otto selesai untuk setiap dua pusingan enjin kerana ia adalah empat -estroke, seperti yang dijelaskan di atas.

Ini bermakna bahawa dalam sekejap kitaran Otto diulang 25 kali sehingga kerja yang dilakukan adalah 25 x 838.5 joules dalam satu saat.

Ini sepadan dengan 20.9 kilowatt kuasa bersamaan dengan 28 kuda stim.

Rujukan

1. Kitaran termodinamik. Pulih dari: fis.PUC.Cl
2. Martín, t. Dan Serrano, ke. Kitaran Otto. Pulih dari: 2.Montes.UPM.adalah.
3. Sevilla University. Wiki dari Jabatan Kitaran Kes Fizik Gunaan Kitaran Otto. Pulih dari: Laplace.kita.adalah.
4. Wikipedia. Kitaran Otto. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.com
5. Wikipedia. Otto Engine. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.com